JP2024139962A - Hydroelectric Power System - Google Patents
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Abstract
【課題】水力発電システムにおける流量の調整範囲を拡大させる。【解決手段】コントローラ(30)は、第1制御と第2制御とを実行する第1運転を行う。第1制御では、コントローラ(30)は、流量が零より大きく第1流量以下までの第1範囲内にある場合に、水車(11)の効率または水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ流量が目標流量に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する。第2制御では、コントローラ(30)は、流量が前記第1流量より大きく第2流量以下までの第2範囲内にある場合に、発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ流量が目標流量に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する。【選択図】図5[Problem] To expand the flow rate adjustment range in a hydroelectric power generation system. [Solution] A controller (30) performs a first operation in which a first control and a second control are executed. In the first control, when the flow rate is within a first range greater than zero and equal to or less than a first flow rate, the controller (30) controls a generator (12) and a motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate. In the second control, when the flow rate is within a second range greater than the first flow rate and equal to or less than a second flow rate, the controller (30) controls a generator (12) and a motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches a target flow rate. [Selected Figure] Figure 5
Description
本開示は、水力発電システムに関する。 This disclosure relates to hydroelectric power generation systems.
特許文献1は、水力発電システムを開示する。この水力発電システムは、発電機で最大効率を得るための水車の有効落差と発電機の回転数との関係を記憶部に記憶させる。制御部が、有効落差に応じて発電機の回転数を制御することで、発電機で最大効率を得るようにしている。 Patent Document 1 discloses a hydroelectric power generation system. In this hydroelectric power generation system, a memory unit stores the relationship between the effective head of the water turbine and the rotation speed of the generator to obtain maximum efficiency from the generator. The control unit controls the rotation speed of the generator according to the effective head, thereby obtaining maximum efficiency from the generator.
水力発電システムが適用される流路においては、所定の目標流量を満たしたいという要求がある。一方で、特許文献1のように最大効率が得られる流量の範囲には限界がある。具体的には、最大効率が得られる流量の範囲に対して、目標流量の調整範囲が大きい場合、これらの目標流量を十分に満たすことができないという問題がある。 In the flow paths in which hydroelectric power generation systems are used, there is a demand to meet a predetermined target flow rate. However, as in Patent Document 1, there is a limit to the range of flow rates at which maximum efficiency can be achieved. Specifically, if the adjustment range of the target flow rate is large compared to the range of flow rates at which maximum efficiency can be achieved, there is a problem in that these target flow rates cannot be fully met.
本開示は、水力発電システムにおける流量の調整範囲を拡大させることである。 The present disclosure aims to expand the range of flow rate adjustment in hydroelectric power generation systems.
第1の態様は、水力発電システムが、流体が流れる流路(4)に配置される水車(11)と、前記水車(11)と連結する発電機(12)と、前記流路(4)において前記水車(11)と直列に設けられる電動弁(15)と、前記発電機(12)のトルクまたは回転数、および前記電動弁(15)の開度を制御するコントローラ(30)とを備える。コントローラ(30)は、第1制御と第2制御とを実行する第1運転を行う。第1制御では、コントローラ(30)は、前記流量が零より大きく第1流量以下までの第1範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する。第2制御では、コントローラ(30)は、前記流量が前記第1流量より大きく第2流量以下までの第2範囲内にある場合に、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および電動弁(15)を制御する。 In the first aspect, a hydroelectric power generation system includes a water turbine (11) arranged in a flow path (4) through which a fluid flows, a generator (12) connected to the water turbine (11), a motor-operated valve (15) provided in series with the water turbine (11) in the flow path (4), and a controller (30) that controls the torque or rotation speed of the generator (12) and the opening of the motor-operated valve (15). The controller (30) performs a first operation that executes a first control and a second control. In the first control, when the flow rate is within a first range from greater than zero to a first flow rate or less, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate. In the second control, when the flow rate is within a second range that is greater than the first flow rate and is equal to or less than a second flow rate, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches a limit value and so that the flow rate approaches a target flow rate.
第1の態様では、流量が零より大きく第1流量以下までの第1範囲である場合、コントローラ(30)は、第1制御を実行する。第1制御では、コントローラ(30)は、水車(11)または水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づくとともに流路(4)の流量が目標流量に近づくように、水車(11)の回転数またはトルク、および電動弁(15)の開度を調節する。これにより、流路(4)の流量を目標流量に近づけつつ、水車(11)または水力発電システム(10)において最大効率を得ることができる。 In the first aspect, when the flow rate is in a first range greater than zero and equal to or less than a first flow rate, the controller (30) executes a first control. In the first control, the controller (30) adjusts the rotation speed or torque of the water turbine (11) and the opening of the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the hydroelectric power generation system (10) approaches the maximum efficiency and the flow rate of the flow path (4) approaches the target flow rate. This makes it possible to obtain maximum efficiency in the water turbine (11) or the hydroelectric power generation system (10) while bringing the flow rate of the flow path (4) closer to the target flow rate.
一方、流量が第1流量よりも大きく第2流量以下までの第2範囲である場合、コントローラ(30)は、第2制御を実行する。第2制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づくとともに流路(4)の流量が目標流量に近づくように、水車(11)の回転数またはトルク、および電動弁(15)の開度を調節する。第2制御では、発電機(12)の出力が最大に近づくので、発電機(12)の発電電力を確保できる。発電機(12)の出力は制限値を越えないので、発電機(12)を制御するためのインバータやコンバータなどでの制御上、あるいはハード上での不具合を回避できる。その上で、流量の調整範囲を拡大できる。 On the other hand, when the flow rate is in a second range greater than the first flow rate and equal to or less than the second flow rate, the controller (30) executes the second control. In the second control, the controller (30) adjusts the rotation speed or torque of the water turbine (11) and the opening of the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate of the flow path (4) approaches the target flow rate. In the second control, the output of the generator (12) approaches its maximum, so that the generated power of the generator (12) can be secured. Since the output of the generator (12) does not exceed the limit value, it is possible to avoid malfunctions in the control of the inverter, converter, etc. for controlling the generator (12) or in the hardware. Furthermore, the flow rate adjustment range can be expanded.
第2の態様は、第1の態様において、前記水車(11)を迂回するバイパス流路(7)に設けられるバイパス弁(17)を備え、前記コントローラ(30)は、前記第1運転において、前記目標流量が前記第2流量よりも大きいときに、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように、または前記電動弁(15)の開度が最大となり且つ前記流量が目標流量に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御するように構成される。 In the second aspect, the first aspect is provided with a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11), and the controller (30) is configured to control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) when the target flow rate is greater than the second flow rate in the first operation so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches the target flow rate, or so that the opening of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate approaches the target flow rate.
第2の態様では、目標流量が第2流量よりも大きい場合、バイパス弁(17)を制御することで、流量の調整範囲を拡大できる。この際、発電機(12)の出力を制限値に近づけたり、電動弁(15)の開度を最大にしたりすることで、発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the second aspect, when the target flow rate is greater than the second flow rate, the flow rate adjustment range can be expanded by controlling the bypass valve (17). In this case, the power generated by the generator (12) can be increased by bringing the output of the generator (12) closer to the limit value or maximizing the opening of the motor-operated valve (15).
第3の態様は、第1または第2の態様において、前記コントローラ(30)は、前記第2制御において、前記流量を前記第2流量に近づけるときに前記電動弁(15)の開度を最大とする。 In the third aspect, in the first or second aspect, the controller (30) maximizes the opening of the motor-operated valve (15) when the flow rate approaches the second flow rate in the second control.
第3の態様では、第2制御において、電動弁(15)の開度を最大とすることで、水車(11)を流れる流量、および発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the third aspect, in the second control, the opening of the motor-operated valve (15) is maximized, thereby increasing the flow rate through the water turbine (11) and the generated power of the generator (12).
第4の態様は、第1~第3のいずれか1つの態様において、前記コントローラ(30)は、第3制御と第4制御と第5制御とを行う第2運転を実行する。第3制御では、コントローラ(30)は、前記流量が零より大きく第3流量以下まで第3範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する。第4制御では、コントローラ(30)は、前記流量が前記第3流量より大きく第4流量以下までの第4範囲内にある場合に、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が前記目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する。第5制御では、コントローラ(30)は、前記流量が前記第4流量より大きく第5流量以下までの第5範囲内にある場合に、前記電動弁(15)の開度を維持しながら前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する。 In a fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the controller (30) executes a second operation in which a third control, a fourth control, and a fifth control are performed. In the third control, when the flow rate is within a third range from greater than zero to a third flow rate or less, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate. In the fourth control, when the flow rate is within a fourth range from greater than the third flow rate to a fourth flow rate or less, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches the target flow rate. In the fifth control, when the flow rate is within a fifth range greater than the fourth flow rate and equal to or less than a fifth flow rate, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate approaches a target flow rate while maintaining the opening of the motor-operated valve (15).
第4の態様では、第3制御において、最高効率を得ながら目標流量を満たすことができる。第4制御において、発電機(12)の出力が最大で且つ制限値を越えないようしながら目標流量を満たすことができる。加えて、第5制御では、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度を維持しながら流量が目標流量に近づくように水車(11)の回転数またはトルクを制御する。これにより、流量の調整範囲をさらに拡大できる。 In the fourth aspect, in the third control, the target flow rate can be met while obtaining the highest efficiency. In the fourth control, the target flow rate can be met while the output of the generator (12) is at its maximum and does not exceed the limit value. In addition, in the fifth control, the controller (30) controls the rotation speed or torque of the water turbine (11) so that the flow rate approaches the target flow rate while maintaining the opening of the motor-operated valve (15). This allows the flow rate adjustment range to be further expanded.
第5の態様は、第4の態様において、前記水車(11)を迂回するバイパス流路(7)に設けられるバイパス弁(17)を備え、前記コントローラ(30)は、前記第2運転において、前記目標流量が前記第5流量よりも大きいときに、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように、または前記電動弁(15)の開度が最大となり且つ前記流量が目標流量に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御するように構成される。 In the fifth aspect, the fourth aspect is provided with a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11), and the controller (30) is configured to control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) when the target flow rate is greater than the fifth flow rate in the second operation so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches the target flow rate, or so that the opening of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate approaches the target flow rate.
第5の態様では、目標流量が第5流量よりも大きい場合、バイパス弁(17)を制御することで、流量の調整範囲を拡大できる。この際、発電機(12)の出力を制限値に近づけたり、電動弁(15)の開度を最大にしたりすることで、発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the fifth aspect, when the target flow rate is greater than the fifth flow rate, the flow rate adjustment range can be expanded by controlling the bypass valve (17). In this case, the power generated by the generator (12) can be increased by bringing the output of the generator (12) closer to the limit value or maximizing the opening of the motor-operated valve (15).
第6の態様は、第4または第5の態様において、前記コントローラ(30)は、前記第5制御において、前記電動弁(15)の開度を最大とする
第6の態様では、第5制御において、電動弁(15)の開度を最大とすることで、発電機(12)の発電電力を増大できる。
In the sixth aspect, in the fourth or fifth aspect, the controller (30) maximizes the opening of the motor-operated valve (15) in the fifth control.In the sixth aspect, by maximizing the opening of the motor-operated valve (15) in the fifth control, the generated power of the generator (12) can be increased.
第7の態様は、前記コントローラ(30)は、第6制御と第7制御とを行う第3運転を実行する。第6制御では、コントローラ(30)は、前記流量が零より大きく第6流量以下までの第6範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する。第7制御では、コントローラ(30)は、前記流量が前記第6流量より大きく第7流量以下までの第7範囲内にある場合に、前記電動弁(15)の開度を維持しながら前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する。 In the seventh aspect, the controller (30) executes a third operation in which a sixth control and a seventh control are performed. In the sixth control, when the flow rate is within a sixth range greater than zero and equal to or less than a sixth flow rate, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate. In the seventh control, when the flow rate is within a seventh range greater than the sixth flow rate and equal to or less than a seventh flow rate, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate approaches a target flow rate while maintaining the opening of the motor-operated valve (15).
第7の態様では、第7制御において、流量を目標流量に速やかに近づけることができる。発電機(12)の回転数やトルクによる制御の応答速度は、電動弁(15)の開度の制御の応答速度よりも早いためである。 In the seventh aspect, in the seventh control, the flow rate can be quickly brought close to the target flow rate. This is because the response speed of the control based on the rotation speed and torque of the generator (12) is faster than the response speed of the control of the opening of the motor-operated valve (15).
第8の態様は、第7の態様において、前記コントローラ(30)は、前記第6制御において、前記流量を前記第6流量に近づけるときに前記電動弁(15)の開度を最大よりも小さい第1開度とする。コントローラ(30)は、前記第7制御において、前記電動弁(15)の開度を前記第1開度に維持しながら前記流量が前記目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する。 In the eighth aspect, in the seventh aspect, the controller (30) sets the opening of the motor-operated valve (15) to a first opening that is smaller than the maximum when the flow rate approaches the sixth flow rate in the sixth control. In the seventh control, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate approaches the target flow rate while maintaining the opening of the motor-operated valve (15) at the first opening.
第8の態様では、第7制御において、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度を最大とせず、それよりも小さい第1開度に維持する。このため、第7制御において、流量を目標流量に速やかに近づけることができる。 In the eighth aspect, in the seventh control, the controller (30) does not maximize the opening of the motor-operated valve (15), but maintains it at a smaller first opening. Therefore, in the seventh control, the flow rate can be quickly brought close to the target flow rate.
第9の態様は、前記コントローラ(30)は、前記第7制御において、前記流量が目標流量に至ると、該流量が該目標流量を維持し且つ前記電動弁(15)の開度が最大となるように、前記発電機(12)および電動弁(15)を制御する第8制御を行う。 In the ninth aspect, when the flow rate reaches a target flow rate in the seventh control, the controller (30) performs an eighth control to control the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the flow rate is maintained at the target flow rate and the opening of the motor-operated valve (15) is maximized.
第9の態様では、第7制御により、流量が目標流量に至ると、コントローラ(30)は、第8制御において電動弁(15)の開度を最大とするので、発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the ninth aspect, when the flow rate reaches the target flow rate through the seventh control, the controller (30) maximizes the opening of the motor-operated valve (15) through the eighth control, thereby increasing the power generated by the generator (12).
第10の態様は、前記水車(11)を迂回するバイパス流路(7)に設けられるバイパス弁(17)を備え、前記コントローラ(30)は、前記第7制御において、前記流量が目標流量に至ると、該流量が該目標流量を維持し且つ前記電動弁(15)の開度が最大となるように、または該流量が該目標流量を維持し且つ前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御する。 The tenth aspect includes a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11), and the controller (30) controls the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) in the seventh control such that, when the flow rate reaches a target flow rate, the flow rate is maintained at the target flow rate and the opening of the motor-operated valve (15) is maximized, or the flow rate is maintained at the target flow rate and the output of the generator (12) approaches a limit value.
第10の態様では、前記第7制御において、前記流量が目標流量に至ると、バイパス弁(17)の制御により、目標流量を維持しつつ発電機(12)の出力を制限値に近づけたり、電動弁(15)の開度を最大にしたりできる。その結果、発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the tenth aspect, in the seventh control, when the flow rate reaches the target flow rate, the output of the generator (12) can be brought close to the limit value or the opening of the motor-operated valve (15) can be maximized while maintaining the target flow rate by controlling the bypass valve (17). As a result, the power generated by the generator (12) can be increased.
第11の態様は、第1~第10のいずれか1つの態様において、所定の有効落差において、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率となる前記水車(11)の流量は、前記発電機(12)が無拘束状態となる前記水車(11)の流量よりも小さい。 The eleventh aspect is any one of the first to tenth aspects, in which, for a given effective head, the flow rate of the water turbine (11) at which the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) is at its maximum efficiency is smaller than the flow rate of the water turbine (11) at which the generator (12) is in an unconstrained state.
第12の態様は、第11の態様において、前記水車(11)は、軸流式または斜流式である。 The twelfth aspect is the eleventh aspect, in which the water turbine (11) is an axial flow type or a mixed flow type.
第11や第12の発明の水力発電システムでは、最大効率が得られる流量範囲に対して、目標流量の範囲が大きくなり易くなる。これに対して、第2制御を行うことで、このような目標流量をカバーできる。 In the hydroelectric power generation systems of the eleventh and twelfth inventions, the range of the target flow rate tends to be larger than the flow rate range where maximum efficiency is obtained. By performing the second control, however, such a target flow rate can be covered.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表す場合がある。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below, and various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present disclosure. Since the drawings are intended to conceptually explain the present disclosure, dimensions, ratios, or numbers may be exaggerated or simplified as necessary for ease of understanding.
(1)全体構成
図1に示す水力発電システム(10)は、上水道(1)に適用される。本例の水力発電システム(10)は、上水道(1)の末端側に適用される。水力発電システム(10)を流れた水(流体)は、住宅・ビルなどに供給される。
(1) Overall Configuration The hydroelectric power generation system (10) shown in Fig. 1 is applied to a water supply system (1). The hydroelectric power generation system (10) in this example is applied to the terminal side of the water supply system (1). Water (fluid) that flows through the hydroelectric power generation system (10) is supplied to houses, buildings, etc.
上水道(1)は、貯水槽(2)と流路(4)と受水槽(8)とを含む。流路(4)は、貯水槽(2)と、受水槽(8)との間の管路を構成している。流路(4)は、落差を有して水が流れる水路である。受水槽(8)の下流側には住宅などの水の供給対象がある。 The water supply system (1) includes a water tank (2), a flow path (4), and a water tank (8). The flow path (4) constitutes a pipeline between the water tank (2) and the water tank (8). The flow path (4) is a waterway through which water flows with a drop in height. Downstream of the water tank (8) are the targets of water supply, such as houses.
流路(4)は、第1流路(5)と第2流路(6)とを含む。第1流路(5)は、水車(11)の上流側に形成される。第1流路(5)は、貯水槽(2)と水車(11)との間に形成される。第2流路(6)は、水車(11)の下流側に形成される。第2流路(6)は、水車(11)と受水槽(8)との間に形成される。 The flow path (4) includes a first flow path (5) and a second flow path (6). The first flow path (5) is formed upstream of the water turbine (11). The first flow path (5) is formed between the water tank (2) and the water turbine (11). The second flow path (6) is formed downstream of the water turbine (11). The second flow path (6) is formed between the water turbine (11) and the water tank (8).
図1および図2に示すように、水力発電システム(10)は、水車(11)と、発電機(12)と、電動弁(15)と、第1流量センサ(16)とを備える。図2に示すように、水力発電システム(10)は、コントローラ(30)と、系統連系インバータ(50)とを備える。 As shown in Figures 1 and 2, the hydroelectric power generation system (10) includes a water turbine (11), a generator (12), a motor-operated valve (15), and a first flow rate sensor (16). As shown in Figure 2, the hydroelectric power generation system (10) includes a controller (30) and a grid-connected inverter (50).
(1-1)水車
水車(11)は、流路(4)の途中に配置される。水車(11)は、ケーシングと、ケーシングに収容される羽根車とを備える(図示省略)。羽根車の中心部には、回転軸(13)が固定される。流路(4)を流れる水によって水車(11)が回転すると、回転軸(13)が回転駆動される。
(1-1) Water Turbine The water turbine (11) is disposed midway through the flow path (4). The water turbine (11) includes a casing and an impeller housed in the casing (not shown). A rotating shaft (13) is fixed to the center of the impeller. When the water turbine (11) is rotated by water flowing through the flow path (4), the rotating shaft (13) is driven to rotate.
水車(11)は、軸流式または斜流式である。軸流式の水車(11)は、例えばプロペラ水車である。軸流式の水車(11)では、羽根車を通過する水が、該羽根車の軸心方向に流れる。斜流式の水車(11)は、例えばデリア水車である。斜流式の水車(11)は、羽根車を通過する水が、該羽根車の軸心に対して傾斜した方向に流れる。軸流式や斜流式の水車(11)は、フランシス水車と比べると、大流量の流路に適している。 The water turbine (11) is either an axial flow type or a mixed flow type. An axial flow type water turbine (11) is, for example, a propeller water turbine. In an axial flow type water turbine (11), the water passing through the impeller flows in the axial direction of the impeller. An mixed flow type water turbine (11) is, for example, a Delia water turbine. In a mixed flow type water turbine (11), the water passing through the impeller flows in a direction inclined to the axial direction of the impeller. Axial flow and mixed flow water turbines (11) are more suitable for large flow rates than Francis turbines.
(1-2)発電機
発電機(12)は、回転軸(13)を介して水車(11)と連結する。発電機(12)は、ロータとステータとを有する(図示省略)。ロータは、永久磁石埋込型である。ステータはコイルを有する。
(1-2) Generator The generator (12) is connected to the water turbine (11) via a rotating shaft (13). The generator (12) has a rotor and a stator (not shown). The rotor is of an embedded permanent magnet type. The stator has a coil.
水車(11)が回転すると、水車(11)によって発電機(12)が駆動される。これにより、発電機(12)が回生運転を行う。回生運転中の発電機(12)は、電力を発生する。発電機(12)が発生した電力は、電力回路(C)を介して電力系統(60)へ供給される。電力系統(60)は、例えば商用電源である。詳細は後述するが、電力回路(C)は、電力系統(60)の電力を発電機(12)に供給可能に構成される。 When the water wheel (11) rotates, the water wheel (11) drives the generator (12). This causes the generator (12) to perform regenerative operation. During regenerative operation, the generator (12) generates electric power. The electric power generated by the generator (12) is supplied to the electric power system (60) via the electric power circuit (C). The electric power system (60) is, for example, a commercial power source. The electric power circuit (C) is configured to be able to supply electric power from the electric power system (60) to the generator (12), as will be described in detail later.
(1-3)電動弁
電動弁(15)は、流路(4)に水車(11)と直列に配置される。電動弁(15)は、第1流路(5)において、水車(11)の上流側に配置される。電動弁(15)は、モータ駆動式の圧力調節弁である。電動弁(15)は、モータによって開度が調節される。電動弁(15)は、水車(11)の有効落差(H)を調節する。
(1-3) Motor-operated valve The motor-operated valve (15) is disposed in series with the water turbine (11) in the flow path (4). The motor-operated valve (15) is disposed upstream of the water turbine (11) in the first flow path (5). The motor-operated valve (15) is a motor-driven pressure control valve. The opening of the motor-operated valve (15) is adjusted by a motor. The motor-operated valve (15) adjusts the effective head (H) of the water turbine (11).
(1-4)流量センサ
第1流量センサ(16)は、第1流路(5)に配置される。第1流量センサ(16)は、水車(11)を通過する水の流量を検知する。第1流量センサ(16)によって検出された流量は、コントローラ(30)に入力される。
(1-4) Flow Rate Sensor The first flow rate sensor (16) is disposed in the first flow path (5). The first flow rate sensor (16) detects the flow rate of water passing through the water turbine (11). The flow rate detected by the first flow rate sensor (16) is input to the controller (30).
(1-5)電力回路
図2に示す電力回路(C)は、AC/DCコンバータ(31)と、系統連系インバータ(50)とを有する。電力回路(C)は、発電機(12)と電力系統の間で双方向に電力を供給可能に構成される。
2 includes an AC/DC converter (31) and a grid-connected inverter (50). The power circuit (C) is configured to be capable of supplying electric power in both directions between the generator (12) and the power grid.
AC/DCコンバータ(31)は、コントローラ(30)に設けられる。AC/DCコンバータ(31)は、複数のスイッチング素子を備える。AC/DCコンバータ(31)は、発電機(12)が発電した交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を系統連系インバータ(50)に出力する。AC/DCコンバータ(31)は、系統連系インバータ(50)から出力された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を発電機(12)に出力する。このように、AC/DCコンバータ(31)は、双方向式のコンバータである。 The AC/DC converter (31) is provided in the controller (30). The AC/DC converter (31) has a plurality of switching elements. The AC/DC converter (31) converts the AC power generated by the generator (12) into DC power and outputs the converted DC power to the grid-connected inverter (50). The AC/DC converter (31) converts the DC power output from the grid-connected inverter (50) into AC power and outputs the converted AC power to the generator (12). In this way, the AC/DC converter (31) is a bidirectional converter.
系統連系インバータ(50)は、インバータ部を構成する複数のスイッチング素子を有する。系統連系インバータ(50)は、AC/DCコンバータ(31)から出力された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統(60)に供給する。系統連系インバータ(50)は、電力系統から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をAC/DCコンバータ(31)に出力する。このように、系統連系インバータ(50)は、双方向式のインバータを有する。 The grid-connected inverter (50) has a plurality of switching elements that constitute an inverter section. The grid-connected inverter (50) converts the DC power output from the AC/DC converter (31) into AC power and supplies the converted AC power to the power system (60). The grid-connected inverter (50) converts the AC power supplied from the power system into DC power and outputs the converted DC power to the AC/DC converter (31). In this way, the grid-connected inverter (50) has a bidirectional inverter.
(1-6)コントローラ
図2に示すコントローラ(30)は、発電機(12)および電動弁(15)を制御する。コントローラ(30)は、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムが格納されたメモリディバイスとを含む。
(1-6) Controller The controller (30) shown in Fig. 2 controls the generator (12) and the motor-operated valve (15). The controller (30) includes a microcomputer and a memory device in which a program for operating the microcomputer is stored.
コントローラ(30)は、発電機(12)の回転数やトルク、および電動弁(15)の開度を制御する。コントローラ(30)は、上述したAC/DCコンバータ(31)と、回転数検出部(32)と、水車動作点推定部(33)と、流量検出部(34)と、流量制御部(35)と、発電機制御部(36)と、弁制御部(37)とを有する。 The controller (30) controls the rotation speed and torque of the generator (12) and the opening of the motor-operated valve (15). The controller (30) has the above-mentioned AC/DC converter (31), a rotation speed detection unit (32), a turbine operating point estimation unit (33), a flow rate detection unit (34), a flow rate control unit (35), a generator control unit (36), and a valve control unit (37).
回転数検出部(32)は、発電機(12)の回転数を検出する。回転数検出部(32)で検出した回転数は、水車動作点推定部(33)および発電機制御部(36)に出力される。水車動作点推定部(33)は、発電機(12)の回転数、および発電機(12)のトルク指令値に基づいて水車動作点を求める。流量検出部(34)には、第1流量センサ(16)で検出した流量(Q)が入力される。 The rotation speed detection unit (32) detects the rotation speed of the generator (12). The rotation speed detected by the rotation speed detection unit (32) is output to the turbine operating point estimation unit (33) and the generator control unit (36). The turbine operating point estimation unit (33) determines the turbine operating point based on the rotation speed of the generator (12) and the torque command value of the generator (12). The flow rate detection unit (34) receives the flow rate (Q) detected by the first flow rate sensor (16).
流量制御部(35)は、予め設定された目標流量(Qo)と流量(Q)とに基づいて発電機(12)のトルク指令値を生成する。トルク指令値は、流量(Q)を目標流量(Qo)に収束させるための発電機(12)のトルクに相当する。流量制御部(35)は、生成したトルク指令値を発電機制御部(36)に出力する。 The flow control unit (35) generates a torque command value for the generator (12) based on a preset target flow rate (Qo) and the flow rate (Q). The torque command value corresponds to the torque of the generator (12) for converging the flow rate (Q) to the target flow rate (Qo). The flow control unit (35) outputs the generated torque command value to the generator control unit (36).
加えて、流量制御部(35)は、電動弁(15)の開度指令値を生成する。開度指令値は、水車動作点を通常の運転領域に収束させるための電動弁(15)の開度に相当する。流量制御部(35)は、生成した開度指令値を弁制御部(37)に出力する。 In addition, the flow control unit (35) generates an opening command value for the motor-operated valve (15). The opening command value corresponds to the opening of the motor-operated valve (15) for converging the turbine operating point to the normal operating region. The flow control unit (35) outputs the generated opening command value to the valve control unit (37).
発電機制御部(36)は、流量(Q)が目標流量(Qo)に収束するように発電機(12)のトルクを制御する。発電機制御部(36)には、流量制御部(35)から出力されたトルク指令値と、回転数検出部(32)から出力された回転数とが入力される。発電機制御部(36)は、入力されたトルク指令値および回転数にしたがって電圧指令値を算出する。発電機制御部(36)は、電圧指令値に基づいてAC/DCコンバータ(31)のスイッチング素子を制御する。これにより、発電機(12)のトルクがトルク指令値に収束する。 The generator control unit (36) controls the torque of the generator (12) so that the flow rate (Q) converges to the target flow rate (Qo). The generator control unit (36) receives the torque command value output from the flow rate control unit (35) and the rotation speed output from the rotation speed detection unit (32). The generator control unit (36) calculates a voltage command value according to the input torque command value and rotation speed. The generator control unit (36) controls the switching element of the AC/DC converter (31) based on the voltage command value. This causes the torque of the generator (12) to converge to the torque command value.
弁制御部(37)は、流量(Q)が目標流量(Qo)に収束するように電動弁(15)の開度を制御する。弁制御部(37)には、流量制御部(35)から出力された開度指令値が入力される。弁制御部(37)は、入力された開度指令値にしたがって所定の制御信号を電動弁(15)に出力する。これにより、電動弁(15)の開度が開度指令値に収束する。 The valve control unit (37) controls the opening of the motor-operated valve (15) so that the flow rate (Q) converges to the target flow rate (Qo). The opening command value output from the flow rate control unit (35) is input to the valve control unit (37). The valve control unit (37) outputs a predetermined control signal to the motor-operated valve (15) in accordance with the input opening command value. This causes the opening of the motor-operated valve (15) to converge to the opening command value.
(1-7)操作部
図2に示すように、水力発電システム(10)は、操作部(40)を有する。操作部(40)は、水力発電システム(10)のオペレータによって操作される。オペレータは、操作部(40)により、水力発電システム(10)の運転モードや、流路(4)に応じた目標流量(Qo)を設定できる。操作部(40)に入力された情報は、コントローラ(30)に出力される。
(1-7) Operation Unit As shown in FIG. 2, the hydroelectric power generation system (10) has an operation unit (40). The operation unit (40) is operated by an operator of the hydroelectric power generation system (10). The operator can use the operation unit (40) to set the operation mode of the hydroelectric power generation system (10) and a target flow rate (Qo) corresponding to the flow path (4). Information input to the operation unit (40) is output to the controller (30).
(1-8)水力発電システムおよび流路の特性
水力発電システム(10)および流路(4)の特性について、図1および図3を参照しながら説明する。
(1-8) Characteristics of the Hydroelectric Power Generation System and the Flow Channel The characteristics of the hydroelectric power generation system (10) and the flow channel (4) will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG.
図3は、水車の特性を示すグラフであり、いわゆる特性マップである。図3の縦軸は、水車(11)の有効落差(H)、横軸は水車(11)を流れる流量(Q)である。有効落差(H)は、図1に示す総落差(Ho)から、流路抵抗に相当する落差、電動弁(15)の圧力損失、および水車(11)の下流側の二次圧を引いた値である。総落差(Ho)は、貯水槽(2)の液面から受水槽(8)の液面まで間の落差である。流路抵抗は、流路(4)の管路の抵抗に相当する。 Figure 3 is a graph showing the characteristics of the water turbine, a so-called characteristics map. The vertical axis of Figure 3 is the effective head (H) of the water turbine (11), and the horizontal axis is the flow rate (Q) through the water turbine (11). The effective head (H) is the total head (Ho) shown in Figure 1 minus the head corresponding to the flow path resistance, the pressure loss of the motor valve (15), and the secondary pressure downstream of the water turbine (11). The total head (Ho) is the head between the liquid level in the water tank (2) and the liquid level in the water receiving tank (8). The flow path resistance corresponds to the resistance of the pipeline of the flow path (4).
水車(11)の有効落差(H)および流量(Q)の関係は、図3に示すシステムロスカーブ(流動抵抗特性線)で表すことができる。システムロスカーブは、流量(Q)の増大に伴って有効落差(H)が減少する特性を有する。水車(11)の流量(Q)と有効落差(H)に対応する点(水車動作点)は、常にシステムロスカーブ上を移動する。 The relationship between the effective head (H) and flow rate (Q) of the turbine (11) can be expressed by the system loss curve (flow resistance characteristic line) shown in Figure 3. The system loss curve has the characteristic that the effective head (H) decreases as the flow rate (Q) increases. The point (turbine operating point) corresponding to the flow rate (Q) and effective head (H) of the turbine (11) always moves on the system loss curve.
電動弁(15)の開度が大きくなると、特性マップにおいて、システムロスカーブは上側に遷移する。電動弁(15)の開度が大きくなると、流路(4)の流量(Q)および有効落差(H)が増大する。電動弁(15)の開度が小さくなると、特性マップにおいて、システムロスカーブは下側に遷移する。電動弁(15)の開度が小さくなると、流量(Q)および有効落差(H)が減少する。 When the opening of the motor-operated valve (15) increases, the system loss curve shifts upward in the characteristic map. When the opening of the motor-operated valve (15) increases, the flow rate (Q) and the available head (H) of the flow path (4) increase. When the opening of the motor-operated valve (15) decreases, the system loss curve shifts downward in the characteristic map. When the opening of the motor-operated valve (15) decreases, the flow rate (Q) and the available head (H) decrease.
図3の最高効率曲線は、水車(11)の効率または水力発電システム(10)の効率が最大効率となる特性を示す曲線である。最高効率曲線は、有効落差(H)に対して最大効率が得られる流量(Q)を、複数の有効落差(H)毎にプロットすることで得られる。水力発電システム(10)では、水車動作点が最高効率曲線上に位置すれば最大効率での運転ができる。 The maximum efficiency curve in Figure 3 is a curve that indicates the characteristics at which the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) is at its maximum efficiency. The maximum efficiency curve is obtained by plotting the flow rate (Q) at which maximum efficiency is obtained for each effective head (H). In the hydroelectric power generation system (10), if the turbine operating point is located on the maximum efficiency curve, it can be operated at maximum efficiency.
図3の無拘束曲線は、発電機(12)のトルクを表す等トルク曲線のうち、トルクが零となる曲線である。したがって、水車動作点が無拘束曲線に至ると、発電機(12)で発電を行うことができない。 The unconstrained curve in Figure 3 is a constant torque curve that represents the torque of the generator (12) where the torque is zero. Therefore, when the turbine operating point reaches the unconstrained curve, the generator (12) cannot generate electricity.
図3の制限曲線は、発電機(12)の出力における制御範囲の制限値を示す曲線である。制限値とは、例えば発電機(12)の最大トルクや最大出力、あるいは水力発電システム(10)の最大出力である。水車動作点が制限曲線よりも上側にあることは、発電機(12)の出力が制限値を越えることを意味する。発電機(12)の出力が制限値を越えると、発電機(12)やAC/DCコンバータ(31)や系統連系インバータ(50)において、制御上、あるいは過熱異常などの不具合が生じる。水車動作点が制限曲線上にあれば、発電機(12)の制御範囲において発電機(12)の出力が最大となる。 The limit curve in FIG. 3 is a curve showing the limit value of the control range of the output of the generator (12). The limit value is, for example, the maximum torque or maximum output of the generator (12), or the maximum output of the hydroelectric power generation system (10). If the turbine operating point is above the limit curve, it means that the output of the generator (12) exceeds the limit value. If the output of the generator (12) exceeds the limit value, a malfunction such as a control malfunction or overheating occurs in the generator (12), the AC/DC converter (31), or the grid-connected inverter (50). If the turbine operating point is on the limit curve, the output of the generator (12) is maximum within the control range of the generator (12).
図3に示す各特性や曲線は、テーブルや関数などのデータとして、コントローラ(30)のメモリディバイスに記憶される。したがって、コントローラ(30)は、このデータを利用することで種々の指標を求めることができる。 The characteristics and curves shown in FIG. 3 are stored in the memory device of the controller (30) as data such as tables and functions. Therefore, the controller (30) can use this data to determine various indices.
(2)基本動作
水力発電システム(10)の基本動作について図1および図2を参照しながら説明する。
(2) Basic Operation The basic operation of the hydroelectric power generation system (10) will be described with reference to Figs.
貯水槽(2)の水は、流路(4)を流れる。流路(4)の水は電動弁(15)を通過した後、水車(11)を流れる。水流によって水車(11)が回転すると発電機(12)から電力が発生する。発電機(12)で発生した交流電力は、AC/DCコンバータ(31)で直流電力に変換される。AC/DCコンバータ(31)で変換された直流電力は、系統連系インバータ(50)で交流電力に変換され、電力系統(60)に供給される。水車(11)を通過した水は、受水槽(8)に送られる。 Water in the water tank (2) flows through the flow path (4). After passing through the motor-operated valve (15), the water in the flow path (4) flows through the water wheel (11). When the water wheel (11) rotates due to the water flow, electricity is generated from the generator (12). The AC power generated by the generator (12) is converted to DC power by the AC/DC converter (31). The DC power converted by the AC/DC converter (31) is converted to AC power by the grid-connected inverter (50) and supplied to the power grid (60). The water that passes through the water wheel (11) is sent to the water tank (8).
(3)課題
本実施形態の水力発電システム(10)では、図3に示す特性マップにおいて、無拘束曲線が最高効率曲線よりも右側に位置する。言い換えると、所定の有効落差において、水車(11)の効率または水力発電システム(10)の効率が最大効率となる水車(11)の流量は、発電機(12)が無拘束状態となる前記水車(11)の流量よりも小さい。水車(11)が軸流式や斜流式である場合、無拘束曲線が最高効率曲線よりも右側に位置する傾向にある。
(3) Problems In the hydraulic power generation system (10) of this embodiment, the unconstrained curve is located to the right of the maximum efficiency curve in the characteristic map shown in Fig. 3. In other words, for a given available head, the flow rate of the hydraulic turbine (11) at which the efficiency of the hydraulic turbine (11) or the efficiency of the hydraulic power generation system (10) is at its maximum efficiency is smaller than the flow rate of the hydraulic turbine (11) at which the generator (12) is in an unconstrained state. When the hydraulic turbine (11) is of an axial flow type or a diagonal flow type, the unconstrained curve tends to be located to the right of the maximum efficiency curve.
上述したように、水力発電システム(10)では、水車動作点を最高効率曲線上で制御することで最大効率を得ることができる。しかし、図3に示すように、水力発電システム(10)の特性が、最高効率曲線に対して無拘束曲線が右側に離れた特性である場合、比較的大きな目標流量(Qo)を満たすことができないという問題があった。 As described above, in the hydroelectric power generation system (10), maximum efficiency can be achieved by controlling the turbine operating point on the maximum efficiency curve. However, as shown in FIG. 3, if the characteristics of the hydroelectric power generation system (10) are such that the unconstrained curve is far to the right of the maximum efficiency curve, there is a problem that a relatively large target flow rate (Qo) cannot be met.
(4)基本制御
上記の課題を解決するために、本実施形態の水力発電システム(10)では、以下の第1運転や第2運転により目標流量(Qo)の制御範囲を拡大している。第1運転は発電の出力を優先する運転モードであり、第2運転は目標流量(Qo)を優先する運転モードである。オペレータは、操作部(40)により、第1運転または第2運転を選択できる。
(4) Basic Control In order to solve the above problems, in the hydroelectric power generation system (10) of this embodiment, the control range of the target flow rate (Qo) is expanded by the following first and second operations. The first operation is an operation mode that prioritizes power generation output, and the second operation is an operation mode that prioritizes the target flow rate (Qo). The operator can select the first or second operation using the operation unit (40).
図4に示すように、ステップST1において、操作部(40)からコントローラ(30)に運転を開始するための指令が入力されると、処理はステップST2に移行する。操作部(40)において第1運転が選択される場合、ステップST3においてコントローラ(30)は第1運転を実行させる。操作部(40)において第2運転が選択される場合、ステップST4においてコントローラ(30)は第2運転を実行させる。ステップST5において、操作部(40)からコントローラ(30)に運転を停止するための指令が入力されると、ステップST6において、コントローラ(30)は第1運転や第2運転を停止させる。 As shown in FIG. 4, when a command to start operation is input from the operation unit (40) to the controller (30) in step ST1, the process proceeds to step ST2. When the first operation is selected in the operation unit (40), the controller (30) executes the first operation in step ST3. When the second operation is selected in the operation unit (40), the controller (30) executes the second operation in step ST4. When a command to stop operation is input from the operation unit (40) to the controller (30) in step ST5, the controller (30) stops the first operation or the second operation in step ST6.
(5)第1運転
第1運転では、コントローラ(30)は、図5に示す第1制御と第2制御とを切り換えて実行する。
(5) First Operation In the first operation, the controller (30) switches between the first control and the second control shown in FIG.
図5に示すように、コントローラ(30)は、流量(Q)が第1範囲内にある場合に、第1制御を実行する。第1範囲は、零より大きく第1流量(Q1)以下までの範囲である。第1流量(Q1)は、制限曲線と最高効率曲線との交点であるa点に対応する流量である。図5の例では、特性マップにおいて、a点は、b点よりも下側にある。b点は、電動弁(15)の開度が最大であるときのシステムロスカーブ(以下、最大システムロスカーブともいう)と最高効率曲線との交点である。「電動弁の開度が最大」の意味は、電動弁(15)が機械的に全開であることに加えて、電動弁(15)の開度が、その制御範囲の上限値にあることも含む。 As shown in FIG. 5, the controller (30) executes the first control when the flow rate (Q) is within a first range. The first range is a range greater than zero and equal to or less than a first flow rate (Q1). The first flow rate (Q1) is a flow rate corresponding to point a, which is an intersection point between the restriction curve and the maximum efficiency curve. In the example of FIG. 5, point a is lower than point b in the characteristic map. Point b is an intersection point between the system loss curve (hereinafter also referred to as the maximum system loss curve) when the opening degree of the motor-operated valve (15) is maximum, and the maximum efficiency curve. The meaning of "the opening degree of the motor-operated valve is maximum" includes not only that the motor-operated valve (15) is mechanically fully open, but also that the opening degree of the motor-operated valve (15) is at the upper limit value of its control range.
第1制御では、水車動作点が最高効率曲線上に沿うように流量(Q)が調節される。このため、第1制御では、水車(11)、あるいは水力発電システム(10)の効率を最大効率に近づけることができる。 In the first control, the flow rate (Q) is adjusted so that the turbine operating point is along the maximum efficiency curve. Therefore, in the first control, the efficiency of the turbine (11) or the hydroelectric power generation system (10) can be brought closer to maximum efficiency.
なお、水力発電システム(10)の使用条件などにより、a点がb点よりも上側にある場合、電動弁(15)の開度を最大にしても、水車動作点が制限曲線に達しない。したがって、このような条件下では、コントローラ(30)は、流量(Q)が零から電動弁(15)の開度が最大になる流量までの範囲において、水車動作点が最高効率曲線に沿うように、電動弁(15)および発電機(12)を制御する。 When point a is above point b due to the operating conditions of the hydroelectric power generation system (10), the turbine operating point does not reach the limit curve even if the opening of the motor-operated valve (15) is maximized. Therefore, under such conditions, the controller (30) controls the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the turbine operating point is along the maximum efficiency curve in the range of the flow rate (Q) from zero to the flow rate at which the opening of the motor-operated valve (15) is maximized.
図5に示すように、コントローラ(30)は、流量(Q)が第2範囲内にある場合に、第2制御を実行する。第2範囲は、第1流量(Q1)より大きく第2流量(Q2)以下までの範囲である。第2流量(Q2)は、図5に示すように、最大システムロスカーブと制限曲線との交点であるc点に対応する流量である。したがって、水車動作点がc点に至ると、電動弁(15)の開度が最大となる。第2制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する。「発電機(12)の出力が制限値に近づくように」は、厳密にいうと、発電機(12)の出力が最大に近づき、且つ発電機(12)の出力が制限値を越えないことを意味する。第2制御では、水車動作点が制限曲線を越えることを回避しつつ、流量(Q)の調整範囲を拡大できる。 As shown in FIG. 5, the controller (30) executes the second control when the flow rate (Q) is within the second range. The second range is a range greater than the first flow rate (Q1) and equal to or less than the second flow rate (Q2). As shown in FIG. 5, the second flow rate (Q2) is a flow rate corresponding to point c, which is the intersection point between the maximum system loss curve and the limit curve. Therefore, when the turbine operating point reaches point c, the opening of the motor-operated valve (15) becomes maximum. In the second control, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). "So that the output of the generator (12) approaches the limit value" strictly speaking means that the output of the generator (12) approaches the maximum and does not exceed the limit value. In the second control, the adjustment range of the flow rate (Q) can be expanded while preventing the turbine operating point from exceeding the limit curve.
コントローラ(30)は、第2制御において、流量(Q)を第2流量(Q2)に近づけるときに電動弁(15)の開度を最大とする。このため、電動弁(15)の開度を最大とすることで発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the second control, the controller (30) maximizes the opening of the motor-operated valve (15) when the flow rate (Q) approaches the second flow rate (Q2). Therefore, by maximizing the opening of the motor-operated valve (15), the power generated by the generator (12) can be increased.
目標流量(Qo)が第2範囲よりも大きい場合、コントローラ(30)は、流量(Q)が第2流量(Q2)に近づくように電動弁(15)および発電機(12)を制御する。この場合、目標流量(Qo)を満たすことはできないが、発電機(12)の発電電力を確保できる。 When the target flow rate (Qo) is greater than the second range, the controller (30) controls the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the second flow rate (Q2). In this case, the target flow rate (Qo) cannot be satisfied, but the power generated by the generator (12) can be ensured.
(5-1)第1運転の制御例
第1運転の具体的な制御例について図6を参照しながら説明する。第1運転では、図6に示す処理が繰り返し実行される。第1運転では、コントローラ(30)は、ステップST11において、電動弁(15)の開度を目標流量(Qo)の方向に制御する。具体的には、ステップST11では、コントローラ(30)は、流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように電動弁(15)の開度を所定量Δαだけ変化させる。ステップST12において、水車動作点が制限曲線に到達していない場合、ステップST13において、コントローラ(30)は、水車動作点が最高効率曲線に維持されるように発電機(12)を制御する。このように、水車動作点が制限曲線に到達していない場合、ステップST11の電動弁(15)の開度の調整と、ステップST13の発電機(12)の制御とが交互に繰り返される。この制御が第1制御に対応する。
(5-1) Control Example of the First Operation A specific control example of the first operation will be described with reference to FIG. 6. In the first operation, the process shown in FIG. 6 is repeatedly executed. In the first operation, the controller (30) controls the opening of the motor-operated valve (15) in the direction of the target flow rate (Qo) in step ST11. Specifically, in step ST11, the controller (30) changes the opening of the motor-operated valve (15) by a predetermined amount Δα so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). If the turbine operating point has not reached the limit curve in step ST12, the controller (30) controls the generator (12) in step ST13 so that the turbine operating point is maintained on the maximum efficiency curve. In this way, if the turbine operating point has not reached the limit curve, the adjustment of the opening of the motor-operated valve (15) in step ST11 and the control of the generator (12) in step ST13 are alternately repeated. This control corresponds to the first control.
ステップST12において、水車動作点が制限曲線に到達している場合、ステップST14において、コントローラ(30)は、水車動作点が制限曲線に維持されるように発電機(12)を制御する。このように、水車動作点が制限曲線に到達している場合、ステップST11の電動弁(15)の開度の調整と、ステップST14の発電機(12)の制御とが交互に繰り返される。この制御が第2制御に対応する。 If the turbine operating point has reached the limit curve in step ST12, then in step ST14 the controller (30) controls the generator (12) so that the turbine operating point is maintained on the limit curve. In this way, if the turbine operating point has reached the limit curve, adjustment of the opening of the motor-operated valve (15) in step ST11 and control of the generator (12) in step ST14 are alternately repeated. This control corresponds to the second control.
(6)第2運転
第2運転は、水力発電システム(10)が設置される環境や運転条件に応じて、第1モードと、第2モードによる制御が行われる。
(6) Second Operation In the second operation, control is performed in the first mode or the second mode depending on the environment in which the hydroelectric power generation system (10) is installed and the operating conditions.
(6-1)第2運転の第1モード
第2運転の第1モードは、図7に示すように、制限曲線と最高効率曲線との交点であるa点が、最大システムロスカーブと最高効率曲線との交点であるb点よりも下側にある条件において、実行される。第2運転の第1モードでは、コントローラ(30)は、第3制御と第4制御と第5制御とを切り換えて実行する。ここで、第3制御は、第1運転の第1制御と実質的に同じであり、第4制御は、第1運転の第2制御と実質的に同じである。
(6-1) First Mode of Second Operation The first mode of the second operation is performed under the condition that point a, which is the intersection point between the limit curve and the maximum efficiency curve, is below point b, which is the intersection point between the maximum system loss curve and the maximum efficiency curve, as shown in Fig. 7. In the first mode of the second operation, the controller (30) switches between and performs the third control, the fourth control, and the fifth control. Here, the third control is substantially the same as the first control of the first operation, and the fourth control is substantially the same as the second control of the first operation.
コントローラ(30)は、流量(Q)が第3範囲内にある場合、第3制御を実行する。第3範囲は、零より大きく第3流量(Q3)以下までの範囲である。第3流量(Q3)は、第1運転の第1流量(Q1)に相当する。コントローラ(30)は、第3制御において、水車動作点が最高効率曲線に沿い且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように電動弁(15)および発電機(12)を制御する。 The controller (30) executes a third control when the flow rate (Q) is within a third range. The third range is a range greater than zero and equal to or less than a third flow rate (Q3). The third flow rate (Q3) corresponds to the first flow rate (Q1) in the first operation. In the third control, the controller (30) controls the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the turbine operating point is along the maximum efficiency curve and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo).
コントローラ(30)は、流量(Q)が第4範囲内にある場合、第4制御を実行する。第4範囲は、第3流量(Q3)より大きく第4流量(Q4)以下までの範囲である。第4流量(Q4)は、第1運転の第2流量(Q2)に相当する。コントローラ(30)は、第4制御において、水車動作点が制限曲線に沿い且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように電動弁(15)および発電機(12)を制御する。 The controller (30) executes the fourth control when the flow rate (Q) is within the fourth range. The fourth range is a range greater than the third flow rate (Q3) and equal to or less than the fourth flow rate (Q4). The fourth flow rate (Q4) corresponds to the second flow rate (Q2) in the first operation. In the fourth control, the controller (30) controls the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the turbine operating point is along the limit curve and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo).
コントローラ(30)は、流量(Q)が第5範囲内である場合、第5制御を実行する。第5範囲は、第4流量(Q4)より大きく第5流量(Q5)以下までの範囲である。第5流量(Q5)は、図7に示すd点に対応する流量である。d点は、最大システムロスカーブ上において、制限曲線と無拘束曲線との間の所定の水車動作点に対応する。 The controller (30) executes the fifth control when the flow rate (Q) is within the fifth range. The fifth range is a range greater than the fourth flow rate (Q4) and equal to or less than the fifth flow rate (Q5). The fifth flow rate (Q5) is a flow rate corresponding to point d shown in FIG. 7. Point d corresponds to a predetermined turbine operating point on the maximum system loss curve between the restricted curve and the unconstrained curve.
コントローラ(30)は、第5制御において、電動弁(15)の開度を維持しながら流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)を制御する。言い換えるとコントローラ(30)は、第5制御において、水車動作点が、最大システムロスカーブに沿いながら目標流量(Qo)に収束するように、発電機(12)を制御する。これにより、発電機(12)の発電を継続しながら、流量(Q)の調整範囲をさらに拡大できる。 In the fifth control, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo) while maintaining the opening of the motor-operated valve (15). In other words, in the fifth control, the controller (30) controls the generator (12) so that the turbine operating point converges to the target flow rate (Qo) while following the maximum system loss curve. This makes it possible to further expand the adjustment range of the flow rate (Q) while continuing power generation by the generator (12).
第5制御では、電動弁(15)の開度が最大に維持される。このため、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。 In the fifth control, the opening of the motor-operated valve (15) is maintained at its maximum. This ensures that the generator (12) can generate sufficient power.
目標流量(Qo)が第5範囲よりも大きい場合、コントローラ(30)は、流量(Q)が第5流量(Q5)に近づくように発電機(12)を制御する。この場合、目標流量(Qo)を満たすことはできないが、発電機(12)の発電電力を確保できる。 When the target flow rate (Qo) is greater than the fifth range, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the fifth flow rate (Q5). In this case, the target flow rate (Qo) cannot be satisfied, but the power generated by the generator (12) can be ensured.
(6-2)第2運転の第2モード
第2運転の第2モードは、図8に示すように、制限曲線と最高効率曲線との交点であるa点が、最大システムロスカーブと最高効率曲線との交点であるb点よりも上側にある条件において、実行される。第2運転の第2モードでは、コントローラ(30)は、第6制御と第7制御とを切り換えて実行する。
(6-2) Second Mode of Second Operation The second mode of the second operation is performed under the condition that point a, which is the intersection point between the limit curve and the maximum efficiency curve, is above point b, which is the intersection point between the maximum system loss curve and the maximum efficiency curve, as shown in Fig. 8. In the second mode of the second operation, the controller (30) switches between and performs the sixth control and the seventh control.
コントローラ(30)は、流量(Q)が第6範囲内にある場合、第6制御を実行する。第6範囲は、零より大きく第6流量(Q6)以下までの範囲である。第6流量(Q6)は、b点の流量に相当する。コントローラ(30)は、第6制御において、水車動作点が最高効率曲線に沿い且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように電動弁(15)および発電機(12)を制御する。 The controller (30) executes the sixth control when the flow rate (Q) is within the sixth range. The sixth range is a range greater than zero and equal to or less than a sixth flow rate (Q6). The sixth flow rate (Q6) corresponds to the flow rate at point b. In the sixth control, the controller (30) controls the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the turbine operating point is along the maximum efficiency curve and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo).
コントローラ(30)は、流量(Q)が第7範囲内にある場合、第7制御を実行する。第7範囲は、第6流量(Q6)より大きく第7流量(Q7)以下までの範囲である。第7流量(Q7)は、図8に示すe点に対応する流量である。e点は、最大システムロスカーブ上において、最高効率曲線と無拘束曲線との間の所定の水車動作点に対応する。 The controller (30) executes the seventh control when the flow rate (Q) is within the seventh range. The seventh range is greater than the sixth flow rate (Q6) and is equal to or less than the seventh flow rate (Q7). The seventh flow rate (Q7) is the flow rate corresponding to point e shown in FIG. 8. Point e corresponds to a predetermined turbine operating point on the maximum system loss curve between the maximum efficiency curve and the unconstrained curve.
コントローラ(30)は、第7制御において、電動弁(15)の開度を維持しながら流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)を制御する。言い換えるとコントローラ(30)は、第7制御において、水車動作点が、最大システムロスカーブに沿いながら目標流量(Qo)に収束するように、発電機(12)を制御する。これにより、発電機(12)の発電を継続しながら、流量(Q)の調整範囲をさらに拡大できる。 In the seventh control, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo) while maintaining the opening of the motor-operated valve (15). In other words, in the seventh control, the controller (30) controls the generator (12) so that the turbine operating point converges to the target flow rate (Qo) while following the maximum system loss curve. This makes it possible to further expand the adjustment range of the flow rate (Q) while continuing power generation by the generator (12).
第7制御では、電動弁(15)の開度が最大に維持される。このため、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。 In the seventh control, the opening of the motor-operated valve (15) is maintained at its maximum. This ensures that the generator (12) can generate sufficient power.
目標流量(Qo)が第7範囲よりも大きい場合、コントローラ(30)は、流量(Q)が第7流量(Q7)に近づくように発電機(12)を制御する。この場合、目標流量(Qo)を満たすことはできないが、発電機(12)の発電電力を確保できる。 When the target flow rate (Qo) is greater than the seventh range, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the seventh flow rate (Q7). In this case, the target flow rate (Qo) cannot be satisfied, but the power generated by the generator (12) can be secured.
(6-3)第2運転の制御例
第2運転の具体的な制御例について図9を参照しながら説明する。第2運転では、ステップST21において、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度が最大であるか否かを判定する。ステップST21において、電動弁(15)の開度が最大でない場合、ステップST22において、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度を目標流量の方向に制御する。具体的には、ステップST22では、コントローラ(30)は、流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように電動弁(15)の開度を所定量Δαだけ変化させる。ステップST23において、水車動作点が制限曲線に到達していない場合、ステップST24において、コントローラ(30)は、水車動作点が最高効率曲線に維持されるように発電機(12)を制御する。このように、水車動作点が制限曲線に到達していない場合、ステップST22の電動弁(15)の開度の調整と、ステップST24の発電機(12)の制御とが交互に繰り返される。この制御が、第3制御や第6制御に対応する。
(6-3) Control Example of the Second Operation A specific control example of the second operation will be described with reference to FIG. 9. In the second operation, in step ST21, the controller (30) determines whether the opening of the motor-operated valve (15) is maximum. If the opening of the motor-operated valve (15) is not maximum in step ST21, the controller (30) controls the opening of the motor-operated valve (15) in the direction of the target flow rate in step ST22. Specifically, in step ST22, the controller (30) changes the opening of the motor-operated valve (15) by a predetermined amount Δα so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). If the turbine operating point has not reached the limit curve in step ST23, the controller (30) controls the generator (12) in step ST24 so that the turbine operating point is maintained on the maximum efficiency curve. In this manner, when the turbine operating point has not reached the limit curve, adjustment of the aperture of the motor-operated valve (15) in step ST22 and control of the generator (12) in step ST24 are alternately repeated. This control corresponds to the third control or the sixth control.
ステップST23において、水車動作点が制限曲線に到達している場合、ステップST25において、コントローラ(30)は、水車動作点が制限曲線に維持されるように発電機(12)を制御する。このように、水車動作点が制限曲線に到達している場合、ステップST22の電動弁(15)の開度の調整と、ステップST25の発電機(12)の制御とが交互に繰り返される。この制御が第4制御に対応する。 If the turbine operating point has reached the limit curve in step ST23, then in step ST25, the controller (30) controls the generator (12) so that the turbine operating point is maintained on the limit curve. In this way, if the turbine operating point has reached the limit curve, adjustment of the opening of the motor-operated valve (15) in step ST22 and control of the generator (12) in step ST25 are alternately repeated. This control corresponds to the fourth control.
ステップST21において、電動弁(15)の開度が最大であり、且つステップST26で流量(Q)が目標流量(Qo)より小さい場合、電動弁(15)の開度により流量(Q)を増大できない。したがって、この場合には、ステップST28において、コントローラ(30)は、水車動作点が目標流量(Qo)に収束するように発電機(12)を制御する。具体的には、コントローラ(30)は、発電機(12)のトルクを制御することにより、流量(Q)を増大させる。また、ステップST26において、流量(Q)が目標流量(Qo)より大きく、且つステップST27において水車動作点が制限曲線や最高効率曲線に到達していない場合にも、処理はステップST28に移行する。この場合には、発電機(12)の制御により流量(Q)が減少する。これらのステップST28の制御は、第5制御や第7制御に対応する。 In step ST21, if the opening of the motor-operated valve (15) is maximum and the flow rate (Q) is smaller than the target flow rate (Qo) in step ST26, the flow rate (Q) cannot be increased by the opening of the motor-operated valve (15). Therefore, in this case, in step ST28, the controller (30) controls the generator (12) so that the turbine operating point converges to the target flow rate (Qo). Specifically, the controller (30) increases the flow rate (Q) by controlling the torque of the generator (12). Also, in step ST26, if the flow rate (Q) is greater than the target flow rate (Qo) and the turbine operating point has not reached the limit curve or the maximum efficiency curve in step ST27, the process proceeds to step ST28. In this case, the flow rate (Q) is reduced by controlling the generator (12). These controls in step ST28 correspond to the fifth control and the seventh control.
(7)実施形態の効果
第1運転において、コントローラ(30)は、流量(Q)が零より大きく第1流量(Q1)以下までの第1範囲内にある場合に、水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する第1制御を行う。このため、目標流量(Qo)が第1範囲内である場合には、第1制御により最大効率を得ながら流量(Q)を目標流量(Qo)に近づけることができる。
(7) Effects of the embodiment In the first operation, when the flow rate (Q) is within a first range greater than zero and equal to or less than a first flow rate (Q1), the controller (30) performs a first control to control the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the hydraulic turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate (Q) approaches a target flow rate (Qo). Therefore, when the target flow rate (Qo) is within the first range, the flow rate (Q) can be brought close to the target flow rate (Qo) while obtaining maximum efficiency by the first control.
第1運転において、コントローラ(30)は、流量(Q)が第1流量(Q1)より大きく第2流量(Q2)以下までの第2範囲内にある場合に、発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する第2制御を行う。このため、目標流量(Qo)が第1範囲より大きい場合にも、第2制御により、流量(Q)を目標流量(Qo)に近づけることができる。このとき、発電機(12)の出力は最大出力に近づくため、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。加えて、発電機(12)の出力が制限値を越えないので、発電機(12)やAC/DCコンバータ(31)や系統連系インバータ(50)において、制御上、あるいは過熱異常などの不具合が生じることを回避できる。したがって、第2範囲においても、水車動作点を確実に制御でき、流量(Q)を目標流量(Qo)に収束させることができる。 In the first operation, when the flow rate (Q) is within a second range that is greater than the first flow rate (Q1) and is equal to or less than the second flow rate (Q2), the controller (30) performs a second control that controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). Therefore, even when the target flow rate (Qo) is greater than the first range, the flow rate (Q) can be brought closer to the target flow rate (Qo) by the second control. At this time, the output of the generator (12) approaches the maximum output, so that the power generated by the generator (12) can be sufficiently secured. In addition, since the output of the generator (12) does not exceed the limit value, it is possible to avoid the occurrence of problems such as control or overheating abnormality in the generator (12), the AC/DC converter (31), and the grid-connected inverter (50). Therefore, even in the second range, the turbine operating point can be reliably controlled and the flow rate (Q) can be converged to the target flow rate (Qo).
第2制御では、流量(Q)を第2流量(Q2)に近づけるときに、電動弁(15)の開度を最大とする。電動弁(15)の開度を最大とすることで、第2範囲において発電機(12)の発電電力を増大できる。 In the second control, the opening of the motor-operated valve (15) is maximized when the flow rate (Q) approaches the second flow rate (Q2). By maximizing the opening of the motor-operated valve (15), the power generated by the generator (12) can be increased in the second range.
第2運転の第1モードにおいて、コントローラ(30)は、第3制御(第1制御に相当)、第4制御(第2制御に相当)に加えて、第5制御を実行する。第5制御では、コントローラ(30)は、流量(Q)が第5範囲内にある場合に、電動弁(15)の開度を維持しながら流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)を制御する。これにより、第1運転と比べて流量の調整範囲をさらに拡大できる。第5制御では、電動弁(15)の開度を調整しないので、流量(Q)を目標流量(Qo)に速やかに近づけることができる。流量調整のための発電機(12)の応答速度は、電動弁(15)の開度の制御の応答速度よりも早いためである。 In the first mode of the second operation, the controller (30) executes a fifth control in addition to the third control (corresponding to the first control) and the fourth control (corresponding to the second control). In the fifth control, when the flow rate (Q) is within the fifth range, the controller (30) controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo) while maintaining the opening of the motor-operated valve (15). This allows the flow rate adjustment range to be further expanded compared to the first operation. In the fifth control, the opening of the motor-operated valve (15) is not adjusted, so that the flow rate (Q) can be quickly brought close to the target flow rate (Qo). This is because the response speed of the generator (12) to adjust the flow rate is faster than the response speed of the control of the opening of the motor-operated valve (15).
第5制御では、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度を最大に維持する。このため、電動弁(15)の開度が最大よりも小さい場合と比較して、発電機(12)の発電電力が大きくなる。 In the fifth control, the controller (30) maintains the opening of the motor-operated valve (15) at the maximum. This results in a larger power generation by the generator (12) compared to when the opening of the motor-operated valve (15) is smaller than the maximum.
第2運転の第2モードにおいて、コントローラ(30)は、流量(Q)が零より大きく第6流量以下までの第6範囲内にある場合に、水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する第6制御を行う。このため、目標流量(Qo)が第6範囲内である場合には、第6制御により最大効率を得ながら流量(Q)を目標流量(Qo)に近づけることができる。 In the second mode of the second operation, when the flow rate (Q) is within a sixth range from greater than zero to a sixth flow rate or less, the controller (30) performs a sixth control that controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches maximum efficiency and the flow rate (Q) approaches a target flow rate (Qo). Therefore, when the target flow rate (Qo) is within the sixth range, the sixth control can bring the flow rate (Q) closer to the target flow rate (Qo) while obtaining maximum efficiency.
第2運転の第2モードにおいて、コントローラ(30)は、流量(Q)が第6流量(Q6)より大きく第7流量(Q7)以下までの第7範囲内にある場合に、電動弁(15)の開度を維持しながら流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)を制御する第7制御を行う。このため、目標流量(Qo)が第7範囲内である場合には、第7制御により流量(Q)を目標流量(Qo)に速やか近づけることができる。 In the second mode of the second operation, when the flow rate (Q) is within a seventh range greater than the sixth flow rate (Q6) and equal to or less than the seventh flow rate (Q7), the controller (30) performs a seventh control that controls the generator (12) so that the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo) while maintaining the opening of the motor-operated valve (15). Therefore, when the target flow rate (Qo) is within the seventh range, the seventh control can quickly bring the flow rate (Q) closer to the target flow rate (Qo).
第7制御では、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度を最大に維持する。このため、電動弁(15)の開度が最大よりも小さい場合と比較して、発電機(12)の発電電力が大きくなる。 In the seventh control, the controller (30) maintains the opening of the motor-operated valve (15) at the maximum. This results in a larger power generation by the generator (12) compared to when the opening of the motor-operated valve (15) is smaller than the maximum.
水力発電システム(10)は、第1運転と第2運転を設定可能な操作部(40)(設定部)を有する。このため、オペレータは、第1運転、すなわち発電の効率を重視した運転と、第2運転、すなわち目標流量(Qo)を重視した運転とを任意に切り換えることができる。 The hydroelectric power generation system (10) has an operation unit (40) (setting unit) that can set the first operation and the second operation. Therefore, the operator can freely switch between the first operation, i.e., an operation that emphasizes power generation efficiency, and the second operation, i.e., an operation that emphasizes the target flow rate (Qo).
(6)変形例
上記実施形態においては、以下の変形例の構成としてもよい。以下には、上記実施形態と異なる点について説明する。
(6) Modifications The above embodiment may have the following modified configurations. The following describes the differences from the above embodiment.
(6-1)変形例1
変形例1の水力発電システム(10)は、過渡動作を行う。過渡動作は、例えば流量(Q)と目標流量(Qo)とが乖離することを示す第1条件が成立すると実行される。第1条件は、例えば流量(Q)と目標流量(Qo)との差の絶対値が所定値より大きいことである。過渡動作では、発電機(12)の制御により、流量(Q)が目標流量(Qo)に速やかに近づいた後、電動弁(15)の開度を調整する。
(6-1) Modification 1
The hydroelectric power generation system (10) of the first modification performs a transient operation. The transient operation is executed, for example, when a first condition is satisfied, which indicates that the flow rate (Q) deviates from the target flow rate (Qo). The first condition is, for example, that the absolute value of the difference between the flow rate (Q) and the target flow rate (Qo) is greater than a predetermined value. In the transient operation, the generator (12) is controlled to adjust the opening of the motor-operated valve (15) after the flow rate (Q) quickly approaches the target flow rate (Qo).
図10に示すように、上述した実施形態と同様、コントローラ(30)は、水車(11)の効率または水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように発電機(12)および電動弁(15)を制御する。この制御が第6制御に対応する。 As shown in FIG. 10, similar to the above-described embodiment, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches the maximum efficiency and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). This control corresponds to the sixth control.
第6制御において、水車動作点が最大効率曲線上のf1点にあるときに、第1条件が成立したとする。この場合、コントローラ(30)は、現在の電動弁(15)の開度を第1開度に維持しつつ、発電機(12)の制御することで流量(Q)を目標流量(Qo)に近づける。変形例1では、この制御が第7制御に対応する。第1開度は、電動弁(15)の最大の開度より小さい所定開度になる。したがって、水車動作点は、この第1開度に対応するシステムロスカーブ(図10の破線)に沿うように目標流量(Qo)に近づく。水車動作点がf2点に至ることで、流量(Q)が目標流量(Qo)になる。これにより、目標流量(Qo)を速やかに満たすことができる。 In the sixth control, it is assumed that the first condition is satisfied when the turbine operating point is at point f1 on the maximum efficiency curve. In this case, the controller (30) controls the generator (12) while maintaining the current opening of the motor-operated valve (15) at the first opening, thereby bringing the flow rate (Q) closer to the target flow rate (Qo). In the first modification, this control corresponds to the seventh control. The first opening is a predetermined opening smaller than the maximum opening of the motor-operated valve (15). Therefore, the turbine operating point approaches the target flow rate (Qo) so as to follow the system loss curve (dashed line in FIG. 10) corresponding to this first opening. When the turbine operating point reaches point f2, the flow rate (Q) becomes the target flow rate (Qo). This makes it possible to quickly meet the target flow rate (Qo).
その後、第7制御において流量(Q)が目標流量(Qo)に至ると、コントローラ(30)は、流量(Q)が目標流量(Qo)を維持し且つ前記電動弁(15)の開度が最大となるように、発電機(12)および電動弁(15)を制御する。この制御が第8制御に対応する。水車動作点がf3点に至ると、電動弁(15)の開度が最大になる。その結果、発電機(12)の発電電力を増大できる。 After that, when the flow rate (Q) reaches the target flow rate (Qo) in the seventh control, the controller (30) controls the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the flow rate (Q) is maintained at the target flow rate (Qo) and the opening of the motor-operated valve (15) is maximized. This control corresponds to the eighth control. When the turbine operating point reaches point f3, the opening of the motor-operated valve (15) is maximized. As a result, the power generated by the generator (12) can be increased.
なお、変形例1において、コントローラ(30)は、第7制御において流量(Q)が目標流量(Qo)に至る前に第8制御を実行し、電動弁(15)の開度が最大となり且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、電動弁(15)および発電機(12)を制御してもよい。 In addition, in the first modification, the controller (30) may execute the eighth control before the flow rate (Q) reaches the target flow rate (Qo) in the seventh control, and control the motor-operated valve (15) and the generator (12) so that the opening of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo).
(6-2)変形例2
図11に示すように、変形例2に係る水力発電システム(10)は、バイパス流路(7)と、バイパス弁(17)とを有する。バイパス流路(7)は、水車(11)を迂回するように、流路(4)に接続される。バイパス流路(7)の流入端は第1流路(5)に接続し、バイパス流路(7)の流出端は第2流路(6)に接続する。バイパス流路(7)には、バイパス弁(17)と第2流量センサ(18)とが設けられる。バイパス弁(17)は、例えば電動弁で構成される。第2流量センサ(18)は、バイパス流路(7)の水の流量を検知する。第2流量センサ(18)によって検出された流量は、コントローラ(30)に入力される。コントローラ(30)は、バイパス弁(17)の開度を制御する。
(6-2) Modification 2
As shown in FIG. 11 , the hydroelectric power generation system (10) according to the second modification includes a bypass flow path (7) and a bypass valve (17). The bypass flow path (7) is connected to the flow path (4) so as to bypass the water turbine (11). An inlet end of the bypass flow path (7) is connected to the first flow path (5), and an outlet end of the bypass flow path (7) is connected to the second flow path (6). The bypass flow path (7) is provided with a bypass valve (17) and a second flow rate sensor (18). The bypass valve (17) is, for example, an electric valve. The second flow rate sensor (18) detects the flow rate of water in the bypass flow path (7). The flow rate detected by the second flow rate sensor (18) is input to a controller (30). The controller (30) controls the opening degree of the bypass valve (17).
変形例2では、バイパス弁(17)を開放することで、流量(Q)の調節範囲を拡大できる。ここで、流量(Q)は、水車(11)を通過する流量(水車側流量(Qa))と、バイパス流路(7)を通過する流量(バイパス側流量(Qb))との和になる。第1流量センサ(16)は、水車側流量(Qa)を検出する。第2流量センサ(18)は、バイパス側流量(Qb)を検出する。したがって、コントローラ(30)は、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御することで、水車側流量(Qa)およびバイパス側流量(Qb)、さらには流量(Qo)を調整できる。
(6-2-1)第1バイパス制御
変形例2のコントローラ(30)は、上述した第1運転において、図12に示すように、第1バイパス制御を行う。第1バイパス制御では、コントローラ(30)は、目標流量(Qo)が第2流量(Q2)よりも大きいときに、発電機(12)の出力が制限値に近づき、且つ電動弁(15)の開度が最大となり、且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御する。具体的には、図12の例では、第1バイパス制御により、水車動作点が、制限曲線と最大システムロスカーブの交点であるb点に至るように、コントローラ(30)が、発電機(12)のトルク、電動弁(15)の開度、およびバイパス弁(17)の開度を制御する。その結果、第2流量(Q2)よりも大きい目標流量(Qo)を確保しつつ、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。
In the second modification, the adjustment range of the flow rate (Q) can be expanded by opening the bypass valve (17). Here, the flow rate (Q) is the sum of the flow rate passing through the water turbine (11) (water turbine side flow rate (Qa)) and the flow rate passing through the bypass flow path (bypass side flow rate (Qb)). The first flow rate sensor (16) detects the water turbine side flow rate (Qa). The second flow rate sensor (18) detects the bypass side flow rate (Qb). Therefore, the controller (30) can adjust the water turbine side flow rate (Qa) and the bypass side flow rate (Qb), as well as the flow rate (Qo), by controlling the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17).
(6-2-1) First Bypass Control The controller (30) of the second modification performs the first bypass control as shown in FIG. 12 in the first operation described above. In the first bypass control, when the target flow rate (Qo) is greater than the second flow rate (Q2), the controller (30) controls the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the output of the generator (12) approaches the limit value, the aperture of the motor-operated valve (15) becomes maximum, and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). Specifically, in the example of FIG. 12, the controller (30) controls the torque of the generator (12), the aperture of the motor-operated valve (15), and the aperture of the bypass valve (17) by the first bypass control so that the turbine operating point reaches point b, which is the intersection point of the limit curve and the maximum system loss curve. As a result, it is possible to secure a sufficient amount of power generated by the generator (12) while securing a target flow rate (Qo) greater than the second flow rate (Q2).
第1バイパス制御では、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度が最大となり且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は最大システムロスカーブ上にあるが、制限曲線には到達しない。 In the first bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the opening of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). In other words, in this case, the turbine operating point is on the maximum system loss curve but does not reach the limit curve.
第1バイパス制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づき、且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は制限曲線上にあるが、最大システムロスカーブには到達しない。 In the first bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). That is, in this case, the turbine operating point is on the limit curve but does not reach the maximum system loss curve.
(6-2-2)第2バイパス制御
変形例2のコントローラ(30)は、上述した第2運転において、図13に示すように、第2バイパス制御を行う。第2バイパス制御では、コントローラ(30)は、目標流量(Qo)が第5流量(Q5)よりも大きいときに、電動弁(15)の開度が最大となり、且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御する。具体的には、図13の例では、第2バイパス制御により、水車動作点が最大システムロスカーブ上のf点に至るように、コントローラ(30)が、発電機(12)のトルク、電動弁(15)の開度、およびバイパス弁(17)の開度を制御する。その結果、第5流量(Q5)よりも大きい目標流量(Qo)を確保しつつ、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。
(6-2-2) Second Bypass Control The controller (30) of the second modification performs the second bypass control in the second operation described above, as shown in FIG. 13. In the second bypass control, the controller (30) controls the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the aperture of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo) when the target flow rate (Qo) is greater than the fifth flow rate (Q5). Specifically, in the example of FIG. 13, the controller (30) controls the torque of the generator (12), the aperture of the motor-operated valve (15), and the aperture of the bypass valve (17) by the second bypass control so that the turbine operating point reaches point f on the maximum system loss curve. As a result, it is possible to ensure a sufficient amount of power generated by the generator (12) while ensuring a target flow rate (Qo) greater than the fifth flow rate (Q5).
第2バイパス制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づき、且つ電動弁(15)の開度が最大となり且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は最大システムロスカーブ上且つ制限曲線上に至る。 In the second bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the output of the generator (12) approaches the limit value, the opening of the motor-operated valve (15) is maximized, and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). In other words, in this case, the turbine operating point reaches the maximum system loss curve and the limit curve.
第2バイパス制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づき、且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は制限曲線上にあるが、最大システムロスカーブにはない。 In the second bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). That is, in this case, the turbine operating point is on the limit curve but not on the maximum system loss curve.
(6-2-3)第3バイパス制御
変形例2のコントローラ(30)は、上述した変形例1の過渡動作において、図14に示すように、第3バイパス制御を行う。第3バイパス制御では、コントローラ(30)は、第7制御において、流量(Q)が目標流量(Qo)に至ると、流量(Q)が目標流量(Qo)を維持し且つ電動弁(15)の開度が最大となり且つ発電機(12)の出力が制限値に近づくように、発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御する。具体的には、図14に示すように、過渡動作の第7制御により、水車動作点がf2点に至ると、コントローラ(30)は、水車動作点がb点に至るように、発電機(12)のトルク、電動弁(15)の開度、およびバイパス弁(17)の開度を制御する。これにより、目標流量(Qo)が比較的大きい場合においても、この目標流量(Qo)を速やかに満足させつつ、発電機(12)の発電電力を十分に確保できる。
(6-2-3) Third Bypass Control The controller (30) of the second modification performs the third bypass control in the transient operation of the first modification as shown in Fig. 14. In the third bypass control, when the flow rate (Q) reaches the target flow rate (Qo) in the seventh control, the controller (30) controls the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the flow rate (Q) is maintained at the target flow rate (Qo), the aperture of the motor-operated valve (15) becomes maximum, and the output of the generator (12) approaches a limit value. Specifically, as shown in Fig. 14, when the turbine operating point reaches point f2 by the seventh control of the transient operation, the controller (30) controls the torque of the generator (12), the aperture of the motor-operated valve (15), and the aperture of the bypass valve (17) so that the turbine operating point reaches point b. As a result, even when the target flow rate (Qo) is relatively large, the target flow rate (Qo) can be quickly achieved while ensuring a sufficient amount of power generated by the generator (12).
第3バイパス制御では、コントローラ(30)は、電動弁(15)の開度が最大となり且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は最大システムロスカーブ上にあるが、制限曲線には到達しない。 In the third bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the opening of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). In other words, in this case, the turbine operating point is on the maximum system loss curve but does not reach the limit curve.
第3バイパス制御では、コントローラ(30)は、発電機(12)の出力が制限値に近づき、且つ流量(Q)が目標流量(Qo)に近づくように、発電機(12)、電動弁(15)、およびバイパス弁(17)を制御してもよい。つまり、この場合には、水車動作点は制限曲線上にあるが、最大システムロスカーブには到達しない。 In the third bypass control, the controller (30) may control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the output of the generator (12) approaches the limit value and the flow rate (Q) approaches the target flow rate (Qo). That is, in this case, the turbine operating point is on the limit curve but does not reach the maximum system loss curve.
コントローラ(30)は、第7制御において流量(Q)が目標流量(Qo)に至る前に第3バイパス制御を実行してもよい。 The controller (30) may execute the third bypass control before the flow rate (Q) reaches the target flow rate (Qo) in the seventh control.
(7)その他の実施形態
上述した実施形態や変形例では、以下のような構成としてもよい。
(7) Other Embodiments In the above-described embodiment and modified examples, the following configurations may be adopted.
コントローラ(30)は、発電機(12)のトルクではなく、回転数を制御することで流量(Q)を調整してもよい。 The controller (30) may adjust the flow rate (Q) by controlling the rotation speed of the generator (12) instead of the torque.
水力発電システム(10)の設置場所は、工業用水道、中水道、下水道にも設置可能であり、上水道(1)には限定されない。 The hydroelectric power generation system (10) can also be installed in industrial water supplies, recycled water supplies, and sewerage systems, and is not limited to mains water supplies (1).
流体機械(例えば水車(11))に供給する流体は、水には限定されない。 The fluid supplied to the fluid machine (e.g., the water turbine (11)) is not limited to water.
コントローラ(30)は、予め記憶されたシステムロスカーブや、特性マップのデータに基づいて上述した流量(Q)を推定してもよい。 The controller (30) may estimate the above-mentioned flow rate (Q) based on a pre-stored system loss curve or characteristic map data.
コントローラ(30)は、水力発電システム(10)と別体に構成されてもよい。コントローラ(30)は、ネットワークを介して水力発電システム(10)と接続されるサーバ装置に設けられてもよい。 The controller (30) may be configured separately from the hydroelectric power generation system (10). The controller (30) may be provided in a server device connected to the hydroelectric power generation system (10) via a network.
本開示は、コントローラ(30)が実行する上述した制御を行う制御方法、およびこの制御方法を実行するためのプログラムも対象とする。 The present disclosure also covers a control method for performing the above-mentioned control executed by the controller (30), and a program for executing this control method.
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。 Although the embodiments and modifications have been described above, it will be understood that various modifications of form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims. Furthermore, the above embodiments, modifications, and other embodiments may be combined or substituted as appropriate as long as the functionality of the subject matter of this disclosure is not impaired.
以上に述べた「第1」、「第2」、「第3」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。 The descriptions "first," "second," "third," etc. mentioned above are used to distinguish the words to which these descriptions are attached, and do not limit the number or order of the words.
以上に説明したように、本開示は、水力発電システムについて有用である。 As described above, the present disclosure is useful for hydroelectric power generation systems.
4 流路
7 バイパス流路
10 水力発電システム
11 水車
12 発電機
15 電動弁
17 バイパス弁
30 コントローラ
Q1 第1流量
Q2 第2流量
Q3 第3流量
Q4 第4流量
Q5 第5流量
Q6 第6流量
Q7 第7流量
Qo 目標流量
4 Flow Path
7 Bypass flow path
10 Hydroelectric Power System
11 Waterwheel
12. Generator
15 Motor-operated valve
17 Bypass valve
30 Controller
Q1 First flow rate
Q2 Second flow rate
Q3 Third flow rate
Q4 4th flow rate
Q5 5th flow rate
Q6 6th flow rate
Q7 7th flow rate
Qo target flow rate
Claims (12)
前記水車(11)と連結する発電機(12)と、
前記流路(4)において前記水車(11)と直列に設けられる電動弁(15)と、
前記発電機(12)のトルクまたは回転数、および前記電動弁(15)の開度を制御するコントローラ(30)とを備え、
前記コントローラ(30)は、
前記流量が零より大きく第1流量以下までの第1範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する第1制御と、
前記流量が前記第1流量より大きく第2流量以下までの第2範囲内にある場合に、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および電動弁(15)を制御する第2制御とを行う第1運転を実行するように構成される
水力発電システム。 A water turbine (11) disposed in a flow path (4) through which a fluid flows;
a generator (12) coupled to the water turbine (11);
a motor-operated valve (15) provided in series with the water turbine (11) in the flow path (4);
a controller (30) that controls the torque or rotation speed of the generator (12) and the opening of the motor-operated valve (15);
The controller (30)
a first control for controlling the generator (12) and the motor-operated valve (15) when the flow rate is within a first range greater than zero and equal to or less than a first flow rate, so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches a maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate;
and, when the flow rate is within a second range that is greater than the first flow rate and equal to or less than a second flow rate, a second control is performed to control the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the output of the generator (12) approaches a limit value and so that the flow rate approaches a target flow rate.
前記コントローラ(30)は、前記第1運転において、前記目標流量が前記第2流量よりも大きいときに、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように、または前記電動弁(15)の開度が最大となり且つ前記流量が目標流量に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御するように構成される
請求項1に記載の水力発電システム。 a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11),
2. The hydroelectric power generation system according to claim 1, wherein the controller (30) is configured to control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) when, in the first operation, the target flow rate is greater than the second flow rate, so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches the target flow rate, or so that the opening degree of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate approaches the target flow rate.
請求項1に記載の水力発電システム。 The hydroelectric power generation system according to claim 1, wherein, in the second control, the controller (30) maximizes the opening degree of the motor-operated valve (15) when the flow rate is brought closer to the second flow rate.
前記流量が零より大きく第3流量以下となる第3範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する第3制御と、
前記流量が前記第3流量より大きく第4流量以下までの第4範囲内にある場合に、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が前記目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する第4制御と、
前記流量が前記第4流量より大きく第5流量以下となる第5範囲内にある場合に、前記電動弁(15)の開度を維持しながら前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する第5制御とを行う第2運転を実行するように構成される
請求項1に記載の水力発電システム。 The controller (30)
a third control for controlling the generator (12) and the motor-operated valve (15) when the flow rate is within a third range greater than zero and equal to or less than a third flow rate, so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches a maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate;
a fourth control for controlling the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that an output of the generator (12) approaches a limit value and so that the flow rate approaches the target flow rate when the flow rate is within a fourth range that is greater than the third flow rate and is equal to or less than a fourth flow rate;
and a fifth control, when the flow rate is within a fifth range that is greater than the fourth flow rate and not greater than a fifth flow rate, to control the generator (12) so that the flow rate approaches a target flow rate while maintaining an opening degree of the electric valve (15).
前記コントローラ(30)は、前記第2運転において、前記目標流量が前記第5流量よりも大きいときに、前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように且つ前記流量が目標流量に近づくように、または前記電動弁(15)の開度が最大となり且つ前記流量が目標流量に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御するように構成される
請求項4に記載の水力発電システム。 a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11),
5. The hydroelectric power generation system according to claim 4, wherein the controller (30) is configured to control the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) when, in the second operation, the target flow rate is greater than the fifth flow rate, so that the output of the generator (12) approaches a limit value and the flow rate approaches the target flow rate, or so that the opening degree of the motor-operated valve (15) is maximized and the flow rate approaches the target flow rate.
請求項4に記載の水力発電システム。 The hydroelectric power generation system according to claim 4, wherein the controller (30) maximizes the opening degree of the motor-operated valve (15) in the fifth control.
前記流量が零より大きく第6流量以下までの第6範囲内にある場合に、前記水車(11)の効率または前記水力発電システム(10)の効率が最大効率に近づき且つ前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)および前記電動弁(15)を制御する第6制御と、
前記流量が前記第6流量より大きく第7流量以下までの第7範囲内にある場合に、前記電動弁(15)の開度を維持しながら前記流量が目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する第7制御とを行うように構成される
請求項1に記載の水力発電システム。 The controller (30)
a sixth control for controlling the generator (12) and the motor-operated valve (15) when the flow rate is within a sixth range greater than zero and equal to or less than a sixth flow rate, so that the efficiency of the water turbine (11) or the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) approaches a maximum efficiency and the flow rate approaches a target flow rate;
and a seventh control for controlling the generator (12) so that the flow rate approaches a target flow rate while maintaining an opening degree of the motor-operated valve (15) when the flow rate is within a seventh range greater than the sixth flow rate and equal to or less than a seventh flow rate.
前記第6制御において、前記流量を前記第6流量に近づけるときに前記電動弁(15)の開度を最大よりも小さい第1開度とし、
前記第7制御において、前記電動弁(15)の開度を前記第1開度に維持しながら前記流量が前記目標流量に近づくように前記発電機(12)を制御する
請求項7に記載の水力発電システム。 The controller (30)
in the sixth control, when the flow rate is brought closer to the sixth flow rate, the opening degree of the motor-operated valve (15) is set to a first opening degree that is smaller than a maximum opening degree;
The hydroelectric power generation system according to claim 7, wherein in the seventh control, the generator (12) is controlled so that the flow rate approaches the target flow rate while maintaining the opening degree of the motor-operated valve (15) at the first opening degree.
請求項7に記載の水力発電システム。 8. The hydroelectric power generation system according to claim 7, wherein, when the flow rate reaches a target flow rate in the seventh control, the controller (30) performs an eighth control to control the generator (12) and the motor-operated valve (15) so that the flow rate is maintained at the target flow rate and an opening degree of the motor-operated valve (15) is maximized.
前記コントローラ(30)は、前記第7制御において、前記流量が目標流量に至ると、該流量が該目標流量を維持し且つ前記電動弁(15)の開度が最大となるように、または該流量が該目標流量を維持し且つ前記発電機(12)の出力が制限値に近づくように、前記発電機(12)、前記電動弁(15)、および前記バイパス弁(17)を制御する
請求項7に記載の水力発電システム。 a bypass valve (17) provided in a bypass flow path (7) that bypasses the water turbine (11),
8. The hydroelectric power generation system according to claim 7, wherein, in the seventh control, when the flow rate reaches a target flow rate, the controller (30) controls the generator (12), the motor-operated valve (15), and the bypass valve (17) so that the flow rate is maintained at the target flow rate and the opening degree of the motor-operated valve (15) is maximized, or so that the flow rate is maintained at the target flow rate and the output of the generator (12) approaches a limit value.
請求項1~10のいずれか1つに記載の水力発電システム。 The hydroelectric power generation system according to any one of claims 1 to 10, wherein, for a given effective head, the flow rate of the hydroelectric power generation system (10) at which the efficiency of the hydroelectric power generation system (10) is maximized is smaller than the flow rate of the hydroelectric power generation system (10) at which the generator (12) is in an unconstrained state.
請求項11に記載の水力発電システム。 The hydroelectric power generation system according to claim 11, wherein the water turbine (11) is of an axial or mixed flow type.
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