JP7022275B2 - 水力発電システム - Google Patents
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Description
前記水車(60)によって駆動される発電機(50)と、
前記水車(60)に並列に接続された流路である迂回路(13)と、
前記迂回路(13)に前記流体を流さない状態で前記水車(60)に前記流体を供給して前記発電機(50)を駆動させる第1制御モード、前記迂回路(13)に前記流体を流しつつ前記水車(60)に前記流体を供給して前記発電機(50)を駆動させる第2制御モード、前記水車(60)に前記流体を供給せずに前記迂回路(13)に前記流体を流す第3制御モード、及び、前記水車(60)に前記流体を供給せずに前記迂回路(13)にも前記流体を流さない第4制御モードのうちの少なくとも何れか2つの制御モードを切り換えて、所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を目標値(X)に制御する制御部(20)と、
を備えたことを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モード及び前記第2制御モードの少なくとも一方において、前記発電機(50)の発電電力(P)が最大となるように制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記所定期間(T)における発電電力量(Psum)が最大となるように、前記所定期間(T)内における前記第1制御モードによる運転時間(t1)と前記第2制御モードによる運転時間(t2)とを設定することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードの2つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第3制御モードの3つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第4制御モードの3つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第3制御モードと、前記第4制御モードの4つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記制御部(20)は、前記第1制御モード、前記第2制御モード、前記第3制御モード、及び前記第4制御モードのうちから、少なくとも2つの制御モードを選択できるよう構成され、選択した制御モードのみを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システムである。
前記流路(1)に前記水車(60)と直列に配置される第1弁(15)と、
前記迂回路(13)に配置される第2弁(16)と、
を備え、
前記第1弁(15)は、開度が全閉以外の場合に前記水車(60)に前記流体を供給し、開度が全閉の場合に前記水車(60)に前記流体を供給せず、
前記第2弁(16)は、開度が全閉以外の場合に前記流体を前記迂回路(13)に流し、開度が全閉の場合に前記迂回路(13)に前記流体を流さないことを特徴とする水力発電システムである。
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。
図1に示すように、水力発電システム(10)は、水車(60)と発電機(50)とを備えている。また、図2は、水力発電システム(10)の電力系統図である。水力発電システム(10)は、発電機コントローラ(20)、及び系統連系インバータ(30)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に供給している。この例では、電力系統は、交流電源(この例では商用電源(5))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。
水力発電システム(10)では、運転時に以下に説明する2つの制御モード(それぞれ第1制御モード及び第2制御モードと命名する)の切り換えが行われる。第1流量指令値(Q1*)や第2流量指令値(Q2*)の決め方も制御モードによって異なってくる。これらの制御モードの切り換えや、各制御モードにおける第1流量指令値(Q1*)、第2流量指令値(Q2*)の生成は、主に流量指令決定部(24)が行う。
まず、第1制御モードは、第2分岐管(13)に流体を流さない状態で水車(60)に流体を供給して発電機(50)を駆動させる制御モードである。第1制御モードでは、第1電動弁(15)の開度が固定値(この例では全開)に制御され、第2電動弁(16)は全閉に制御される。すなわち、第1制御モードでは第2分岐管(13)の流量(Q2)=0であり、流量指令決定部(24)は、第2流量指令値(Q2*)としてゼロを出力する。また、第1制御モードでは、発電機(50)の発電電力(P)が最大となるように水車(60)の流量が制御される。具体的には、流量指令決定部(24)は、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)を用いる等して発電電力(P)が最大となる運転点を求め、その運転点に対応した第1流量指令値(Q1*)を生成する。
第2制御モードは、第2分岐管(13)に流体を流しつつ水車(60)にも流体を供給して発電機(50)を駆動させる制御モードである。第2制御モードでは、第1電動弁(15)の開度が固定値(この例では全開)に制御されるとともに、第2電動弁(16)の開度が、第2流量指令値(Q2*)に応じて適宜制御される。第2流量指令値(Q2*)の設定については後述する。
流量指令決定部(24)は、管理期間(T)内における、第1制御モードによる運転時間(t1)と第2制御モードによる運転時間(t2)の振り分けを決め、その振り分けに応じてこれらの制御モードを切り換えている。その制御モード切換を行うため、流量指令決定部(24)は、まず、次の式(1)、式(2)を用いて第1制御モードによる運転時間(t1)と第2制御モードによる運転時間(t2)とを求めている。
t2=T-t1 ・・・・式(2)
ただし、式(1)等において、Xは契約水量、Q’は第1制御モードで運転した場合における総流量(瞬時値)、Q’’は第2制御モードで運転した場合における総流量(瞬時値)、Tは管理期間、t1は第1制御モードでの運転時間である。また、t2は第2制御モードでの運転時間である。t1とt2の振り分けを決める際に、流量指令決定部(24)は、第2制御モードにおける第1流量指令値(Q1*)や第2流量指令値(Q2*)も決めている。
以上のように、本実施形態の水力発電システム(10)では、第1制御モードと第2制御モードを切り換えて運転できる。そのため、水車(60)にのみ流体を流したのでは契約水量(X)を満足できないような場合であっても、第2制御モードによる運転を適宜実行することで契約水量(X)を満足できる。したがって、従来のように、設置場所の条件(例えば流体の総落差)等に応じて、水車(60)をオーダーメードする必要がない。すなわち、本実施形態によれば、所定期間(管理期間(T))の積算流量(Qs)を制御する水力発電システムの汎用性の向上を図ることが可能になる。
水力発電システム(10)では、実施形態1で説明した第1制御モード、第2制御モードに加えて、更に、以下に説明する2つの制御モード(それぞれ第3制御モード、第4制御モードと命名する)を、適宜、採用してもよい。
第3制御モードは、水車(60)に流体(例えば水)を流さない状態で、第2分岐管(13)(迂回路)に流体を流す制御モードである。この第3制御モードが実施されると、水車(60)に流体が供給されない。そのため、第3制御モードは、例えば、水力発電システム(10)のメンテナンス等で第1分岐管(12)に流体を流せない場合に実施される。なお、水力発電システム(10)におけるメンテナンスの対象としては、例えば、発電機(50)や水車(60)を挙げることができる。
第4制御モードは、水車(60)に流体を流さない状態かつ第2分岐管(13)(迂回路)にも流体を流さない制御モードである。水力発電システム(10)において第4制御モードが実施されると、水力発電システム(10)よりも下流には流体が供給されない。そのため、第4制御モードの実施中は、水力発電システム(10)よりも下流の設備のメンテナンスが可能になる。水力発電システム(10)よりも下流の設備としては、一例として、水力発電システム(10)の下流側にある受水槽(3)を挙げることができる。勿論、第4制御モードにおいて、水力発電システム(10)のメンテナンスを行うことも可能である。
適用例1は、第1制御モード、第2制御モード、及び第3制御モードの3つの制御モードを用いる。すなわち、発電機コントローラ(20)においてこれらの3つの制御モードを実装する(具体的には、例えば、流量指令決定部(24)にソフトウエアとして組み込む)。この適用例では、発電機コントローラ(20)は、第1制御モード、第2制御モード、及び第3制御モードの3つの制御モードを、ユーザの指示やソフトウエアの設定に応じて切り換えて実施する。
適用例2は、第1制御モード、第2制御モード、及び第4制御モードの3つの制御モードを用いる。すなわち、発電機コントローラ(20)においてこれらの3つの制御モードを実装する。この適用例では、発電機コントローラ(20)は、第1制御モード、第2制御モード、及び第4制御モードの3つの制御モードを、ユーザの指示やソフトウエアの設定に応じて切り換えて実施する。
適用例3では、第1制御モード、第2制御モード、第3制御モード、及び第4制御モードの4つの制御モードを用いる。この適用例では、発電機コントローラ(20)においてこれらの4つの制御モードを実装し、第1制御モード~第4制御モードの4つの制御モードをユーザの指示やソフトウエアの設定に応じて切り換えて実施する。例えば、水力発電システム(10)において、発電機コントローラ(20)によって第3制御モードが実施された場合には、発電機(50)や水車(60)のメンテナンスを行うことができる。また、発電機コントローラ(20)によって第4制御モードが実施された場合には、水力発電システム(10)よりも下流の設備(例えば受水槽(3))のメンテナンスを行うことができる。
適用例4では、第1制御モード、第2制御モード、第3制御モード、及び第4制御モードの4つの制御モードを発電機コントローラ(20)において実装する。この適用例では、発電機コントローラ(20)は、第1制御モード、第2制御モード、第3制御モード、及び第4制御モードのうちから、少なくとも2つの制御モードを選択できるよう構成されている。ここでの「選択」は、実装されている所定の制御モードを実施可能な状態とすることを意味している。また、「選択」は、ユーザの指示に応じて行われたり、ソフトウエアの設定に応じて行われたりする。そして、発電機コントローラ(20)は、ユーザの指示やソフトウエアの設定に応じて、選択した制御モードのみを切り換えて実施するように構成されている。
なお、管理期間(T)は例示であり、例示した1日には限定されず、例えば、8時間など、1日より短い期間でも良く、また、例えば、1か月など、1日より長い期間でも良い。同様に契約水量(X)の値も例示であり、例示した値には限定されない。
10 水力発電システム
13 第2分岐管(迂回路)
15 第1電動弁(第1弁)
16 第2電動弁(第2弁)
20 発電機コントローラ(制御部)
50 発電機
60 水車
Claims (8)
- 流体が流れる流路(1)に配置される水車(60)と、
前記水車(60)によって駆動される発電機(50)と、
前記水車(60)に並列に接続された流路である迂回路(13)と、
前記迂回路(13)に前記流体を流さない状態で前記水車(60)に前記流体を供給して前記発電機(50)を駆動させる第1制御モード、前記迂回路(13)に前記流体を流しつつ前記水車(60)に前記流体を供給して前記発電機(50)を駆動させる第2制御モード、前記水車(60)に前記流体を供給せずに前記迂回路(13)に前記流体を流す第3制御モード、及び、前記水車(60)に前記流体を供給せずに前記迂回路(13)にも前記流体を流さない第4制御モードのうちの少なくとも何れか2つの制御モードを切り換えて、所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を目標値(X)に制御する制御部(20)と、
を備え、
前記制御部(20)は、前記第1制御モード及び前記第2制御モードの少なくとも一方において、前記発電機(50)の発電電力(P)が最大となるように制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1において、
前記制御部(20)は、前記所定期間(T)における発電電力量(Psum)が最大となるように、前記所定期間(T)内における前記第1制御モードによる運転時間(t1)と前記第2制御モードによる運転時間(t2)とを設定することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードの2つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第3制御モードの3つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第4制御モードの3つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部(20)は、前記第1制御モードと、前記第2制御モードと、前記第3制御モードと、前記第4制御モードの4つの制御モードを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部(20)は、前記第1制御モード、前記第2制御モード、前記第3制御モード、及び前記第4制御モードのうちから、少なくとも2つの制御モードを選択できるよう構成され、選択した制御モードのみを切り換えて、前記所定期間(T)における前記流体の積算流量(Qs)を前記目標値(X)に制御することを特徴とする水力発電システム。 - 請求項1から請求項7の何れかにおいて、
前記流路(1)に前記水車(60)と直列に配置される第1弁(15)と、
前記迂回路(13)に配置される第2弁(16)と、
を備え、
前記第1弁(15)は、開度が全閉以外の場合に前記水車(60)に前記流体を供給し、開度が全閉の場合に前記水車(60)に前記流体を供給せず、
前記第2弁(16)は、開度が全閉以外の場合に前記流体を前記迂回路(13)に流し、開度が全閉の場合に前記迂回路(13)に前記流体を流さないことを特徴とする水力発電システム。
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JP2017009330 | 2017-01-23 | ||
JP2017009330 | 2017-01-23 |
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JP2018119545A JP2018119545A (ja) | 2018-08-02 |
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Family Applications (1)
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JP2018005392A Active JP7022275B2 (ja) | 2017-01-23 | 2018-01-17 | 水力発電システム |
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---|---|---|---|---|
JP2004360482A (ja) | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Torishima Pump Mfg Co Ltd | ポンプ逆転水車型発電設備 |
WO2014155656A1 (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 中国電力株式会社 | 維持流量発電制御システム、維持流量発電制御方法、維持流量発電制御プログラム、および維持流量発電設備 |
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2018
- 2018-01-17 JP JP2018005392A patent/JP7022275B2/ja active Active
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WO2014155656A1 (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 中国電力株式会社 | 維持流量発電制御システム、維持流量発電制御方法、維持流量発電制御プログラム、および維持流量発電設備 |
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