JP2018050356A - Hydraulic power generating system - Google Patents
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Abstract
【課題】水力発電システムにおいて電力を抑制する際に、流体の物理量の変動をなるべく小さくする。【解決手段】発電機（G）の発電電力を制御し、該発電機（G）の出力を受けて電力を出力する発電機コントローラ（20）と、発電機コントローラ（20）の出力を受けて電力系統（5）に電力を供給する系統連系インバータ（30）とを設ける。系統連系インバータ（30）は、電力系統（5）の電圧が第１閾値を超えた場合に自身の出力を抑制する。発電機コントローラ（20）は、自身の出力電圧が第２閾値を超えた場合に自身の出力を抑制する電力抑制運転モードを有する。【選択図】図２PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize fluctuations in physical quantities of a fluid when suppressing electric power in a hydroelectric power generation system. SOLUTION: A generator controller (20) that controls the generated power of a generator (G) and receives the output of the generator (G) to output the power, and receives the output of the generator controller (20). A grid interconnection inverter (30) that supplies power to the power grid (5) is provided. The grid-connected inverter (30) suppresses its own output when the voltage of the power system (5) exceeds the first threshold value. The generator controller (20) has a power suppression operation mode that suppresses its own output when its own output voltage exceeds the second threshold value. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、水力発電システムに関するものである。 The present invention relates to a hydroelectric power generation system.
水路（例えば管路）を流れる流体（例えば水）によって発電を行う水力発電システムがある。例えば特許文献１に開示の水力発電システムは、管路に水車（流体機械）が接続される。流体によって水車が回転駆動されると、水車に接続される発電機が駆動される。発電機の出力電力は例えば逆潮流によって電力系統に供給される。
There is a hydroelectric power generation system that generates power using a fluid (for example, water) flowing through a water channel (for example, a pipe). For example, in the hydroelectric power generation system disclosed in
ところで、発電した電力を逆潮流させる場合には、商用電源の電圧を所定の範囲内に収めることが法律等によって求められる場合があり、その場合には、商用電源の電圧がその範囲を超えないように、逆潮流させる電力を制御する必要がある。 By the way, when the generated power is reversely flowed, there is a case where it is required by law or the like to keep the voltage of the commercial power source within a predetermined range. In that case, the voltage of the commercial power source does not exceed the range. Thus, it is necessary to control the electric power to flow backward.
しかしながら、水力発電システムでは、流体の流量や圧力の大きさが所定範囲に制限される場合（例えば上水道の管路に水力発電システムを設置する場合など）があり、電力を抑制する際に流量等が過度に変動する問題となる。 However, in a hydroelectric power generation system, the flow rate of fluid and the magnitude of pressure may be limited to a predetermined range (for example, when a hydroelectric power generation system is installed in a water supply pipeline). Becomes a problem that fluctuates excessively.
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、電力を抑制する際に、流体の物理量（例えば総流量）の変動をなるべく小さくすることを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described problem, and it is an object of the present invention to minimize the fluctuation of the physical quantity (for example, the total flow rate) of the fluid as much as possible when suppressing power.
前記の課題を解決するため、第１の態様は、
流体が流れる流路（1）に配置される流体機械（W）と、
前記流体機械（W）によって駆動される発電機（G）と、
前記発電機（G）の発電電力を制御し、該発電機（G）の出力を受けて電力を出力する発電機コントローラ（20）と、
前記発電機コントローラ（20）の出力を受けて電力系統（5）に電力を供給する系統連系インバータ（30）と、
を備え、
前記系統連系インバータ（30）は、前記電力系統（5）の電圧が第１閾値（Th1）を超えた場合に自身の出力を抑制し、
前記発電機コントローラ（20）は、自身の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えた場合に自身の出力を抑制する電力抑制運転モードを有していることを特徴とする水力発電システムである。
In order to solve the above-mentioned problem, the first aspect is
A fluid machine (W) disposed in the flow path (1) through which the fluid flows;
A generator (G) driven by the fluid machine (W);
A generator controller (20) for controlling the generated power of the generator (G), receiving the output of the generator (G) and outputting the power;
A grid-connected inverter (30) that receives the output of the generator controller (20) and supplies power to the power grid (5);
With
The grid interconnection inverter (30) suppresses its own output when the voltage of the power system (5) exceeds a first threshold (Th1),
The generator controller (20) is a hydroelectric power generation system having a power suppression operation mode for suppressing its own output when its own output voltage exceeds a second threshold (Th2). .
この構成では、系統連系インバータ（30）が出力を抑制することによって、発電機コントローラ（20）の出力電圧が上昇する場合がある。それに対し、発電機コントローラ（20）は、自身の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えた場合に出力を抑制する動作モードを備えている。すなわち、この構成では、水力発電システムの電力抑制が２段階に分けて行われ、電力抑制量が小さい場合には、発電機（G）の発電電力の抑制（発電機コントローラ（20）による電力抑制）を行わずに済む場合がある。 In this configuration, the output voltage of the generator controller (20) may increase due to the grid-connected inverter (30) suppressing the output. On the other hand, the generator controller (20) has an operation mode for suppressing output when the output voltage of the generator controller (20) exceeds the second threshold (Th2). That is, in this configuration, the power suppression of the hydroelectric power generation system is performed in two stages. When the power suppression amount is small, the power generation of the generator (G) is suppressed (the power suppression by the generator controller (20)). ) May not be necessary.
また、第２の態様は、第１の態様において、
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記発電機コントローラ（20）が出力する電力の所定量を抵抗器（40）で消費させることを特徴とする。
The second aspect is the first aspect,
When the grid-connected inverter (30) suppresses output, a predetermined amount of power output from the generator controller (20) is consumed by a resistor (40).
この構成では、抵抗器（40）を設けたことによって、系統連系インバータ（30）による電力抑制と、発電機コントローラ（20）による電力抑制とを容易に連係させることが可能になる。 In this configuration, by providing the resistor (40), it is possible to easily link the power suppression by the grid interconnection inverter (30) and the power suppression by the generator controller (20).
また、第３の態様は、第２の態様において、
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えず、且つ前記流路（1）における総流量（QT）、及び前記流体の圧力（P2）の少なくとも一方が所定の目標値となるように、前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整することを特徴とする。
The third aspect is the second aspect,
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, the output voltage of the generator controller (20) does not exceed the second threshold (Th2) and the total flow rate (QT) in the flow path (1) ) And the pressure (P2) of the fluid are adjusted so that the electric power consumed by the resistor (40) is adjusted so as to be a predetermined target value.
この構成では、系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合に、流路（1）における総流量（QT）、及び圧力（P2）の少なくとも一方の変動を抑制することが可能になる。 In this configuration, when the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, it is possible to suppress fluctuations in at least one of the total flow rate (QT) and the pressure (P2) in the flow path (1).
また、第４の態様は、第２の態様において、
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合に、前記発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えても、前記発電機コントローラ（20）における前記電力抑制運転モードを禁止するとともに前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整する動作モードを有することを特徴とする。
Further, the fourth aspect is the second aspect,
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, even if the output voltage of the generator controller (20) exceeds the second threshold (Th2), the power suppression operation in the generator controller (20) It has an operation mode in which the mode is prohibited and the power consumed by the resistor (40) is adjusted.
この構成では、電力抑制運転モードが禁止されることで、流路（1）における総流量（QT）乃至は圧力（P2）の変動が抑制される。また、抵抗器（40）によって、発電機コントローラ（20）の出力電圧の上昇が緩やかになる。 In this configuration, by prohibiting the power suppression operation mode, fluctuations in the total flow rate (QT) or pressure (P2) in the flow path (1) are suppressed. Moreover, the rise of the output voltage of the generator controller (20) is moderated by the resistor (40).
また、第５の態様は、第３又は第４の態様において、
所定のデューティー比でオンオフされて、前記抵抗器（40）に流れる電流を断続するスイッチ（SW）を備え、
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記デューティー比を調整することによって、前記流路（1）における総流量（QT）、若しくは圧力（P2）が所定の目標値となるように前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整することを特徴とする。
Further, the fifth aspect is the third or fourth aspect,
A switch (SW) that is turned on and off at a predetermined duty ratio and interrupts the current flowing through the resistor (40);
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, the total flow rate (QT) or the pressure (P2) in the flow path (1) is adjusted to a predetermined target value by adjusting the duty ratio. The power consumed by the resistor (40) is adjusted as follows.
この構成では、抵抗器（40）で消費させる電力を調整することが可能になる。 In this configuration, the power consumed by the resistor (40) can be adjusted.
第１の態様によれば、発電機コントローラによる電力抑制を行わずに済む場合があるので、電力を抑制する際に、流体の物理量の変動をなるべく小さくすることが可能になる。 According to the first aspect, there is a case where it is not necessary to suppress power by the generator controller. Therefore, when the power is suppressed, it is possible to reduce the fluctuation of the physical quantity of the fluid as much as possible.
また、第２の態様によれば、系統連系インバータ（30）及び発電機コントローラ（20）の２つを容易に連係させることが可能になる。 Moreover, according to the 2nd aspect, it becomes possible to link | couple two of a grid connection inverter (30) and a generator controller (20) easily.
また、第３の態様によれば、流体の物理量を一定に保つ時間を引き延ばすことが可能になる。 Moreover, according to the 3rd aspect, it becomes possible to extend the time which keeps the physical quantity of the fluid constant.
また、第４の態様によれば、直流電圧（Vdc）が第２閾値（Th2）を超える時間が比較的短いと予測される場合などに、流体の物理量の変動を抑制することが可能になる。 Further, according to the fourth aspect, it is possible to suppress the fluctuation of the physical quantity of the fluid when it is predicted that the time during which the DC voltage (Vdc) exceeds the second threshold (Th2) is relatively short. .
また、第５の態様によれば、抵抗器（40）で消費させる電力を容易に調整することが可能になる。 Moreover, according to the 5th aspect, it becomes possible to adjust easily the electric power consumed with a resistor (40).
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１の水力発電システム（10）を含む管路（1）の全体概略構成を示す。この管路（1）は、落差を有して流体が流れるものであり、本発明の流路の一例である。本実施形態では、管路（1）は、上水道（4）の一部である。この上水道（4）には、貯留槽（2）と受水槽（3）とが設けられており、本実施形態の管路（1）は、貯留槽（2）と、該貯留槽（2）の下流に設けられた受水槽（3）とを繋ぐように配置されている。
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a pipe line (1) including a hydroelectric power generation system (10) according to
〈水力発電システム（10）〉
図１に示すように、水力発電システム（10）は、水車（W）と発電機（G）とを備えている。また、図２は、水力発電システム（10）の電力系統図であり、水力発電システム（10）は、発電機コントローラ（20）、系統連系インバータ（30）、及び回生抵抗器（40）を備えている。水力発電システム（10）では、発電した電力を電力系統（5）に供給している。この例では、電力系統（5）は、いわゆる商用電源であり、水力発電システム（10）では、商用電源（5）への電力供給（いわゆる逆潮流）によって、いわゆる売電を行っている。
<Hydropower generation system (10)>
As shown in FIG. 1, the hydroelectric power generation system (10) includes a water turbine (W) and a generator (G). FIG. 2 is a power system diagram of the hydroelectric power generation system (10). The hydroelectric power generation system (10) includes a generator controller (20), a grid interconnection inverter (30), and a regenerative resistor (40). I have. In the hydroelectric power generation system (10), the generated power is supplied to the power system (5). In this example, the power system (5) is a so-called commercial power source, and the hydroelectric power generation system (10) performs so-called power sale by supplying power to the commercial power source (5) (so-called reverse power flow).
この売電に際して、水力発電システム（10）では、通常は、管路（1）の総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持するという条件の下で、発電機（G）を動作させて電力系統（5）に電力を供給する（通常運転と呼ぶ）。また、水力発電システム（10）では、後に詳述するように、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が予め定められた電圧規制範囲（Vr）となるように、発電電力の制御を行う。具体的には、水力発電システム（10）では、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が、電圧規制範囲（Vr）の上限値を超えそうになったら、電力系統（5）に供給する電力を抑制する運転（後述する発電電力抑制運転）を行う。 At the time of this power sale, in the hydroelectric power generation system (10), the generator (G) is normally operated under the condition that the total flow rate (QT) of the pipeline (1) is maintained at the target total flow rate (QT *). Operate and supply power to the power system (5) (referred to as normal operation). Further, in the hydroelectric power generation system (10), as will be described in detail later, the generated power is set so that the AC voltage value (Vac) of the distribution line of the power system (5) falls within a predetermined voltage regulation range (Vr). Control. Specifically, in the hydroelectric power generation system (10), when the AC voltage value (Vac) of the distribution line of the power system (5) is likely to exceed the upper limit value of the voltage regulation range (Vr), the power system (5 ) Is performed to suppress the power supplied to the power (generated power suppression operation described later).
−水車（W）−
水車（W）は、管路（1）の途中に配置されており、本発明の水力機械の一例である。この例では、水車（W）は、羽根車、及びケーシングを備えている（何れも図示は省略）。羽根車には、渦巻きポンプに備えるインペラが流用されている。この羽根車の中心部には、回転軸（19）が固定されている。そして、水車（W）は、ケーシングに形成された流体流入口（図示を省略）からの水流によりインペラが圧力を受けて回転して、回転軸（19）を回転させるようになっている。なお、水車（W）に流入した流体は、ケーシングに形成された流体排出口（図示を省略）から排出される。
-Water wheel (W)-
The water wheel (W) is disposed in the middle of the pipe line (1) and is an example of the hydraulic machine of the present invention. In this example, the water wheel (W) includes an impeller and a casing (both are not shown). An impeller provided for the spiral pump is used for the impeller. A rotation shaft (19) is fixed to the center of the impeller. In the water wheel (W), the impeller rotates by receiving pressure from a water flow (not shown) formed in the casing and rotates the rotating shaft (19). The fluid flowing into the water wheel (W) is discharged from a fluid discharge port (not shown) formed in the casing.
−発電機（G）−
発電機（G）は、水車（W）の回転軸（19）に連結されて回転駆動され、発電を行う。この例では、発電機（G）は、永久磁石埋込型のロータと、コイルを有したステータとを備えている（何れも図示は省略）。
-Generator (G)-
The generator (G) is connected to the rotating shaft (19) of the water turbine (W) and is rotationally driven to generate power. In this example, the generator (G) includes a permanent magnet embedded rotor and a stator having a coil (both not shown).
−配管系統−
この管路（1）には、流入管（11）、流出管（14）、第１分岐管（12）、及び第２分岐管（13）が接続されている。本実施形態の管路（1）は、金属管（例えばダクタイル鋳鉄管）によって構成されている。流入管（11）の流入端には貯留槽（2）が接続されている。流出管（14）の流出端には受水槽（3）が接続されている。流入管（11）と流出管（14）との間には、第１分岐管（12）及び第２分岐管（13）が互いに並列に接続されている。第１分岐管（12）は、水車（W）を駆動する水が流れる水車側の流路を構成する。第２分岐管（13）は、例えば、水車（W）への流体供給を止めて水車（W）のメンテナンスを行う場合などに、流体を迂回させるために使用する。
−Piping system−
An inflow pipe (11), an outflow pipe (14), a first branch pipe (12), and a second branch pipe (13) are connected to the pipe line (1). The pipe line (1) of the present embodiment is constituted by a metal pipe (for example, a ductile cast iron pipe). A storage tank (2) is connected to the inflow end of the inflow pipe (11). A water receiving tank (3) is connected to the outflow end of the outflow pipe (14). A first branch pipe (12) and a second branch pipe (13) are connected in parallel between the inflow pipe (11) and the outflow pipe (14). A 1st branch pipe (12) comprises the flow path by the side of the water turbine through which the water which drives a water turbine (W) flows. The second branch pipe (13) is used to bypass the fluid, for example, when the fluid supply to the water turbine (W) is stopped and the water turbine (W) is maintained.
第１分岐管（12）には、上流から下流に向かって順に、第１流量計（17）、第１電動弁（15）、及び水車（W）（詳しくは水車（W）の流体流入口）が接続されている。水車（W）の流体排出口には、流出管（14）が接続されている。第２分岐管（13）には、上流から下流に向かって順に、第２流量計（18）、第２電動弁（16）が接続されている。 The first branch pipe (12) has a first flow meter (17), a first motor-operated valve (15), and a water wheel (W) (in detail, a fluid inlet of the water wheel (W) in this order from upstream to downstream. ) Is connected. An outflow pipe (14) is connected to the fluid discharge port of the water turbine (W). A second flow meter (18) and a second motor-operated valve (16) are connected to the second branch pipe (13) in order from upstream to downstream.
第１流量計（17）及び第２流量計（18）は、電気によって作動するように構成されている。第１流量計（17）は、水車（W）を流れる水の流量を検出し、検出信号を出力する。第２流量計（18）は、第２分岐管（13）を流れる水の流量を検出し、検出信号を出力する。 The first flow meter (17) and the second flow meter (18) are configured to be operated by electricity. The first flow meter (17) detects the flow rate of water flowing through the water turbine (W) and outputs a detection signal. The second flow meter (18) detects the flow rate of water flowing through the second branch pipe (13), and outputs a detection signal.
第１電動弁（15）及び第２電動弁（16）は、電動モータによって弁体を駆動することで流体の流量を制御する。第１電動弁（15）は、水車（W）のメンテナンス等において閉状態となり、停止状態の水車（W）での水の通過を禁止する。第１電動弁（15）は、水力発電システム（10）の運転中において、所定開度（例えば固定値）で開放される。第２電動弁（16）は、第２分岐管（13）を流れる水の流量を制御する。この例では、水力発電システム（10）の運転中は閉状態であり、水車（W）のメンテナンス等において開状態とされる。すなわち、この例では、水力発電システム（10）の運転中は、第２分岐管（13）には流体が流れず、第１流量計（17）の検出値が、管路（1）から流出する流体の総流量（QT）である。 The first motor-operated valve (15) and the second motor-operated valve (16) control the flow rate of fluid by driving the valve body with an electric motor. The first motor-operated valve (15) is closed during maintenance or the like of the water turbine (W), and prohibits water from passing through the stopped water wheel (W). The first motor operated valve (15) is opened at a predetermined opening (for example, a fixed value) during operation of the hydroelectric power generation system (10). A 2nd motor operated valve (16) controls the flow volume of the water which flows through a 2nd branch pipe (13). In this example, the hydroelectric power generation system (10) is in a closed state during operation and is in an open state for maintenance of the water turbine (W) or the like. That is, in this example, during operation of the hydroelectric power generation system (10), no fluid flows through the second branch pipe (13), and the detection value of the first flow meter (17) flows out of the pipe (1). This is the total flow rate (QT) of the fluid.
−発電機コントローラ（20）−
発電機コントローラ（20）は、系統連系インバータ（30）とともに、電力系統（5）に供給する電力を制御する。本実施形態では、発電機コントローラ（20）は、自身の出力電圧が所定の閾値（第２閾値（Th2）とする）を超えた場合に自身の出力を抑制する電力抑制運転モード（後述の発電電力抑制運転を行う制御モード）を有している。この例では、発電機コントローラ（20）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）、直流電圧検出部（22）、流量検出部（23）、流量指令決定部（24）、及び流量制御部（25）を備えている。
-Generator controller (20)-
The generator controller (20) controls the power supplied to the power system (5) together with the grid interconnection inverter (30). In the present embodiment, the generator controller (20) has a power suppression operation mode (power generation described later) that suppresses its output when its output voltage exceeds a predetermined threshold (second threshold (Th2)). A control mode for performing power suppression operation). In this example, the generator controller (20) includes an AC / DC converter unit (21), a DC voltage detection unit (22), a flow rate detection unit (23), a flow rate command determination unit (24), and a flow rate control unit (25 ).
ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）は、複数のスイッチング素子を備え、発電機（G）によって発電された電力（交流電力）をスイッチングして直流電力に変換する。該直流電力は、平滑コンデンサ（図示を省略）によって平滑化され、系統連系インバータ（30）に供給される。 The AC / DC converter unit (21) includes a plurality of switching elements, and switches power (AC power) generated by the generator (G) to convert it into DC power. The DC power is smoothed by a smoothing capacitor (not shown) and supplied to the grid interconnection inverter (30).
直流電圧検出部（22）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の出力電圧を検出する。直流電圧検出部（22）による検出値（直流電圧（Vdc））は、流量指令決定部（24）に送信されている。流量検出部（23）は、第１流量計（17）及び第２流量計（18）の検出値を読み取り、周期的、或いは流量制御部（25）の要求に応じて、検出値を流量制御部（25）に送信する。 The direct current voltage detector (22) detects the output voltage of the AC / DC converter (21). The detected value (DC voltage (Vdc)) by the DC voltage detection unit (22) is transmitted to the flow rate command determination unit (24). The flow rate detection unit (23) reads the detection values of the first flow meter (17) and the second flow meter (18) and controls the detection value periodically or according to the request of the flow rate control unit (25). Part (25).
流量指令決定部（24）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用いて構成されている。流量指令決定部（24）は、直流電圧検出部（22）が検出した直流電圧（Vdc）と、予め定められた第２閾値（Th2）とを比較し、比較結果に応じて水車（W）の流量（Q1）の目標値である流量指令値（Q1*）を決定する。具体的には、流量指令決定部（24）は、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）の場合（具体的には通常運転が行われる場合）には、流量指令値（Q1*）を、目標総流量（QT*）とする。この目標総流量（QT*）は、本実施形態では、水力発電システム（10）の外部から与えられるものである。目標総流量（QT*）は、固定値であってもよいし、例えば時間帯によって変更されるものであってもよい。また、流量指令決定部（24）は、直流電圧（Vdc）＞第２閾値（Th2）の場合（後述の発電電力抑制運転が行われる場合）には、流量指令値（Q1*）を、電力の目標値に応じて決定する。流量指令値（Q1*）の決定には、例えば、予め前記プログラム内に定義した、関数、或いは、後述の特性マップ（M）を用いることが考えられる。 The flow rate command determination unit (24) is configured using a microcomputer and a memory device in which a program for operating the microcomputer is stored. The flow rate command determination unit (24) compares the DC voltage (Vdc) detected by the DC voltage detection unit (22) with a predetermined second threshold (Th2), and according to the comparison result, the turbine (W) Determine the flow rate command value (Q1 *), which is the target value of the flow rate (Q1). Specifically, the flow rate command determination unit (24) determines the flow rate command value (Q1 *) when DC voltage (Vdc) ≦ second threshold value (Th2) (specifically, when normal operation is performed). Is the target total flow rate (QT *). The target total flow rate (QT *) is given from the outside of the hydroelectric power generation system (10) in the present embodiment. The target total flow rate (QT *) may be a fixed value, or may be changed depending on the time zone, for example. In addition, the flow rate command determination unit (24), when DC voltage (Vdc)> second threshold value (Th2) (when a power generation suppression operation described later is performed), the flow rate command value (Q1 *) It is determined according to the target value. To determine the flow rate command value (Q1 *), for example, it is conceivable to use a function defined in advance in the program or a characteristic map (M) described later.
流量制御部（25）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用いて構成されている。このマイクロコンピュータやメモリディバイスは、流量指令決定部（24）を構成するものと共用してもよいし、別個に設けてもよい。この流量制御部（25）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）におけるスイッチングを制御することによって、発電機（G）の発電電力を制御する。具体的には、流量制御部（25）は、流量指令値（Q1*）と現在の流量（Q1）との差に応じて、フィードバック制御を行うことによって、発電機（G）の発電電力（出力電圧）を制御している。 The flow rate control unit (25) is configured using a microcomputer and a memory device in which a program for operating the microcomputer is stored. The microcomputer and the memory device may be shared with those constituting the flow rate command determining unit (24) or may be provided separately. The flow rate control unit (25) controls the generated power of the generator (G) by controlling switching in the AC / DC converter unit (21). Specifically, the flow rate control unit (25) performs feedback control according to the difference between the flow rate command value (Q1 *) and the current flow rate (Q1), thereby generating power ( Output voltage).
−系統連系インバータ（30）−
系統連系インバータ（30）は、発電機コントローラ（20）からの直流電力を受けて、該直流電力を所定周波数、及び所定電圧を有した交流電力に変換する。また、系統連系インバータ（30）は、電力系統（5）の電圧が第１閾値（Th1）を超えた場合に自身の出力を抑制するように構成されている。この機能を実現するため、本実施形態の系統連系インバータ（30）は、インバータ部（31）、交流電圧検出部（32）、及び電圧上昇判定部（33）を備えている。
-Grid interconnection inverter (30)-
The grid interconnection inverter (30) receives DC power from the generator controller (20), and converts the DC power into AC power having a predetermined frequency and a predetermined voltage. The grid interconnection inverter (30) is configured to suppress its own output when the voltage of the power system (5) exceeds the first threshold (Th1). In order to realize this function, the grid interconnection inverter (30) of the present embodiment includes an inverter unit (31), an AC voltage detection unit (32), and a voltage increase determination unit (33).
インバータ部（31）は、複数のスイッチング素子を備え、発電機コントローラ（20）からの直流電力を受けて、該直流電力をスイッチングすることによって交流電力に変換する。インバータ部（31）が生成した交流電力は、電力系統（5）に供給（逆潮流）される。なお、インバータ部（31）は、前記スイッチングを制御することによって、電力系統（5）に逆潮流させる電力（電圧）を制御する。 The inverter unit (31) includes a plurality of switching elements, receives DC power from the generator controller (20), and converts the DC power into AC power by switching the DC power. The AC power generated by the inverter unit (31) is supplied (reverse power flow) to the power system (5). In addition, an inverter part (31) controls the electric power (voltage) made to flow backward to an electric power grid | system (5) by controlling the said switching.
交流電圧検出部（32）は、電力系統（5）が受け入れ可能な電力に相関する情報を含む電力需給情報を取得する。具体的に、交流電圧検出部（32）は、電力需給情報として、電力系統（5）の配電線の電圧値（交流電圧値（Vac））を検出する。この交流電圧値（Vac）は、電圧上昇判定部（33）に送信されている。 The AC voltage detection unit (32) acquires power supply and demand information including information correlated with power that can be received by the power system (5). Specifically, the AC voltage detection unit (32) detects the voltage value (AC voltage value (Vac)) of the distribution line of the power system (5) as power supply and demand information. The AC voltage value (Vac) is transmitted to the voltage increase determination unit (33).
電圧上昇判定部（33）は、交流電圧検出部（32）が検出した交流電圧値（Vac）と、予め定められた第１閾値（Th1）とを比較し、比較結果をインバータ部（31）に出力する。なお、第１閾値（Th1）は、一例として、法規制などを考慮して決めることが考えられる。例えば、１００Ｖの交流を供給する商用電源（5）において、法律によって、配電線における電圧が９５Ｖから１０７Ｖの範囲に維持することが規定されるとともに、電圧がその範囲の上限を超えそうな場合には、売電する側における電力供給（逆潮流）の抑制が求められる例がある。このような例では、９５Ｖから１０７Ｖが電圧規制範囲（Vr）に相当し、第１閾値（Th1）は、電圧規制範囲（Vr）の上限値である１０７Ｖよりもやや低い電圧値に設定すればよい。 The voltage increase determination unit (33) compares the AC voltage value (Vac) detected by the AC voltage detection unit (32) with a predetermined first threshold (Th1), and compares the result with the inverter unit (31). Output to. Note that the first threshold value (Th1) may be determined in consideration of laws and regulations as an example. For example, in a commercial power supply (5) that supplies 100V AC, the law stipulates that the voltage on the distribution line is maintained in the range of 95V to 107V, and the voltage is likely to exceed the upper limit of the range. There is an example in which suppression of power supply (reverse power flow) on the power selling side is required. In such an example, 95V to 107V corresponds to the voltage regulation range (Vr), and the first threshold (Th1) is set to a voltage value slightly lower than 107V, which is the upper limit value of the voltage regulation range (Vr). Good.
〈電力（交流電圧）及び流量の制御〉
本実施形態の水力発電システム（10）では、運転中は、第１電動弁（15）の開度は固定であるものとする。また、以下の制御例では、第２電動弁（16）は、運転中は全閉状態であるものとする。
<Control of electric power (AC voltage) and flow rate>
In the hydraulic power generation system (10) of the present embodiment, the opening degree of the first motor operated valve (15) is fixed during operation. In the following control example, the second motor operated valve (16) is assumed to be fully closed during operation.
図３に、水力発電システム（10）で行われる電力及び流量制御のフローチャートを示す。このフローチャートに示したステップ（S01）では、水車（W）の流量（Q1）が目標値となるように、流量制御部（25）がＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）におけるスイッチングを制御する。詳しくは、本実施形態では、第１電動弁（15）の開度を固定値とした状態において、流量制御部（25）は、例えばフィードバック制御によって、水車（W）の流量（Q1）が流量指令値（Q1*）となるようにＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）のスイッチングを制御する。流量指令値（Q1*）は、通常運転時は目標総流量（QT*）である。水車（W）の流量（Q1）が流量指令値（Q1*）となると、発電機（G）の出力は、目標の発電電力に収束する。 FIG. 3 shows a flowchart of power and flow control performed in the hydroelectric power generation system (10). In step (S01) shown in this flowchart, the flow rate control unit (25) controls switching in the AC / DC converter unit (21) so that the flow rate (Q1) of the water turbine (W) becomes a target value. Specifically, in the present embodiment, in a state where the opening degree of the first motor operated valve (15) is a fixed value, the flow rate control unit (25) causes the flow rate (Q1) of the water turbine (W) to flow rate by, for example, feedback control. The switching of the AC / DC converter unit (21) is controlled so as to become the command value (Q1 *). The flow rate command value (Q1 *) is the target total flow rate (QT *) during normal operation. When the flow rate (Q1) of the water turbine (W) reaches the flow rate command value (Q1 *), the output of the generator (G) converges to the target generated power.
なお、第２電動弁（16）を全閉とする制御に変えて、例えば、通常運転時に、総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持しつつ、発電機（G）が最も効率がよい運転点（例えば発電機（G）において定格運転が行われる運転点）で運転されるように、第２電動弁（16）の開度を適宜、調整するようにしてもよい。 In addition, instead of controlling the second motor-operated valve (16) to be fully closed, for example, during normal operation, the generator (G) is the most powerful while maintaining the total flow rate (QT) at the target total flow rate (QT *). You may make it adjust the opening degree of a 2nd motor operated valve (16) suitably so that it may drive | operate at the efficient operating point (For example, the operating point in which rated operation is performed in a generator (G)).
ステップ（S02）では、交流電圧検出部（32）が交流電圧値（Vac）を検出する。つまり、本実施形態では、配電線の交流電圧値（Vac）に基づいて電力需給情報を取得している。そして、ステップ（S03）では、電圧上昇判定部（33）が交流電圧値（Vac）と第１閾値（Th1）とを比較する。電圧上昇判定部（33）による比較結果は、インバータ部（31）に出力される。 In step (S02), the AC voltage detector (32) detects the AC voltage value (Vac). That is, in this embodiment, power supply and demand information is acquired based on the AC voltage value (Vac) of the distribution line. In step (S03), the voltage increase determination unit (33) compares the AC voltage value (Vac) with the first threshold value (Th1). The comparison result by the voltage rise determination unit (33) is output to the inverter unit (31).
ステップ（S03）における比較の結果、交流電圧値（Vac）の方が第１閾値（Th1）よりも大きかった場合には、インバータ部（31）がステップ（S04）の処理を行う。このステップ（S04）では、インバータ部（31）は、スイッチングの制御を行って逆潮流させる電力（電圧）を低下させるとともに、回生抵抗器（40）に繋がるスイッチ（SW）をオンにすることによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）が出力する直流電力の一部を回生抵抗器（40）で消費させる（この運転を発電電力抑制運転と呼ぶ）。 As a result of the comparison in step (S03), when the AC voltage value (Vac) is larger than the first threshold value (Th1), the inverter unit (31) performs the process of step (S04). In this step (S04), the inverter unit (31) performs switching control to reduce the power (voltage) to be reversely flowed, and by turning on the switch (SW) connected to the regenerative resistor (40). Then, a part of the DC power output from the AC / DC converter unit (21) is consumed by the regenerative resistor (40) (this operation is referred to as generated power suppression operation).
一方、ステップ（S05）では、直流電圧検出部（22）がＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の直流電圧（Vdc）を検出する。また、ステップ（S06）では、流量指令決定部（24）が、直流電圧（Vdc）と、第２閾値（Th2）とを比較する。 On the other hand, in step (S05), the DC voltage detection unit (22) detects the DC voltage (Vdc) of the AC / DC converter unit (21). In Step (S06), the flow rate command determination unit (24) compares the DC voltage (Vdc) with the second threshold value (Th2).
ステップ（S04）の処理の開始直後は、発電機コントローラ（20）は、発電機（G）に対して、通常運転時と同様の発電を行わせている。このように系統連系インバータ（30）が電力抑制している状態で、発電機コントローラ（20）が通常の運転を行っていても、所定の期間は、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）であると考えられる。すなわち、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）の場合には、総流量（QT）は、当所の目標値である目標総流量（QT*）に収束している。 Immediately after the start of the process in step (S04), the generator controller (20) causes the generator (G) to generate power similar to that during normal operation. Thus, even if the generator controller (20) performs normal operation in a state where the grid interconnection inverter (30) suppresses power, the DC voltage (Vdc) ≦ second threshold ( Th2). That is, in the case of DC voltage (Vdc) ≦ second threshold (Th2), the total flow rate (QT) converges to the target total flow rate (QT *), which is the target value at this place.
一方、系統連系インバータ（30）による電力（電圧）の抑制時間がある程度以上継続すると、直流電圧（Vdc）が上昇する場合がある。流量指令決定部（24）における比較の結果、直流電圧（Vdc）>第２閾値（Th2）であった場合には、ステップ（S07）の処理が行われる。ステップ（S07）では、流量指令決定部（24）が、発電電力の目標値を変更（目標値を低減）するとともに、変更後の発電電力の目標値に基づいて、流量指令値（Q1*）を変更（目標値を低減）することによって、流量制御部（25）に対して、発電電力抑制運転を指示する。 On the other hand, if the power (voltage) suppression time by the grid interconnection inverter (30) continues for a certain period of time, the DC voltage (Vdc) may increase. As a result of the comparison in the flow rate command determination unit (24), when the DC voltage (Vdc)> the second threshold value (Th2), the process of step (S07) is performed. In step (S07), the flow rate command determination unit (24) changes the target value of the generated power (reducing the target value), and based on the changed target value of the generated power, the flow rate command value (Q1 *) Is changed (the target value is reduced) to instruct the flow rate control unit (25) to perform the generated power suppression operation.
ステップ（S07）の処理が終わると、発電機コントローラ（20）における処理は、ステップ（S01）に移行する（この場合は、ステップ（S01）も前記発電電力抑制運転の一環と考えてよい）。このステップ（S01）では、既述の通り、流量指令値（Q1*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）におけるスイッチングの制御が行われる。 When the process of step (S07) ends, the process in the generator controller (20) shifts to step (S01) (in this case, step (S01) may also be considered as part of the generated power suppression operation). In this step (S01), as described above, switching control in the AC / DC converter unit (21) is performed based on the flow rate command value (Q1 *).
ステップ（S07）からステップ（S01）に処理が移った場合には、流量指令値（Q1*）が変更されており、水車（W）の流量（Q1）が低下する。すなわち、総流量（QT）は、当所目標としていた目標総流量（QT*）からずれることになる。また、水車（W）の流量（Q1）の低下にともなって発電機（G）の発電電力が低下し、配電線の電圧が電圧規制範囲（Vr）内に収められる。 When the process moves from step (S07) to step (S01), the flow rate command value (Q1 *) is changed, and the flow rate (Q1) of the water turbine (W) decreases. In other words, the total flow rate (QT) will deviate from the target total flow rate (QT *) that was the target of this site. In addition, as the flow rate (Q1) of the water turbine (W) decreases, the power generated by the generator (G) decreases, and the voltage of the distribution line falls within the voltage regulation range (Vr).
このように、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の出力電力が抑制された後は、スイッチ（SW）をオフにして、回生抵抗器（40）による電力消費を終了させる。なお、回生抵抗器（40）は、インバータ部（31）の電力抑制動作開始から、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の電力抑制動作が開始されるまでの期間における電力を吸収しており、回生抵抗器（40）の容量は、当該期間の余分な電力を吸収できるように容量を設定する必要がある。 As described above, after the output power of the AC / DC converter unit (21) is suppressed, the switch (SW) is turned off to end the power consumption by the regenerative resistor (40). The regenerative resistor (40) absorbs power during the period from the start of the power suppression operation of the inverter unit (31) to the start of the power suppression operation of the AC / DC converter unit (21). The capacity of the resistor (40) needs to be set so as to absorb excess power during the period.
ステップ（S03）での比較の結果が交流電圧値（Vac）≦第１閾値（Th1）であった場合や、ステップ（S06）での比較の結果が直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）であった場合には、ステップ（S08）の処理が行われる。ステップ（S08）では、現在、前記発電電力抑制運転が行われている場合には、スイッチ（SW）をオフにして、回生抵抗器（40）による電力消費を終了させる。また、流量指令決定部（24）は、抑制されている電力を元に戻すように流量指令値（Q1*）を修正する。具体的には、流量指令決定部（24）は、流量指令値（Q1*）を元の値である目標総流量（QT*）に戻す（すなわち通常運転が行われる）。流量制御部（25）は、それに応じてＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）を制御する（ステップ（S01））。また、インバータ部（31）でも発電機（G）の出力に応じたスイッチングが行われて、インバータ部（31）における交流電力の出力が行われる（ステップ（S01））。 When the comparison result in step (S03) is AC voltage value (Vac) ≦ first threshold value (Th1), or the comparison result in step (S06) is DC voltage (Vdc) ≦ second threshold value (Th2) ), The process of step (S08) is performed. In step (S08), when the generated power suppression operation is currently being performed, the switch (SW) is turned off to terminate the power consumption by the regenerative resistor (40). Further, the flow rate command determination unit (24) corrects the flow rate command value (Q1 *) so as to restore the suppressed power. Specifically, the flow rate command determination unit (24) returns the flow rate command value (Q1 *) to the target total flow rate (QT *) that is the original value (that is, normal operation is performed). The flow control unit (25) controls the AC / DC converter unit (21) accordingly (step (S01)). Moreover, switching according to the output of a generator (G) is also performed in an inverter part (31), and the output of the alternating current power in an inverter part (31) is performed (step (S01)).
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態の水力発電システム（10）によれば、発電機コントローラ（20）によって発電機（G）の発電電力の抑制が行われる前に、まず、系統連系インバータ（30）と回生抵抗器（40）とによって電力抑制が行われる。そのため、電力抑制量が小さい場合には、発電機（G）の発電電力の抑制を行わずに済む場合がある。つまり、本実施形態では、電力を抑制する際に、流体の物理量（ここでは総流量）の変動をなるべく小さくすることが可能になる。
<Effect in this embodiment>
As described above, according to the hydroelectric power generation system (10) of the present embodiment, before the generator controller (20) suppresses the generated power of the generator (G), first, the grid interconnection inverter (30 ) And the regenerative resistor (40) suppresses power. Therefore, when the power suppression amount is small, it may not be necessary to suppress the power generated by the generator (G). In other words, in the present embodiment, when the electric power is suppressed, the fluctuation of the physical quantity of fluid (here, the total flow rate) can be reduced as much as possible.
《実施形態１の変形例１》
水力発電システム（10）では、電力（交流電圧）及び流量の制御は、図４に示すフローを採用してもよい。なお、この例でも、水力発電システム（10）では、運転中は、第１電動弁（15）の開度は固定であるものとする。また、以下の制御例では、第２電動弁（16）は、運転中は全閉状態であるものとする。
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In the hydroelectric power generation system (10), the flow shown in FIG. 4 may be adopted for the control of electric power (AC voltage) and flow rate. In this example as well, in the hydroelectric power generation system (10), it is assumed that the opening degree of the first motor operated valve (15) is fixed during operation. In the following control example, the second motor operated valve (16) is assumed to be fully closed during operation.
図４のフローチャートに示したステップ（S01）では、水車（W）の流量（Q1）が目標値となるように、流量制御部（25）がＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）におけるスイッチングを制御する。詳しくは、本変形例では、第１電動弁（15）の開度を固定値とした状態において、流量制御部（25）は、例えばフィードバック制御によって、水車（W）の流量（Q1）が流量指令値（Q1*）となるようにＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）のスイッチングを制御する。流量指令値（Q1*）は、通常運転時は目標総流量（QT*）である。水車（W）の流量（Q1）が流量指令値（Q1*）となると、発電機（G）の出力は、目標の発電電力に収束する。 In step (S01) shown in the flowchart of FIG. 4, the flow rate control unit (25) controls switching in the AC / DC converter unit (21) so that the flow rate (Q1) of the water turbine (W) becomes a target value. . Specifically, in the present modification, in a state where the opening degree of the first motor operated valve (15) is a fixed value, the flow rate control unit (25) is configured such that the flow rate (Q1) of the water turbine (W) is a flow rate by feedback control, for example. The switching of the AC / DC converter unit (21) is controlled so as to become the command value (Q1 *). The flow rate command value (Q1 *) is the target total flow rate (QT *) during normal operation. When the flow rate (Q1) of the water turbine (W) reaches the flow rate command value (Q1 *), the output of the generator (G) converges to the target generated power.
なお、本変形例でも、第２電動弁（16）は、必ずしも、水力発電システム（10）の運転中に全閉としておかなくてもよい。例えば、通常運転時に、総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持しつつ、発電機（G）が最も効率がよい運転点（例えば発電機（G）において定格運転が行われる運転点）で運転されるように、第２電動弁（16）の開度を適宜、調整するようにしてもよい。 In the present modification as well, the second motor-operated valve (16) does not necessarily have to be fully closed during operation of the hydroelectric power generation system (10). For example, during normal operation, the total flow rate (QT) is maintained at the target total flow rate (QT *), while the generator (G) has the most efficient operating point (for example, the rated operation is performed at the generator (G)) You may make it adjust the opening degree of a 2nd motor operated valve (16) suitably so that it may drive | operate at a point.
ステップ（S02）では、交流電圧検出部（32）が交流電圧値（Vac）を検出する。つまり、本変形例では、配電線の交流電圧値（Vac）に基づいて電力需給情報を取得している。そして、ステップ（S03）では、電圧上昇判定部（33）が交流電圧値（Vac）と第１閾値（Th1）とを比較する。電圧上昇判定部（33）による比較結果は、インバータ部（31）に出力される。 In step (S02), the AC voltage detector (32) detects the AC voltage value (Vac). That is, in this modification, power supply and demand information is acquired based on the AC voltage value (Vac) of the distribution line. In step (S03), the voltage increase determination unit (33) compares the AC voltage value (Vac) with the first threshold value (Th1). The comparison result by the voltage rise determination unit (33) is output to the inverter unit (31).
ステップ（S03）における比較の結果、交流電圧値（Vac）の方が第１閾値（Th1）よりも大きかった場合には、インバータ部（31）がステップ（S04）の処理を行う。このステップ（S04）では、インバータ部（31）は、スイッチングの制御を行って逆潮流させる電力（電圧）を低下させる（この運転を発電電力抑制運転と呼ぶ）。 As a result of the comparison in step (S03), when the AC voltage value (Vac) is larger than the first threshold value (Th1), the inverter unit (31) performs the process of step (S04). In this step (S04), the inverter unit (31) performs switching control to reduce the power (voltage) to be reversely flowed (this operation is referred to as generated power suppression operation).
一方、ステップ（S05）では、直流電圧検出部（22）がＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の直流電圧（Vdc）を検出する。また、ステップ（S06）では、流量指令決定部（24）が、直流電圧（Vdc）と、第２閾値（Th2）とを比較する。 On the other hand, in step (S05), the DC voltage detection unit (22) detects the DC voltage (Vdc) of the AC / DC converter unit (21). In Step (S06), the flow rate command determination unit (24) compares the DC voltage (Vdc) with the second threshold value (Th2).
ステップ（S04）の処理の開始直後は、発電機コントローラ（20）は、発電機（G）に対して、通常運転時と同様の発電を行わせている。このように系統連系インバータ（30）が電力抑制している状態で、発電機コントローラ（20）が通常の運転を行っていても、所定の期間は、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）であると考えられる。すなわち、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）の場合には、総流量（QT）は、当所の目標値である目標総流量（QT*）に収束している。 Immediately after the start of the process in step (S04), the generator controller (20) causes the generator (G) to generate power similar to that during normal operation. Thus, even if the generator controller (20) performs normal operation in a state where the grid interconnection inverter (30) suppresses power, the DC voltage (Vdc) ≦ second threshold ( Th2). That is, in the case of DC voltage (Vdc) ≦ second threshold (Th2), the total flow rate (QT) converges to the target total flow rate (QT *), which is the target value at this place.
一方、系統連系インバータ（30）による電力（電圧）の抑制時間がある程度以上継続すると、直流電圧（Vdc）が上昇する場合がある。流量指令決定部（24）における比較の結果、直流電圧（Vdc）>第２閾値（Th2）であった場合には、ステップ（S07）の処理が行われる。ステップ（S07）では、回生抵抗器（40）に繋がるスイッチ（SW）をオンにすることによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）が出力する直流電力の一部を回生抵抗器（40）で消費させる。また、ステップ（S07）では、流量指令決定部（24）が、発電電力の目標値を変更（目標値を低減）するとともに、変更後の発電電力の目標値に基づいて、流量指令値（Q1*）を変更（目標値を低減）することによって、流量制御部（25）に対して、発電電力抑制運転を指示する。 On the other hand, if the power (voltage) suppression time by the grid interconnection inverter (30) continues for a certain period of time, the DC voltage (Vdc) may increase. As a result of the comparison in the flow rate command determination unit (24), when the DC voltage (Vdc)> the second threshold value (Th2), the process of step (S07) is performed. In step (S07), by turning on the switch (SW) connected to the regenerative resistor (40), a part of the DC power output from the AC / DC converter unit (21) is consumed by the regenerative resistor (40). Let In step (S07), the flow rate command determination unit (24) changes the target value of the generated power (reducing the target value), and based on the changed target value of the generated power, the flow rate command value (Q1 *) Is changed (the target value is reduced) to instruct the flow rate control unit (25) to control the generated power.
ステップ（S07）の処理が終わると、発電機コントローラ（20）における処理は、ステップ（S01）に移行する（この場合は、ステップ（S01）も前記発電電力抑制運転の一環と考えてよい）。このステップ（S01）では、既述の通り、流量指令値（Q1*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）におけるスイッチングの制御が行われる。 When the process of step (S07) ends, the process in the generator controller (20) shifts to step (S01) (in this case, step (S01) may also be considered as part of the generated power suppression operation). In this step (S01), as described above, switching control in the AC / DC converter unit (21) is performed based on the flow rate command value (Q1 *).
ステップ（S07）からステップ（S01）に処理が移った場合には、流量指令値（Q1*）が変更されており、水車（W）の流量（Q1）が低下する。すなわち、総流量（QT）は、当所目標としていた目標総流量（QT*）からずれることになる。また、水車（W）の流量（Q1）の低下にともなって発電機（G）の発電電力が低下し、配電線の電圧が電圧規制範囲（Vr）内に収められる。 When the process moves from step (S07) to step (S01), the flow rate command value (Q1 *) is changed, and the flow rate (Q1) of the water turbine (W) decreases. In other words, the total flow rate (QT) will deviate from the target total flow rate (QT *) that was the target of this site. In addition, as the flow rate (Q1) of the water turbine (W) decreases, the power generated by the generator (G) decreases, and the voltage of the distribution line falls within the voltage regulation range (Vr).
ステップ（S06）での比較の結果が直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）であった場合には、ステップ（S08）の処理が行われる。ステップ（S08）では、スイッチ（SW）をオフにして、回生抵抗器（40）による電力消費を終了させる。なお、回生抵抗器（40）は、直流電圧（Vdc）＞第２閾値（Th2）の期間における電力を吸収しており、回生抵抗器（40）の容量は、当該期間の余分な電力を吸収できるように容量を設定する必要がある。 When the comparison result in step (S06) is DC voltage (Vdc) ≦ second threshold value (Th2), the process in step (S08) is performed. In step (S08), the switch (SW) is turned off to end the power consumption by the regenerative resistor (40). The regenerative resistor (40) absorbs power during the period of DC voltage (Vdc)> second threshold (Th2), and the capacity of the regenerative resistor (40) absorbs excess power during that period. It is necessary to set the capacity so that it can.
また、ステップ（S08）では、現在、前記発電電力抑制運転が行われている場合には、流量指令決定部（24）は、抑制されている電力を元に戻すように流量指令値（Q1*）を修正する。具体的には、流量指令決定部（24）は、流量指令値（Q1*）を元の値である目標総流量（QT*）に戻す（すなわち通常運転が行われる）。流量制御部（25）は、それに応じてＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）を制御する（ステップ（S01））。また、インバータ部（31）でも発電機（G）の出力に応じたスイッチングが行われて、インバータ部（31）における交流電力の出力が行われる（ステップ（S01））。 In step (S08), when the generated power suppression operation is currently being performed, the flow rate command determination unit (24) sets the flow rate command value (Q1 * so as to restore the suppressed power to the original state. ). Specifically, the flow rate command determination unit (24) returns the flow rate command value (Q1 *) to the target total flow rate (QT *) that is the original value (that is, normal operation is performed). The flow control unit (25) controls the AC / DC converter unit (21) accordingly (step (S01)). Moreover, switching according to the output of a generator (G) is also performed in an inverter part (31), and the output of the alternating current power in an inverter part (31) is performed (step (S01)).
なお、ステップ（S03）での比較の結果が交流電圧値（Vac）≦第１閾値（Th1）であった場合には、ステップ（S09）の処理が行われる。ステップ（S09）では、現在、系統連系インバータ（30）によって発電電力抑制運転が行われている場合には、系統連系インバータ（30）を定格運転に復帰させ、その後ステップ（S05）に移行する。 If the result of the comparison in step (S03) is AC voltage value (Vac) ≦ first threshold (Th1), the process in step (S09) is performed. In step (S09), if the power generation suppression operation is currently being performed by the grid interconnection inverter (30), the grid interconnection inverter (30) is returned to the rated operation, and then the process proceeds to step (S05). To do.
〈本変形例における効果〉
以上のように、本変形例の水力発電システム（10）においても、発電機コントローラ（20）によって発電機（G）の発電電力の抑制が行われる前に、まず、系統連系インバータ（30）によって電力抑制が行われる。そのため、電力抑制量が小さい場合には、発電機（G）の発電電力の抑制を行わずに済む場合がある。つまり、本変形例では、電力を抑制する際に、流体の物理量（ここでは総流量）の変動をなるべく小さくすることが可能になる。
<Effect in this modification>
As described above, also in the hydroelectric power generation system (10) of the present modified example, before the generator controller (20) suppresses the generated power of the generator (G), first, the grid interconnection inverter (30) The power suppression is performed by. Therefore, when the power suppression amount is small, it may not be necessary to suppress the power generated by the generator (G). In other words, in this modification, when the electric power is suppressed, the fluctuation of the physical quantity of fluid (here, the total flow rate) can be reduced as much as possible.
《実施形態１の変形例２》
実施形態１や変形例１では、回生抵抗器（40）で消費させる電力を、所定のデューティー比でスイッチ（SW）のオンオフを繰り返すことによって調整してもよい。具体的には、発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えず、且つ管路（1）における総流量（QT）が所定の目標値となるように、回生抵抗器（40）で消費させる電力を調整するとよい。ただし、この場合において、回生抵抗器（40）で電力を消費しきれない場合（十分に交流電圧値（Vac）が下がらない場合）には、発電機コントローラ（20）において発電電力の抑制を行うことになる。
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In the first embodiment and the first modification, the power consumed by the regenerative resistor (40) may be adjusted by repeatedly turning on and off the switch (SW) at a predetermined duty ratio. Specifically, the regenerative resistor so that the output voltage of the generator controller (20) does not exceed the second threshold (Th2) and the total flow rate (QT) in the pipe (1) becomes a predetermined target value. Adjust the power consumed in (40). However, in this case, if the regenerative resistor (40) cannot consume enough power (if the AC voltage value (Vac) does not drop sufficiently), the generator controller (20) suppresses the generated power. It will be.
《実施形態１の変形例３》
実施形態１や変形例１では、直流電圧（Vdc）が第２閾値（Th2）を超えた場合でも、発電機コントローラ（20）による電力抑制運転モードを禁止する運転モードを設けてもよい。電力抑制運転モードを禁止した場合には、回生抵抗器（40）で電力を消費させる。発電機コントローラ（20）による電力抑制運転モードを禁止する運転モードは、例えば、直流電圧（Vdc）が第２閾値（Th2）を超える時間が比較的短いと予測される場合などに、流体の物理量（ここでは総流量）の変動を抑制することが可能になる。ただし、この場合においても、回生抵抗器（40）で電力を消費しきれない場合（十分に交流電圧値（Vac）が下がらない場合）には、発電機コントローラ（20）において発電電力の抑制を行うことになる。
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In the first embodiment and the first modification, an operation mode for prohibiting the power suppression operation mode by the generator controller (20) may be provided even when the DC voltage (Vdc) exceeds the second threshold value (Th2). When the power suppression operation mode is prohibited, power is consumed by the regenerative resistor (40). The operation mode for prohibiting the power suppression operation mode by the generator controller (20) is, for example, when the time when the DC voltage (Vdc) exceeds the second threshold (Th2) is predicted to be relatively short. It is possible to suppress fluctuations in (here, the total flow rate). However, even in this case, if the regenerative resistor (40) cannot consume enough power (when the AC voltage value (Vac) does not drop sufficiently), the generator controller (20) can suppress the generated power. Will do.
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２では、第１流量計（17）や第２流量計（18）を用いない制御例を説明する。この制御を行うために、本実施形態では、流量制御部（25）のメモリディバイスには、特性マップ（M）が記憶されている（図５参照）。この特性マップ（M）は、縦軸を管路（1）の有効落差（H）、横軸を管路（1）から流出する流量（すなわち総流量（QT））としたＨ−Ｑマップ上に、発電機（G）において検出可能で、且つ水車（W）における流量（Q1）と有効落差（H）とに相関する特性を記録したものである。この例では、流量（Q1）と有効落差（H）とに相関する特性は、発電機（G）のトルク値（T）、回転速度（N）、発電電力（P）がある。より具体的に本実施形態の特性マップ（M）は、複数の等トルク曲線と、複数の等回転速度曲線をＨ−Ｑマップ上に記録したものであり、テーブル（数表）や、プログラム内の数式（関数）という形で、流量制御部（25）を構成するメモリディバイスに格納されている。
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In the second embodiment of the present invention, a control example in which the first flow meter (17) and the second flow meter (18) are not used will be described. In order to perform this control, in the present embodiment, a characteristic map (M) is stored in the memory device of the flow rate control unit (25) (see FIG. 5). This characteristic map (M) is an HQ map in which the vertical axis is the effective head (H) of the pipe (1) and the horizontal axis is the flow rate flowing out of the pipe (1) (that is, the total flow rate (QT)). In addition, the characteristics that can be detected by the generator (G) and correlate with the flow rate (Q1) and the effective head (H) in the water turbine (W) are recorded. In this example, the characteristics correlating with the flow rate (Q1) and the effective head (H) are the torque value (T), the rotational speed (N), and the generated power (P) of the generator (G). More specifically, the characteristic map (M) of the present embodiment is obtained by recording a plurality of equal torque curves and a plurality of equal rotation speed curves on the HQ map. Is stored in the memory device constituting the flow rate control unit (25).
この特性マップ（M）において、発電機（G）に負荷をかけずトルク零値（T=0）とした場合の無拘束速度曲線と回転速度零値（N=0）の等回転速度曲線（N=0のときの等回転速度曲線を動作限界曲線と命名する）との間の領域は、水車（W）が水流により回転する水車領域（運転可能領域）であり、発電機（G）は、この水車領域において、水車（W）により回転駆動されて運転されるのを基本とする。前記無拘束速度曲線よりも左側の領域は、水車ブレーキ領域（力行領域）である。 In this characteristic map (M), an unrestricted speed curve with zero torque (T = 0) and no constant speed curve (N = 0) with no load applied to the generator (G) ( The region between the constant rotation speed curve when N = 0 is named the operation limit curve) is the water wheel region (operable region) where the water wheel (W) rotates by the water flow, and the generator (G) In this water wheel region, the vehicle is basically driven by being rotated by the water wheel (W). A region on the left side of the unconstrained speed curve is a turbine brake region (power running region).
前記水車領域において、複数の等トルク曲線は前記無拘束速度曲線（T=0）に沿い、マップ上、流量（Q1）の増大に応じてトルク値も増大する。また、複数の等回転速度曲線は回転速度零値（N=0）の等回転速度曲線に沿い、有効落差（H）が大きくなるほど回転速度も上昇する。更に、破線で示した等発電電力曲線は下に凸な曲線であって、有効落差（H）及び流量（Q1）の増大に応じて発電電力も増大する。この複数の等発電電力曲線の頂点を結ぶ曲線（E）は、発電機（G）が、最大発電電力を得る最大発電電力曲線である。このＨ−Ｑマップ上に発電機（G）のトルク値（T）、回転速度（N）、発電電力（P）を記録した特性マップ（M）は、水力発電システム（10）が接続される管路（1）とは無関係であり、水力発電システム（10）に固有の特性マップである。 In the water turbine region, a plurality of equal torque curves follow the unconstrained speed curve (T = 0), and the torque value increases as the flow rate (Q1) increases on the map. Further, the plurality of equal rotation speed curves follow the equal rotation speed curve of zero rotation speed (N = 0), and the rotation speed increases as the effective head (H) increases. Furthermore, the equal generated power curve indicated by a broken line is a downwardly convex curve, and the generated power increases as the effective head (H) and the flow rate (Q1) increase. A curve (E) connecting the vertices of the plurality of equal generated power curves is a maximum generated power curve at which the generator (G) obtains the maximum generated power. The hydropower generation system (10) is connected to the characteristic map (M) in which the torque value (T), rotation speed (N), and generated power (P) of the generator (G) are recorded on the HQ map. It is unrelated to the pipeline (1) and is a characteristic map specific to the hydroelectric power generation system (10).
そして、特性マップ（M）に、実際の運転で測定した管路（1）のシステムロスカーブ（S）を記録する。このシステムロスカーブ（S）もテーブル（数表）や、プログラム内の数式（関数）という形で、流量制御部（25）を構成するメモリディバイスに格納する。 Then, the system loss curve (S) of the pipe line (1) measured in the actual operation is recorded in the characteristic map (M). This system loss curve (S) is also stored in the memory device constituting the flow rate control unit (25) in the form of a table (several table) or a mathematical expression (function) in the program.
システムロスカーブ（S）は、図１に示した管路（1）に固有の流動抵抗特性線であって、総流量（QT）=０のときの有効落差（H）が総落差（Ho）であり、総流量（QT）の増大に応じて有効落差（H）が二次曲線的に減少する特性を持ち、その曲率は図１の管路（1）固有の値を持つ。水力発電システム（10）を含む管路（1）における総流量（QT）とその際の有効落差（H）とは、システムロスカーブ（S）上の点に対応する。例えば、第２電動弁（16）を全閉状態にして、水車（W）にのみ水を流したとすると、水車（W）における流量が、水力発電システム（10）を含む管路（1）の総流量（QT）であり、その際の水車（W）の流量（Q1）と有効落差（H）に対応する点がシステムロスカーブ（S）上にある。換言すると、水車（W）の運転点は、システムロスカーブ（S）上にある。 The system loss curve (S) is a flow resistance characteristic line specific to the pipe (1) shown in FIG. 1, and the effective head (H) when the total flow rate (QT) = 0 is the total head (Ho). The effective head (H) decreases with a quadratic curve as the total flow rate (QT) increases, and its curvature has a value unique to the pipe (1) in FIG. The total flow rate (QT) and effective head (H) in the pipeline (1) including the hydropower system (10) correspond to points on the system loss curve (S). For example, if the second motor-operated valve (16) is fully closed and water is allowed to flow only to the water turbine (W), the flow rate in the water turbine (W) is the conduit (1) including the hydroelectric power generation system (10). The point corresponding to the flow rate (Q1) and effective head (H) of the water turbine (W) at that time is on the system loss curve (S). In other words, the operating point of the water turbine (W) is on the system loss curve (S).
また、水車（W）と第２分岐管（13）の両方に流体（水）を流したとすれば、水車（W）における流量と第２分岐管（13）における流量との合計値が、水力発電システム（10）を含む管路（1）の総流量（QT）であり、総流量（QT）とその際の有効落差（H）がシステムロスカーブ（S）上の点に対応し、水車（W）の運転点はシステムロスカーブ（S）上にはない。 Also, if fluid (water) is flowed through both the water wheel (W) and the second branch pipe (13), the total value of the flow rate in the water wheel (W) and the flow rate in the second branch pipe (13) is This is the total flow rate (QT) of the pipeline (1) including the hydroelectric power generation system (10). The total flow rate (QT) and the effective head (H) at that time correspond to the points on the system loss curve (S). The operating point of the turbine (W) is not on the system loss curve (S).
例えば、発電機（G）の回転速度（N）と現在のトルク値（T）が分かれば、特性マップ（M）を用いることによって、水車（W）の運転点を知ることができ、それにより、水車（W）における現在の流量（Q1）を知ることができる。そうすると、総流量（QT）を知ることができる。また、第１分岐管（12）に並行して第２分岐管（13）にも流体を流している場合には、第２分岐管（13）の流量（Q2）も知ることができる。 For example, if the rotational speed (N) of the generator (G) and the current torque value (T) are known, the operating point of the water turbine (W) can be known by using the characteristic map (M), thereby , You can know the current flow rate (Q1) in the water turbine (W). Then, you can know the total flow rate (QT). Moreover, when the fluid is also flowing through the second branch pipe (13) in parallel with the first branch pipe (12), the flow rate (Q2) of the second branch pipe (13) can also be known.
これを具体的に図５で見ると、現在の運転点は、現在の回転速度（N）に対応した等回転速度曲線と、現在のトルク値（T）に対応した等トルク曲線との交点である。その運転点に対応した横軸目盛りの値である流量（Q1a）が水車（W）の流量（Q1）である。また、運転点を通り、横軸に平行な線とシステムロスカーブ（S）との交点を求め、その交点に対応した横軸目盛りの値である流量（QTa）がそのときの総流量（QT）である。そして、QTa−Q1aが、そのときの第２分岐管（13）の流量（Q2）である。 When this is specifically seen in FIG. 5, the current operation point is the intersection of the equal rotation speed curve corresponding to the current rotation speed (N) and the equal torque curve corresponding to the current torque value (T). is there. The flow rate (Q1a), which is the value of the horizontal scale corresponding to the operating point, is the flow rate (Q1) of the water turbine (W). Also, the intersection of the system loss curve (S) and the line parallel to the horizontal axis that passes through the operating point is obtained, and the flow rate (QTa) that is the value of the horizontal scale corresponding to the intersection is the total flow rate (QT) ). QTa-Q1a is the flow rate (Q2) of the second branch pipe (13) at that time.
また、目標の発電電力を決めれば、特性マップ（M）を用いることによって、水車（W）の運転点を決定することができる。そうすると、既述の通り、水車（W）に流すべき流体の流量を決定することができ、その値を流量指令値（Q1*）として用いることができる。例えば、現在の総流量（QT）（流量（QTa）とする）に対応したシステムロスカーブ（S）上の点を通る、横軸に平行な線と、目標の発電電力に対応した等発電電力線との交点が目標の運転点となる（図５参照）。目標の運転点が決まれば、その運転点に対応した横軸目盛りの値である流量（Q1a）が、目標の発電電力を得るための流量指令値（Q1*）となる。 If the target generated power is determined, the operating point of the water turbine (W) can be determined by using the characteristic map (M). Then, as described above, the flow rate of the fluid to be flowed to the water wheel (W) can be determined, and the value can be used as the flow rate command value (Q1 *). For example, a line parallel to the horizontal axis that passes through a point on the system loss curve (S) corresponding to the current total flow rate (QT) (referred to as flow rate (QTa)), and an equal generated power line corresponding to the target generated power Is the target operating point (see FIG. 5). When the target operating point is determined, the flow rate (Q1a), which is the value of the horizontal scale corresponding to the operating point, becomes the flow rate command value (Q1 *) for obtaining the target generated power.
なお、有効落差（H）と水車（W）前後の圧力差とは比例関係にあるので、縦軸に水車（W）前後の圧力差（有効圧力差）をとったシステムロスカーブは、縦軸に有効落差（H）をとったシステムロスカーブ（S）と等価である。すなわち、縦軸に水車（W）前後の圧力差、横軸に総流量（QT）をとったシステムロスカーブを用いてもよい。 Since the effective head (H) and the pressure difference before and after the turbine (W) are in a proportional relationship, the system loss curve with the vertical axis representing the pressure difference (effective pressure difference) before and after the turbine (W) is the vertical axis. It is equivalent to a system loss curve (S) with an effective head (H). That is, a system loss curve may be used in which the vertical axis represents the pressure difference before and after the turbine (W) and the horizontal axis represents the total flow rate (QT).
また、発電機（G）の特性マップ（M）上の運転点の把握は、回転速度（N）と発電電力（P）との組合せや、トルク値（T）と発電電力（P）との組合せであってもよい。つまり、特性マップ（M）に用いる発電機（G）の特性は、水車（W）における流量（Q1）と有効落差（H）とに相関する発電機（G）の特性で、且つそれが検出可能な特性であれば良い。 In addition, the operating point on the characteristic map (M) of the generator (G) can be determined by combining the rotational speed (N) and the generated power (P), and the torque value (T) and the generated power (P). It may be a combination. In other words, the characteristics of the generator (G) used in the characteristic map (M) are the characteristics of the generator (G) that correlate with the flow rate (Q1) and the effective head (H) in the water turbine (W), and this is detected. Any characteristic is possible.
また、水車（W）における流量（Q1）と有効落差（H）とに、発電機（G）の特性（検出可能なもの）を対応づけることが可能であれば、水力発電システム（10）を構成する水車（W）や発電機（G）の形式は特には限定されない。例えば、発電機（G）により水車（W）の運転を可変できない場合でも、本実施形態のようにして流量（Q1）と有効落差（H）の推定が可能である。 In addition, if it is possible to associate the characteristics (detectable) of the generator (G) with the flow rate (Q1) and effective head (H) of the turbine (W), the hydroelectric power generation system (10) The form of the water wheel (W) and generator (G) which comprise is not specifically limited. For example, even when the operation of the water turbine (W) cannot be varied by the generator (G), the flow rate (Q1) and the effective head (H) can be estimated as in this embodiment.
〈本実施形態における効果〉
本実施形態で説明した総流量（QT）等の推定技術を、実施形態１の水力発電システム（10）やその変形例１〜３に適用すれば、第１流量計（17）や第２流量計（18）を用いずに、水車（W）の流量（Q1）や、第２分岐管（13）の流量（Q1）を把握できる。すなわち、本実施形態では、第１流量計（17）や第２流量計（18）を用いない制御が可能になり、第１流量計（17）や第２流量計（18）を省略できる。すなわち、本実施形態では、水力発電システム（10）のコストダウンが可能になる。
<Effect in this embodiment>
If the estimation technology such as the total flow rate (QT) described in the present embodiment is applied to the hydroelectric power generation system (10) of the first embodiment and its
《発明の実施形態３》
実施形態３の水力発電システム（10）では、売電に際して、通常は、管路（1）によって供給する流体の圧力（すなわち流体の物理量であり、ここでは供給圧力と命名する）を所望の値（目標圧力（P*））に維持しつつ、電力系統（5）に電力を供給する（通常運転と呼ぶ）。そのため、本実施形態の水力発電システム（10）は、例えば、上水道（4）に設けられている減圧弁の代替装置として配置することができ、それにより、利用されていなかった、流体のエネルギーを電力として回収することができる。また、本実施形態の水力発電システム（10）では、後に詳述するように、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が予め定められた電圧規制範囲（Vr）となるように、発電電力の制御を行う。例えば、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が、電圧規制範囲（Vr）の上限値を超えそうになったら、電力系統（5）に供給する電力を抑制する発電電力抑制運転を行う。
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In the hydroelectric power generation system (10) of the third embodiment, when selling electricity, the pressure of the fluid supplied through the pipe (1) (that is, the physical quantity of the fluid, which is named here as the supply pressure) is usually a desired value. While maintaining (target pressure (P *)), power is supplied to the power system (5) (referred to as normal operation). Therefore, the hydroelectric power generation system (10) of the present embodiment can be arranged as an alternative device for the pressure reducing valve provided in the water supply (4), for example, and thereby the energy of the fluid that has not been used is used. It can be recovered as electric power. Further, in the hydroelectric power generation system (10) of the present embodiment, as will be described in detail later, the AC voltage value (Vac) of the distribution line of the power system (5) is within a predetermined voltage regulation range (Vr). In addition, the generated power is controlled. For example, if the AC voltage value (Vac) of the distribution line of the power system (5) is about to exceed the upper limit of the voltage regulation range (Vr), the generated power is suppressed to suppress the power supplied to the power system (5) Do the driving.
図６に、実施形態３の水力発電システム（10）を含む管路（1）の全体概略構成を示す。本実施形態の管路（1）は、図６に示すように、流入管（11）、流出管（14）が接続されている。流入管（11）の流入端には貯留槽（2）が接続されている。流出管（14）の流出端には受水槽（3）が接続されている。
In FIG. 6, the whole schematic structure of the pipe line (1) containing the hydroelectric power generation system (10) of
流入管（11）には、上流から下流に向かって順に、入口側圧力計（50）、第１電動弁（15）、及び水車（W）（詳しくは水車（W）の流体流入口）が接続されている。つまり、第１電動弁（15）は、水車（W）に直列接続されている。また、水車（W）の流体排出口には、流出管（14）が接続されている。この流出管（14）には、その途中に出口側圧力計（51）が接続されている。入口側圧力計（50）は、水車（W）へ供給される流体の圧力（P1）を検出し、出口側圧力計（51）は、水車（W）から流出する流体の圧力（P2）（いわゆる二次圧）を検出する。出口側圧力計（51）の検出値は、前記供給圧力に相当する。 The inlet pipe (11) has an inlet side pressure gauge (50), a first motor operated valve (15), and a water wheel (W) (specifically, a fluid inlet of the water wheel (W)) in order from upstream to downstream. It is connected. That is, the first motor-operated valve (15) is connected in series to the water wheel (W). An outflow pipe (14) is connected to the fluid discharge port of the water turbine (W). The outlet side pressure gauge (51) is connected to the outflow pipe (14) in the middle thereof. The inlet side pressure gauge (50) detects the pressure (P1) of the fluid supplied to the turbine (W), and the outlet side pressure gauge (51) detects the pressure of the fluid flowing out of the turbine (W) (P2) ( So-called secondary pressure) is detected. The detection value of the outlet side pressure gauge (51) corresponds to the supply pressure.
第１電動弁（15）は、電動モータによって弁体を駆動することで流体の流量を制御する。第１電動弁（15）は、後述の発電機コントローラ（20）によって開度が制御される。これにより、水車（W）へ流入する流体の流量が制御される。 The first electric valve (15) controls the flow rate of the fluid by driving the valve body by an electric motor. The opening degree of the first motor operated valve (15) is controlled by a generator controller (20) described later. Thereby, the flow rate of the fluid flowing into the water turbine (W) is controlled.
また、図７に、実施形態３の水力発電システム（10）の電力系統図を示す。同図に示すように、この水力発電システム（10）は、発電機コントローラ（20）と系統連系インバータ（30）とを備えている。系統連系インバータ（30）の構成は、実施形態１のものと同様であるが、発電機コントローラ（20）の構成は、実施形態１とは異なっている。具体的に、本実施形態の発電機コントローラ（20）は、実施形態１の流量検出部（23）に変えて圧力検出部（26）が設けられ、流量制御部（25）に代えて圧力制御部（27）が設けられている。 FIG. 7 shows a power system diagram of the hydroelectric power generation system (10) of the third embodiment. As shown in the figure, the hydroelectric power generation system (10) includes a generator controller (20) and a grid interconnection inverter (30). The configuration of the grid interconnection inverter (30) is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the generator controller (20) is different from that of the first embodiment. Specifically, the generator controller (20) of the present embodiment is provided with a pressure detection unit (26) instead of the flow rate detection unit (23) of the first embodiment, and pressure control is performed instead of the flow rate control unit (25). A part (27) is provided.
圧力検出部（26）は、入口側圧力計（50）及び出口側圧力計（51）の検出値を読み取り、周期的、或いは圧力制御部（27）の要求に応じて、検出値を圧力制御部（27）に送信する。また、圧力制御部（27）は、第１電動弁（15）の開度とＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）のスイッチングとを後述のように制御することによって、通常は、管路（1）によって供給する流体の供給圧力を所望の値（目標圧力（P*））に維持しつつ、電力系統（5）に電力を供給する（通常運転と呼ぶ）。また、圧力制御部（27）は、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が予め定められた電圧規制範囲（Vr）となるように、発電電力の制御を行う。例えば、電力系統（5）の配電線の交流電圧値（Vac）が、電圧規制範囲（Vr）の上限値を超えそうになったら、電力系統（5）に供給する電力を抑制する発電電力抑制運転を行う。 The pressure detection unit (26) reads the detection values of the inlet side pressure gauge (50) and outlet side pressure gauge (51), and controls the detection value periodically or as required by the pressure control unit (27). Part (27). The pressure control unit (27) normally controls the opening of the first motor operated valve (15) and the switching of the AC / DC converter unit (21) as will be described later, so that the pipe (1) The electric power is supplied to the power system (5) while maintaining the supply pressure of the fluid to be supplied at a desired value (target pressure (P *)) (referred to as normal operation). Moreover, a pressure control part (27) controls generated electric power so that the alternating voltage value (Vac) of the distribution line of an electric power grid | system (5) may become the voltage regulation range (Vr) defined beforehand. For example, if the AC voltage value (Vac) of the distribution line of the power system (5) is about to exceed the upper limit of the voltage regulation range (Vr), the generated power is suppressed to suppress the power supplied to the power system (5) Do the driving.
〈制御動作〉
本実施形態では、通常運転時は、第１電動弁（15）の開度が調整されて、水車（W）の下流側の管路（1）における流体の圧力（いわゆる二次圧）が所定の目標圧力（P*）に調整される。また、この水力発電システム（10）でも、電圧上昇判定部（33）は、交流電圧検出部（32）の検出値をモニターしており、交流電圧値（Vac）が第１閾値（Th1）を超えたら、系統連系インバータ（30）による発電電力抑制運転が行われる。
<Control action>
In this embodiment, during normal operation, the opening of the first motor-operated valve (15) is adjusted, and the fluid pressure (so-called secondary pressure) in the pipe line (1) downstream of the water turbine (W) is predetermined. Adjusted to the target pressure (P *). Also in this hydroelectric power generation system (10), the voltage rise determination unit (33) monitors the detection value of the AC voltage detection unit (32), and the AC voltage value (Vac) sets the first threshold (Th1). If it exceeds, the generated power suppression operation by the grid interconnection inverter (30) is performed.
系統連系インバータ（30）による発電電力抑制運転が行われている直後は、発電機コントローラ（20）は、発電機（G）に対して、通常運転時と同様の発電を行わせている。このように系統連系インバータ（30）が電力抑制している状態で、発電機コントローラ（20）が通常の運転を行っていても、所定の期間は、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）であると考えられる。すなわち、直流電圧（Vdc）≦第２閾値（Th2）の状態では、二次圧は、当所の目標値である目標圧力（P*）に収束している。 Immediately after the power generation suppression operation by the grid interconnection inverter (30) is performed, the generator controller (20) causes the generator (G) to generate power similar to that during normal operation. Thus, even if the generator controller (20) performs normal operation in a state where the grid interconnection inverter (30) suppresses power, the DC voltage (Vdc) ≦ second threshold ( Th2). That is, in the state of DC voltage (Vdc) ≦ second threshold value (Th2), the secondary pressure converges to the target pressure (P *) that is the target value of this place.
また、本実施形態の圧力制御部（27）には、直流電圧検出部（22）の検出値が送信されている。圧力制御部（27）は、直流電圧検出部（22）の検出値をモニターしており、例えば、系統連系インバータ（30）による発電電力抑制運転の結果、直流電圧検出部（22）の検出値が第２閾値（Th2）を超えた場合には、水力発電システム（10）では、発電機コントローラ（20）による発電電力抑制運転が行われる。 Further, the detection value of the DC voltage detection unit (22) is transmitted to the pressure control unit (27) of the present embodiment. The pressure control unit (27) monitors the detection value of the DC voltage detection unit (22). For example, the detection of the DC voltage detection unit (22) as a result of the generated power suppression operation by the grid interconnection inverter (30). When the value exceeds the second threshold (Th2), the hydropower generation system (10) performs the generated power suppression operation by the generator controller (20).
発電機コントローラ（20）による発電電力抑制運転では、圧力制御部（27）が、水車（W）の有効落差（H）を低減させることによって、発電電力を低下させる。それにより、最終的には、配電線の電圧が電圧規制範囲（Vr）内に収められる。なお、本実施形態でも、電力の抑制の必要がなくなったら、発電機コントローラ（20）、及び系統連系インバータ（30）は、通常運転を行う。 In the generated power suppression operation by the generator controller (20), the pressure control unit (27) reduces the generated power by reducing the effective head (H) of the water turbine (W). Thereby, finally, the voltage of the distribution line falls within the voltage regulation range (Vr). In this embodiment as well, when it is no longer necessary to suppress power, the generator controller (20) and the grid interconnection inverter (30) perform normal operation.
なお、本実施形態でも、発電電力抑制運転を行う場合には、回生抵抗器（40）によって電力を消費させる。回生抵抗器（40）に繋がるスイッチ（SW）をオンにするタイミングは、実施形態１のように、系統連系インバータ（30）による電力抑制を行う場合でもよいし、実施形態１の変形例1のように発電機コントローラ（20） による電力抑制を行う場合でもよい（図３，４を参照）。 In the present embodiment as well, when the generated power suppression operation is performed, power is consumed by the regenerative resistor (40). The timing for turning on the switch (SW) connected to the regenerative resistor (40) may be the case where power is suppressed by the grid interconnection inverter (30) as in the first embodiment, or the first modification of the first embodiment It is also possible to perform power suppression by the generator controller (20) as shown in FIG.
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態でも、発電機コントローラ（20）によって発電機（G）の発電電力の抑制が行われる前に、まず、系統連系インバータ（30）と回生抵抗器（40）によって電力抑制が行われる。したがって、本実施形態でも、電力抑制量が小さい場合には、発電機（G）の発電電力の抑制を行わずに済む場合がある。つまり、本実施形態でも、電力を抑制する際に、流体の物理量（ここでは流体の圧力）の変動をなるべく小さくすることが可能になる。
<Effect in this embodiment>
As described above, also in this embodiment, before the generator controller (20) suppresses the generated power of the generator (G), first, by the grid interconnection inverter (30) and the regenerative resistor (40). Power suppression is performed. Therefore, even in the present embodiment, when the power suppression amount is small, it may not be necessary to suppress the power generated by the generator (G). That is, also in the present embodiment, when the power is suppressed, it is possible to reduce the fluctuation of the physical quantity of the fluid (here, the pressure of the fluid) as much as possible.
なお、実施形態３は以下のような構成としても良い。 The third embodiment may have the following configuration.
〈１〉例えば、回生抵抗器（40）で消費させる電力は、所定のデューティー比でスイッチ（SW）のオンオフを繰り返すことによって調整してもよい。具体的には、発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えず、且つ管路（1）における圧力（P2）が所定の目標圧力（P*）となるように、回生抵抗器（40）で消費させる電力を調整するとよい。ただし、この場合において、回生抵抗器（40）で電力を消費しきれない場合（十分に交流電圧値（Vac）が下がらない場合）には、発電機コントローラ（20）において発電電力の抑制を行うことになる。 <1> For example, the power consumed by the regenerative resistor (40) may be adjusted by repeatedly turning on and off the switch (SW) at a predetermined duty ratio. Specifically, the output voltage of the generator controller (20) does not exceed the second threshold (Th2), and the pressure (P2) in the pipe (1) becomes a predetermined target pressure (P *). Adjust the power consumed by the regenerative resistor (40). However, in this case, if the regenerative resistor (40) cannot consume enough power (if the AC voltage value (Vac) does not drop sufficiently), the generator controller (20) suppresses the generated power. It will be.
〈２〉また、直流電圧（Vdc）が第２閾値（Th2）を超えた場合でも、発電機コントローラ（20）による電力抑制運転モードを禁止する運転モードを設けてもよい。電力抑制運転モードを禁止した場合には、回生抵抗器（40）で電力を消費させる。発電機コントローラ（20）による電力抑制運転モードを禁止する運転モードは、例えば、直流電圧（Vdc）が第２閾値（Th2）を超える時間が比較的短いと予測される場合などに、流体の物理量（ここでは流体の圧力）の変動を抑制することが可能になる。ただし、この場合において、回生抵抗器（40）で電力を消費しきれない場合（十分に交流電圧値（Vac）が下がらない場合）には、発電機コントローラ（20）において発電電力の抑制を行うことになる。 <2> Moreover, even when the DC voltage (Vdc) exceeds the second threshold (Th2), an operation mode for prohibiting the power suppression operation mode by the generator controller (20) may be provided. When the power suppression operation mode is prohibited, power is consumed by the regenerative resistor (40). The operation mode for prohibiting the power suppression operation mode by the generator controller (20) is, for example, when the time when the DC voltage (Vdc) exceeds the second threshold (Th2) is predicted to be relatively short. It is possible to suppress fluctuations in the pressure (here, the pressure of the fluid). However, in this case, if the regenerative resistor (40) cannot consume enough power (if the AC voltage value (Vac) does not drop sufficiently), the generator controller (20) suppresses the generated power. It will be.
《その他の実施形態》
なお、水力発電システム（10）は、閉流路の一例である管路（1）に限らず、開流路や、閉流路（例えば管路）と開流路が混在する流路にも設置できる。一例として、農業用水路に水力発電システム（10）を設置することが考えられる。
<< Other Embodiments >>
The hydroelectric power generation system (10) is not limited to the pipe line (1) which is an example of the closed flow path, but also to an open flow path or a flow path in which a closed flow path (for example, a pipeline) and an open flow path are mixed. Can be installed. As an example, it is conceivable to install a hydroelectric power generation system (10) in an agricultural waterway.
また、水車（W）に供給する流体は水には限定されない。例えば、ビルなどの空気調和装置に用いられるブラインを流体として利用することも考えられる。 Moreover, the fluid supplied to the water wheel (W) is not limited to water. For example, it is conceivable to use a brine used in an air conditioner such as a building as a fluid.
また、流体の物理量として説明した流量や圧力は例示である。 The flow rate and pressure described as the physical quantity of the fluid are examples.
また、水力発電システム（10）の設置場所は上水道（4）には限定されない。 The installation location of the hydroelectric power generation system (10) is not limited to the water supply (4).
本発明は、水力発電システムとして有用である。 The present invention is useful as a hydroelectric power generation system.
１ 管路（流路）
５ 商用電源（電力系統）
１０ 水力発電システム
２０ 発電機コントローラ
３０ 系統連系インバータ
４０ 回生抵抗器（抵抗器）
Ｇ 発電機
Ｗ 水車（流体機械）
1 Pipeline (flow path)
5 Commercial power supply (electric power system)
10
G generator W water wheel (fluid machine)
Claims (5)
前記流体機械（W）によって駆動される発電機（G）と、
前記発電機（G）の発電電力を制御し、該発電機（G）の出力を受けて電力を出力する発電機コントローラ（20）と、
前記発電機コントローラ（20）の出力を受けて電力系統（5）に電力を供給する系統連系インバータ（30）と、
を備え、
前記系統連系インバータ（30）は、前記電力系統（5）の電圧が第１閾値（Th1）を超えた場合に自身の出力を抑制し、
前記発電機コントローラ（20）は、自身の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えた場合に自身の出力を抑制する電力抑制運転モードを有していることを特徴とする水力発電システム。 A fluid machine (W) disposed in the flow path (1) through which the fluid flows;
A generator (G) driven by the fluid machine (W);
A generator controller (20) for controlling the generated power of the generator (G), receiving the output of the generator (G) and outputting the power;
A grid-connected inverter (30) that receives the output of the generator controller (20) and supplies power to the power grid (5);
With
The grid interconnection inverter (30) suppresses its own output when the voltage of the power system (5) exceeds a first threshold (Th1),
The generator controller (20) has a power suppression operation mode that suppresses its output when its output voltage exceeds a second threshold (Th2).
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記発電機コントローラ（20）が出力する電力の所定量を抵抗器（40）で消費させることを特徴とする水力発電システム。 In claim 1,
When the grid-connected inverter (30) suppresses the output, a predetermined amount of power output from the generator controller (20) is consumed by a resistor (40).
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えず、且つ前記流路（1）における総流量（QT）、及び前記流体の圧力（P2）の少なくとも一方が所定の目標値となるように、前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整することを特徴とする水力発電システム。 In claim 2,
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, the output voltage of the generator controller (20) does not exceed the second threshold (Th2) and the total flow rate (QT) in the flow path (1) ) And the electric power consumed by the resistor (40) so that at least one of the fluid pressure (P2) becomes a predetermined target value.
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合に、前記発電機コントローラ（20）の出力電圧が第２閾値（Th2）を超えても、前記発電機コントローラ（20）における前記電力抑制運転モードを禁止するとともに前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整する動作モードを有することを特徴とする水力発電システム。 In claim 2,
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, even if the output voltage of the generator controller (20) exceeds the second threshold (Th2), the power suppression operation in the generator controller (20) The hydroelectric power generation system has an operation mode for prohibiting the mode and adjusting the power consumed by the resistor (40).
所定のデューティー比でオンオフされて、前記抵抗器（40）に流れる電流を断続するスイッチ（SW）を備え、
前記系統連系インバータ（30）が出力を抑制する場合には、前記デューティー比を調整することによって、前記流路（1）における総流量（QT）、若しくは圧力（P2）が所定の目標値となるように前記抵抗器（40）で消費させる電力を調整することを特徴とする水力発電システム。 In claim 3 or claim 4,
A switch (SW) that is turned on and off at a predetermined duty ratio and interrupts the current flowing through the resistor (40);
When the grid interconnection inverter (30) suppresses the output, the total flow rate (QT) or the pressure (P2) in the flow path (1) is adjusted to a predetermined target value by adjusting the duty ratio. The hydroelectric power generation system is characterized by adjusting the power consumed by the resistor (40).
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