JP7356073B1 - 水力発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
発電機(50)と、
流体が流れる流路システム(1)に接続されて前記発電機(50)を駆動する水車(60)と、
指令値(Q*)を目標にして前記流路システム(1)における流量を制御しつつ、突出音を抑制する騒音防止機構(20)と、
を備え、
前記突出音は、当該水力発電システムの運転時における音圧レベルの平均値よりも所定以上のレベルを有した音である
水力発電システムである。
前記突出音は、前記平均値よりも9dB以上の音圧レベルを有した音である
水力発電システムである。
前記騒音防止機構(20)は、前記突出音が発生し得る前記水車(60)の回転数域と、前記回転数域の前後100rpmの範囲の回転数域とにおける前記水車(60)の運転を避ける
水力発電システムである。
前記水車(60)に直列接続された電動弁(15)を備え、
前記騒音防止機構(20)は、前記電動弁(15)の開度調整と前記発電機(50)の制御とを行なうことによって、前記流路システム(1)における流量が前記指令値(Q*)に近づくように制御しつつ、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避ける
水力発電システムである。
前記水車(60)に直列接続された電動弁(15)を備え、
前記流路システム(1)は、
前記水車(60)と前記電動弁(15)が配置された第1流路(12)と、
前記第1流路(12)に並列接続された第2流路(13)と、
を備え、
前記騒音防止機構(20)は、
前記電動弁(15)の開度調整と、前記水車(60)の運転点の制御とを行なうことによって、前記第1流路(12)における流量(Q1)が前記指令値(Q*)よりも少なくなるように制御しつつ、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避け、
前記第2流路(13)の流量調整を行うことによって、前記流路システム(1)における総流量(QT)が前記指令値(Q*)に近づくように制御する
水力発電システムである。
前記流路システム(1)は、
前記水車(60)が配置された第1流路(12)と、
前記第1流路(12)に並列接続された第2流路(13)を備え、
前記流路システム(1)は、当該水力発電システムの管理外の流量調整機構(100)に接続され、
前記騒音防止機構(20)は、前記第2流路(13)の流量変更と、前記水車(60)の運転点の制御とを行なって前記流量調整機構(100)による調整量の変化を誘導する調整動作を繰り返すことによって、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避ける
水力発電システムである。
前記騒音防止機構(20)は、前記発電機(50)による発電電力(P)が大きくなる方向に、前記水車(60)の運転点を制御する
水力発電システムである。
前記騒音防止機構(20)は、
前記突出音が発生する、前記水車(60)の回転数域の上限値よりも高い回転数で前記水車(60)を運転する第1運転と、
前記突出音が発生する、前記水車(60)の回転数域の下限値よりも低い回転数で前記水車(60)を運転する第2運転と
を切り替えて行ないつつ、所定期間における積算流量(Qs)を制御する
水力発電システムである。
前記騒音防止機構(20)は、前記発電機(50)で生ずるコギングトルクの逆相となるトルクが発生するように前記発電機(50)を制御する
水力発電システムである。
図1は、実施形態1の水力発電システム(10)を含む流路システム(1)の概略構成を示す図である。
水力発電システム(10)は、発電機(50)、水車(60)(流体機械)、第1電動弁(15)、第2電動弁(16)、第1流量計(17)、および第2流量計(18)を備えている。
運転点制御の原理の説明に際して、システムロスカーブ(S)等について説明する。システムロスカーブ(S)は、流動抵抗特性線である。図3は、システムロスカーブ(S)の一例を示す図である。図3において、縦軸は有効落差(H)であり、横軸は流量(Q)である。
水力発電システム(10)では、水車(60)および発電機(50)の駆動にともなって騒音(振動)が発生する。この騒音は、発電機(50)の回転数(N)が所定の回転数域に入ると、音圧レベルが特に大きくなる。この回転数域では、水力発電システム(10)において共振が起こっていると考えられる。
ステップS1-1では、運転点制御部(25)は、流量(Q1)が指令値(Q*)の値に収束するまで、AC/DCコンバータ部(21)の動作の制御を行なう。このステップの実行過程において、発電機(50)の回転数(N)が変化する。
ステップS1-2では、運転点制御部(25)は、回転数(N)が突出音を生じる回転数範囲に含まれるか否かを判定(以下、回転数判定と呼ぶ)する。回転数(N)が突出音を生じる回転数範囲に含まれていなければ、運転点制御部(25)は、所定期間経過後に再度、回転数判定を行なう。回転数(N)が突出音を生じる回転数範囲に含まれている場合には、運転点制御部(25)は、ステップS1-3の処理を行なう。
ステップS1-3では、運転点制御部(25)は、第1電動弁(15)の開度を所定量だけ変化させる。例えば、運転点制御部(25)は、第1電動弁(15)を所定量だけ閉じる。これにより、システムロスカーブ(S)の形が変化する。
水力発電システム(10)が起動したら、運転点制御部(25)は、指令値(Q*)を受信する。指令値(Q*)は、例えば、上水道の事業者から与えられる。指令値(Q*)は、水力発電システム(10)のオペレータによって入力される場合もある。
本実施形態では、第1制御(OP1)の実行により、水力発電システム(10)が設けられた流路システム(1)における総流量(QT)を目標値(指令値(Q*))に制御しつつ、突出音を抑制することができる。
実施形態2の水力発電システム(10)は、ハードウェアの構成は実施形態1の水力発電システム(10)と同様である。本実施形態の水力発電システム(10)は、運転点制御部(25)の機能(実施する制御内容)が実施形態1とは異なっている。
本実施形態では、第2制御(OP2)の実行により、水力発電システム(10)が設けられた流路システム(1)における総流量(QT)を目標値(指令値(Q*))に制御しつつ、突出音を抑制することができる。
実施形態3の水力発電システム(10)は、ハードウェアの構成は実施形態1の水力発電システム(10)と同様である。本実施形態の水力発電システム(10)は、運転点制御部(25)の機能(実施する制御内容)が実施形態1とは異なっている。
以上のように、第3制御(OP3)を実行することで、水力発電システム(10)では、流路システム(1)における総流量(QT)を目標値(指令値(Q*))に制御しつつ、突出音を抑制することができる。
実施形態4の水力発電システム(10)は、ハードウェアの構成は実施形態1の水力発電システム(10)と同様である。本実施形態の水力発電システム(10)は、運転点制御部(25)の機能(実施する制御内容)が実施形態1とは異なっている。
図12は、運転点制御部(25)による第1モード(M1)、第2モード(M2)の切替えの例を示す図である。図12は、モード切替にともなう流量変化(瞬時値)を模式的に示している。
本実施形態の水力発電システム(10)では、第4制御(OP4)の実行によって、管理期間(T)おける積算流量(Qs)を指令値(Q*)に制御しつつ、突出音を抑制することができる。
実施形態5の水力発電システム(10)は、ハードウェアの構成は実施形態1の水力発電システム(10)と同様である。本実施形態の水力発電システム(10)は、騒音の抑制手法が実施形態1とは異なっている。本実施形態における騒音抑制の手法は、実施形態1~4と併用が可能である。
以上のように、コギングトルクとは逆相の補正トルクを発電機(50)において発生させることで、水力発電システム(10)においてコギングトルクが抑制される。その結果、水力発電システム(10)では、コギングトルクに起因する騒音(振動)が抑制される。
水車(60)には、軸流ポンプに代えて斜流ポンプ、あるいは遠心ポンプを用いてもよい。斜流ポンプを採用した場合には、軸流ポンプを備えた水力発電システム(10)と同様の制御を行なえばよい。遠心ポンプを採用した場合には、無拘束曲線と最大発電電力曲線との位置関係が、軸流ポンプの場合(図3等に示した例を参照)とは逆になる。遠心ポンプを採用する場合には、前記位置関係を考慮して運転点を制御する必要がある。
10 水力発電システム
12 第1分岐管(第1流路)
13 第2分岐管(第2流路)
15 第1電動弁(電動弁)
20 制御ユニット(騒音防止機構)
50 発電機
60 水車
100 開閉弁(流量調整機構)
N 回転数
P 発電電力
Q* 指令値
Q1 流量
Q2 流量
Qs 積算流量
QT 総流量
Claims (8)
- 水力発電システムにおいて、
発電機(50)と、
流体が流れる流路システム(1)に接続されて前記発電機(50)を駆動する水車(60)と、
指令値(Q*)を目標にして前記流路システム(1)における流量を制御しつつ、突出音を抑制する騒音防止機構(20)と、
を備え、
前記突出音は、当該水力発電システムの運転時における音圧レベルの平均値よりも所定以上のレベルを有した音であり、
前記流路システム(1)は、
前記水車(60)が配置された第1流路(12)と、
前記第1流路(12)に並列接続された第2流路(13)を備え、
前記流路システム(1)は、当該水力発電システムの管理外の流量調整機構(100)に接続され、
前記騒音防止機構(20)は、前記第2流路(13)の流量変更と、前記水車(60)の運転点の制御とを行なって前記流量調整機構(100)による調整量の変化を誘導する調整動作を繰り返すことによって、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避け、
前記流量調整機構(100)による調整量は、自動制御されている
水力発電システム。 - 請求項1の水力発電システムにおいて、
前記突出音は、前記平均値よりも9dB以上の音圧レベルを有した音である
水力発電システム。 - 請求項1または請求項2の水力発電システムにおいて、
前記騒音防止機構(20)は、前記突出音が発生し得る前記水車(60)の回転数域と、前記回転数域の前後100rpmの範囲の回転数域とにおける前記水車(60)の運転を避ける
水力発電システム。 - 請求項1または請求項2の水力発電システムにおいて、
前記水車(60)に直列接続された電動弁(15)を備え、
前記騒音防止機構(20)は、前記電動弁(15)の開度調整と前記発電機(50)の制御とを行なうことによって、前記流路システム(1)における流量が前記指令値(Q*)に近づくように制御しつつ、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避ける
水力発電システム。 - 請求項1または請求項2の水力発電システムにおいて、
前記水車(60)に直列接続された電動弁(15)を備え、
前記流路システム(1)は、
前記水車(60)と前記電動弁(15)が配置された第1流路(12)と、
前記第1流路(12)に並列接続された第2流路(13)と、
を備え、
前記騒音防止機構(20)は、
前記電動弁(15)の開度調整と、前記水車(60)の運転点の制御とを行なうことによって、前記第1流路(12)における流量(Q1)が前記指令値(Q*)よりも少なくなるように制御しつつ、前記突出音が発生する回転数域における前記水車(60)の運転を避け、
前記第2流路(13)の流量調整を行うことによって、前記流路システム(1)における総流量(QT)が前記指令値(Q*)に近づくように制御する
水力発電システム。 - 請求項1または請求項2の水力発電システムにおいて、
前記騒音防止機構(20)は、前記発電機(50)による発電電力(P)が大きくなる方向に、前記水車(60)の運転点を制御する
水力発電システム。 - 水力発電システムにおいて、
発電機(50)と、
流体が流れる流路システム(1)に接続されて前記発電機(50)を駆動する水車(60)と、
指令値(Q*)を目標にして前記流路システム(1)における流量を制御しつつ、突出音を抑制する騒音防止機構(20)と、
を備え、
前記突出音は、当該水力発電システムの運転時における音圧レベルの平均値よりも所定以上のレベルを有した音であり、
前記騒音防止機構(20)は、
前記突出音が発生する、前記水車(60)の回転数域の上限値よりも高い回転数で前記水車(60)を運転する第1運転と、
前記突出音が発生する、前記水車(60)の回転数域の下限値よりも低い回転数で前記水車(60)を運転する第2運転と
を切り替えて行ないつつ、所定期間における積算流量(Qs)を制御する
水力発電システム。 - 請求項1または請求項2の水力発電システムにおいて、
前記騒音防止機構(20)は、前記発電機(50)で生ずるコギングトルクの逆相となるトルクが発生するように前記発電機(50)を制御する
水力発電システム。
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JP2023051347A JP7356073B1 (ja) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 水力発電システム |
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JP2023051347A JP7356073B1 (ja) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 水力発電システム |
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JP7356073B1 true JP7356073B1 (ja) | 2023-10-04 |
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JPH0723710B2 (ja) * | 1989-06-20 | 1995-03-15 | 株式会社東芝 | 水力機械及びその運転制御方法 |
JP2002070714A (ja) * | 2000-08-28 | 2002-03-08 | Toshiba Eng Co Ltd | 水力発電所の騒音抑制システムおよび水力発電システム |
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WO2018056163A1 (ja) * | 2016-09-20 | 2018-03-29 | ダイキン工業株式会社 | 水力発電システム |
JP2018119409A (ja) * | 2017-01-23 | 2018-08-02 | ダイキン工業株式会社 | 水力発電システム |
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- 2023-03-28 JP JP2023051347A patent/JP7356073B1/ja active Active
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