1.本公开涉及一种水力发电系统及发电机控制方法。
背景技术：
：：2.有一种水力发电系统，利用在流路中流动的水等流体进行发电。例如，专利文献1所公开的水力发电系统包括水轮机、与水轮机相连的发电机以及控制使发电机产生的扭矩的发电机控制部。在该水力发电系统中，如果利用流体驱动水轮机旋转，则与水轮机相连的发电机就会被驱动。此外，通过控制使发电机产生的扭矩来控制流体的流量或压力。3.专利文献1：日本公开专利公报特开2014－214710号公报技术实现要素：4.－发明要解决的技术问题－5.能够考虑在包括指令部、开度控制部以及电动阀的流路控制系统中，引入如专利文献1那样的水力发电系统，其中，该指令部输出流体的流量或压力的指令值，该开度控制部根据由所述指令部输出的指令值，计算开度目标值，该电动阀设在供流体流动的流路中，且根据所述开度目标值进行开闭。即，能够考虑将水力发电系统的水轮机通过与所述电动阀串联或并联的方式布置在所述流路中。此处，为了将所述指令值反映到水轮机的流量控制中，能够考虑通过电气布线从指令部向发电机控制部发送指令值的方案。然而，要实施上述方案，就需要通过电气布线将指令部与发电机控制部连接，因此电气布线的施工费会增加。在将指令部布置在地上且将电机控制部布置在地下的情况下、以及将发电机控制部布置在离指令部较远的位置上的情况下，上述问题尤为显著。6.本公开的目的在于：削减电气布线的施工费。7.－用以解决技术问题的技术方案－8.第一方面是一种水力发电系统，设在包括指令部9、开度控制部10以及电动阀7的流路控制系统1中，所述指令部9输出流体的流量或压力的指令值，所述开度控制部10根据由所述指令部9输出的指令值，计算开度目标值，所述电动阀7设在供流体流动的流路2中，且根据所述开度目标值进行开闭，其特征在于：所述水力发电系统包括水轮机15、发电机16以及发电机控制部17，所述水轮机15以与所述电动阀7串联或并联的方式布置在所述流路2中，所述发电机16由所述水轮机15驱动，所述发电机控制部17参照表示根据所述电动阀7的状态和所述发电机16的状态中的至少一者确定的所述电动阀7的开度或所述开度目标值的开度信息，控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者。9.在第一方面中，因为发电机控制部17参照反映指令值的开度信息，控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所以即使不向发电机控制部17直接发送指令值，也能够进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，通过采用没有将指令部9与发电机控制部17用电气布线连接的构成，能够削减电气布线的施工费。10.第二方面是，在第一方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量或压力的传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述传感器8的测量值，以该传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：通过所述开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上且在小于100％的第二阈值以下。11.在第二方面中，因为控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便通过所述开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量减小的余地消失的情况。12.此外，因为控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便通过所述开度信息表示的开度在小于100％的第二阈值以下，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量增大的余地消失的情况。13.第三方面是，在第二方面的基础上，所述传感器8测量在所述流路2中流动的流体的流量，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，使所述水轮机15的流量减小，而在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，使所述水轮机15的流量增大。14.在第三方面中，因为在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的流量减小，所以传感器8的测量值减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度增大。15.而因为在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的流量增大，所以传感器8的测量值增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，通过开度信息表示的开度减小。16.第四方面是，在第二方面的基础上，所述传感器8测量在所述流路2中流动的流体的流量，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，使所述水轮机15的有效落差增大，而在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，使所述水轮机15的有效落差减小。17.在第四方面中，因为在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的有效落差增大，所以水轮机15的流量减小，传感器8的测量值减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度增大。18.而因为在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的有效落差减小，所以水轮机15的流量增大，传感器8的测量值增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，通过开度信息表示的开度减小。19.第五方面是，在第一到第四方面中任一方面的基础上，由所述开度信息表示的开度是所述电动阀7的实际的开度的测量值。20.在第五方面中，在电动阀7的实际的开度与开度目标值不同的情况下，也能够进行基于电动阀7的实际开度的发电机16的控制。21.与根据发电机16的状态计算开度信息的情况相比，因为发电机控制部17可以不进行基于发电机16的状态的开度信息的计算处理，所以能够以廉价的运算装置实现发电机控制部17的功能。22.第六方面是，在第一到第四方面中任一方面的基础上，由所述开度信息表示的开度是根据所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者推定出的。23.在第六方面中，因为能够不根据电动阀7的状态而获取开度信息，所以可以不设置从电动阀7向发电机16发送表示电动阀7的状态的信息的电气布线。因此，能够削减电气布线的成本。24.第七方面是，在第六方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量的流量传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述水轮机15与所述电动阀7并联布置，根据所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者以及所述流量传感器8的测量值，推定由所述开度信息表示的开度。25.在第七方面中，在将电动阀7和水轮机15互相并联连接的情况下，也能够不根据电动阀7的状态而获取开度信息。26.第八方面是，在第一到第七方面中任一方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量的流量传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述流量传感器8的测量值，以该流量传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，由所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流量变化的速度比由所述电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢。27.在第八方面中，能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。28.在第九方面中，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的压力的压力传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述压力传感器8的测量值，以所述压力传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，由所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流体的压力变化的速度比由所述电动阀7的开闭引起的流体的压力变化的速度慢。29.在第九方面中，能够抑制由指令部9进行的压力控制不稳定的情况。30.在第十方面中，在流路控制系统中，参照表示电动阀7的开度或开度目标值的开度信息，控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所述流路控制系统包括指令部9、开度控制部10、所述电动阀7、水轮机15以及所述发电机16，所述指令部9输出流体的流量或压力的指令值，所述开度控制部10根据由所述指令部9输出的指令值，计算所述开度目标值，所述电动阀7设在供流体流动的流路2中，且根据所述开度目标值进行开闭，所述水轮机15以与所述电动阀7串联或并联的方式布置在所述流路2中，所述发电机16由所述水轮机15驱动。31.在第十方面中，因为参照反映指令值的开度信息，来控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所以即使不向发电机16的控制部直接发送指令值，也可进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，通过采用没有将指令部9与发电机16的控制部用电气布线连接的构成，能够削减电气布线的施工费。附图说明32.图1示出包括第一实施方式的水力发电系统的流路控制系统的整体简略构成；33.图2是示出第一实施方式的水力发电系统的构成的框图；34.图3是表示水力发电系统的特性图的曲线图；35.图4是第一实施方式的变形例2的相当于图2的图；36.图5是示出水力发电系统中的流量与压力的关系的曲线图；37.图6是第二实施方式的相当于图2的图；38.图7是第三实施方式的相当于图2的图；39.图8是示出五种电动阀的流量和开度的关系的曲线图；40.图9是示出具有线性特性的电动阀的流量和开度的关系的曲线图；41.图10是示出具有等百分比特性的电动阀的流量和开度的关系的曲线图；42.图11是第四实施方式的相当于图2的图。具体实施方式43.下面，根据附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，下面要说明的实施方式和变形例是本质上的优选示例，并没有对本发明、其应用对象或其用途范围进行限制的意图。44.(第一实施方式)45.图1示出流路控制系统1。该流路控制系统1应用于上水道。流路控制系统1具有流路2，流路2构成配水槽3与住宅等供水对象4和配水池5之间的管道。流路2是具有落差且供水流动的水路。流路2的一部分通过地下的管道室6内部。46.〈流路控制系统〉47.流路控制系统1包括电动阀7、传感器8、指令部9、开度控制部10以及本公开的第一实施方式所涉及的水力发电系统11。电动阀7和传感器8以收纳在管道室6内的状态，从下游侧起依次串联布置在流路2中收纳在管道室6内的部分。48.电动阀7根据后述的开度目标值进行开闭。电动阀7将表示其实际开度的测量值的模拟信号作为开度信息输出。由设在电动阀7上的开度传感器(未图示)测量模拟信号，模拟信号表示0～100％中的任一值。49.传感器8测量在流路2中流动的流体的流量。传感器8的测量值通过第一电气布线12被送往指令部9。50.指令部9收纳在地上的中央操作室13内。指令部9根据传感器8的测量值，计算流体的流量的指令值，以使传感器8的测量值达到期望值。指令部9向开度控制部10输出计算出的指令值。51.开度控制部10根据由指令部9计算出的指令值，计算开度目标值。开度目标值通过第二电气布线14被送往地下的管道室6内的电动阀7。52.〈水力发电系统〉53.亦如图2所示，水力发电系统11包括水轮机15、由水轮机15驱动的发电机16、作为发电机控制部的发电机控制器17以及并网逆变器(gridconnectedinverter)18。水力发电系统11将所产生的电力供往电力系统19。电力系统19是所谓的商用电力系统。54.－水轮机－55.水轮机15收纳在管道室6内且与所述传感器8和电动阀7串联，水轮机15布置在所述流路2中收纳在管道室6内的部分。水轮机15布置在电动阀7的下游侧。水轮机15是采用离心泵的泵反转水轮机。56.－发电机－57.发电机16收纳在管道室6内，且通过旋转轴20与水轮机15相连结。若水轮机15旋转，则由水轮机15驱动发电机16。这样一来，发电机16就会进行再生运转。旋转运转中的发电机16产生电力。58.此外，发电机控制器17收纳在管道室6内，且构成为可向发电机16供给电力系统19的电力。若电力系统19的电力通过发电机控制器17供给至发电机16，则发电机16进行牵引运转。牵引运转中的发电机16作为驱动水轮机15旋转的马达发挥作用。59.－发电机控制器－60.发电机控制器17具有ac/dc转换器21、发电电力控制部22、电动阀开度判断部23、发电机驱动控制部24以及存储装置25。发电机控制器17参照目标发电电力和由电动阀7输出的开度信息，控制发电机16的扭矩。从未图示的控制装置输入目标发电电力，或预先将目标发电电力设为固定值。61.ac/dc转换器21包括多个开关元件，其将由发电机16产生的电力(交流电)断开、闭合而转换为直流电。ac/dc转换器21的输出被平滑电容器平滑化，并输出到并网逆变器18。62.发电电力控制部22根据目标发电电力，将使发电机16的发电电力达到该目标发电电力的扭矩作为校正前扭矩进行计算。在存储装置25中，存储水轮机15的最高效率曲线上的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系作为映射。发电电力控制部22根据存储在存储装置25中的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系、和目标发电电力，计算校正前扭矩。63.在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量减小且使水轮机15的有效落差增大的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，校正校正前扭矩，以使校正后扭矩小于当前的扭矩。另一方面，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量增大且使水轮机15的有效落差减小的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，校正校正前扭矩，以使校正后扭矩大于当前的扭矩。此外，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度在第一阈值以上且第二阈值以下的情况下，将由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩直接作为校正后扭矩输出。将第一阈值设为超过0％的值，将第二阈值设为小于100％的值。64.发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。65.在每个规定的周期，进行如上所述的由电动阀开度判断部23进行的校正后扭矩的计算动作。使由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比规定的设定速度慢的方式，设定所述周期。将由电动阀7的开闭引起的流量变化的最低速度以下的速度作为规定的设定速度而预先存储在存储装置25等中。66.〈水力发电系统和流路的特性〉67.图3是示出水轮机15的特性的曲线图(称为特性图m)。图3的纵轴表示水轮机15的有效落差h，横轴表示在水轮机15中流动的水的流量q。有效落差h是从自配水槽3的液面到流路2的流出端为止的落差减去与配水槽3的水经过管道到达流路2的流出端为止的过程的管道阻力相应的落差而得到的。68.能够用图3所示的系统损耗曲线(流动阻力特性线)s表示水轮机15的有效落差h和流量q的关系。系统损耗曲线s具有有效落差h随着流量q的增大而减小的特性。与水轮机15的流量q和有效落差h对应的点(水轮机工作点)始终在系统损耗曲线s上移动。69.在图3的特性图m中，示出发电机16的扭矩t、发电机16的转速(旋转速度)n、发电机16的发电电力p作为与水轮机15中的流量q和有效落差h相关的特性。70.在特性图m中，在发电机16的扭矩t为0的曲线(飞逸转速曲线(t＝0))与发电机16的转速n为0或达到规定的最低转速的曲线(称为动作极限曲线)之间，形成有水轮机15可因水流而旋转的区域(称为水轮机区域或可运转区域)。在图3中，飞逸转速曲线的左侧的区域是水轮机制动区域(牵引区域)。71.在水轮机区域，多个等扭矩曲线沿飞逸转速曲线分布，特性图m上，随着流量q的增大，扭矩值t也增大。此外，多个等转速曲线沿动作极限曲线分布，有效落差h越大，则转速n也越高。在系统损耗曲线s上，扭矩值t随着流量q的减小而减小。此外，在系统损耗曲线s上，转速n随着流量q的增大而减小。虚线所示的等发电电力曲线是向下突出的曲线，随着有效落差h和流量q的增大，发电电力p也增大。72.如上所述的特性图m的各参数的关系以表(table)、程序内的数学式(函数)的形式存储在存储装置25中。因此，发电机控制器40可利用由特性图m表示的各参数的关系，进行各种运算和控制。73.－运转动作－74.下面说明流路控制系统1的运转动作。75.〈基本动作〉76.配水槽3的水在流路2中流动。流路2的水通过电动阀7后，在水轮机15中流动。若水轮机15利用水流而旋转，则从发电机16产生电力。在该状态下，发电机16进行再生运转。77.在发电机16产生的交流电在ac/dc转换器21中被转换为直流电。在ac/dc转换器21中转换得到的直流电在并网逆变器18中被转换为交流电，并供往电力系统19。78.〈发电机控制〉79.下面说明水力发电系统11的发电机控制。80.首先，发电电力控制部22根据存储在存储装置25中的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系、和目标发电电力，将使发电机16的发电电力达到该目标发电电力的扭矩作为校正前扭矩进行计算。然后，电动阀开度判断部23判断通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度是小于第一阈值的值、超过第二阈值的值、在第一阈值以上且第二阈值以下的值中的哪一个。然后，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量减小且使水轮机15的有效落差增大的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，以使水轮机工作点在系统损耗曲线s上沿图3中箭头x1所示的方向移动的方式校正扭矩，校正后扭矩小于当前的扭矩。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。这样一来，水轮机15的流量减小，传感器8的测量值减小。此外，水轮机15的有效落差增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度也增大。像这样，因为控制发电机16的扭矩，以便通过开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量减小的余地消失的情况。需要说明的是，因为发电机16可进行牵引运转，所以发电机控制器17可进行使水轮机15的流量减小到0的控制。81.另一方面，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量增大且使水轮机15的有效落差减小的方式校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，以使水轮机工作点在系统损耗曲线s上沿图3中箭头x2所示的方向移动的方式校正扭矩，校正后扭矩大于当前的扭矩。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。这样一来，水轮机15的流量增大，传感器8的测量值增大。此外，水轮机15的有效落差减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，开度信息所表示的开度也减小。像这样，因为控制发电机16的扭矩，以便通过开度信息表示的开度在小于100％的第二阈值以下，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量增大的余地消失的情况。82.此外，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度在第一阈值以上且第二阈值以下的情况下，将由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩直接作为校正后扭矩输出。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。83.因为由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢，所以能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。84.－第一实施方式的效果－85.因为发电机控制器17根据电动阀7的实际开度的测量值，即根据基于电动阀7的状态确定的电动阀7的开度，来控制发电机16的扭矩，所以即使不向发电机控制器17直接发送指令值，也可进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，不需要将指令部9与发电机控制器17连接的电气布线。因此，不需要进行保护将指令部9与发电机控制器17连接的电气布线的保护管的埋设施工和用于将该保护管引入管道室6的管道室6的开孔施工，能够削减电气布线的施工费。86.此外，因为发电机控制器17根据电动阀7的实际开度的测量值，控制发电机16的扭矩，所以即使在电动阀7的实际开度与开度目标值不同的情况下，也能够进行基于电动阀7的实际开度的发电机16的控制。87.此外，与根据发电机16的状态计算开度信息的情况相比，因为发电机控制器17可以不进行基于发电机16的状态计算开度信息的处理，所以能够以廉价的运算装置实现发电机控制器17的功能。88.－第一实施方式的变形例1－89.在本公开的第一实施方式的变形例1中，发电电力控制部22以一定的周期使扭矩发生一定值的变化，通过爬山算法确定使发电电力达到最大的扭矩。作为反馈的发电电力，能够采用发电机16的输出、ac/dc转换器21的输出或并网逆变器18的输出。需要说明的是，也可以使用并网矩阵变换器来代替发电机控制器17和ac/dc转换器21。在上述情况下，能够将并网矩阵变换器的输出作为发电电力进行参照。发电电力控制部22将实施该爬山算法的过程中的扭矩作为校正前扭矩输出。90.－第一实施方式的变形例2－91.图4示出包括本公开的第一实施方式的变形例2所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在该变形例2中，在水轮机15的下游侧设有压力传感器26。此外，在发电机控制器17中，设有二次压力控制部27来代替发电电力控制部22。92.二次压力控制部27根据压力传感器26的测量值，以压力传感器26的测量值超过规定的设定下限值的方式计算校正前扭矩。将设定下限值设为水轮机15的下游侧的配水池5在最高水位时的压力传感器26设置位置处的压力。93.用于电动阀开度判断部23的判断的第一阈值和第二阈值被设在可由电动阀7进行流量控制的范围内，例如，第一阈值被设为10％，第二阈值被设为90％。94.图5中，δp1表示由电动阀7引起的压力降低的量，δp2表示由水轮机15引起的压力降低的量。95.根据本变形例2，因为以水轮机15的下游侧的压力(二次压力)超过规定的设定下限值的方式进行控制，所以能够防止水从压力传感器26的下游侧逆流。因此，能够削减为了防止逆流而设的止回阀的数量。96.(第二实施方式)97.图6示出包括本公开的第二实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第二实施方式中，在流路2中，水轮机15与电动阀7并联连接。98.因为其他构成与第一实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。99.(第三实施方式)100.图7示出包括本公开的第三实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第三实施方式中，发电机控制器17除了具有ac/dc转换器21、发电电力控制部22、电动阀开度判断部23以及发电机驱动控制部24之外，还具有流量推定部28和电动阀开度推定部29。101.此外，图8是示出五种电动阀7的流量和开度的关系的曲线图。将由如上所述的曲线图表示的电动阀7的流量和开度的关系存储在存储装置25中。102.流量推定部28根据发电机16当前的扭矩和转速，将水轮机15当前的流量推定为电动阀7的流量。上述的推定是根据特性图m的各参数的关系进行的。因为电动阀7和水轮机15不通过分支处而是串联连接，所以水轮机15的流量与电动阀7的流量大致相等。需要说明的是，在扭矩和转速中的一者固定的情况下，可以预先存储表示扭矩和转速中的另一者与水轮机15的流量之间的关系的信息，并根据该信息以及扭矩和转速中的一者，将水轮机15的流量推定为电动阀7的流量。103.电动阀开度推定部29根据由流量推定部28推定出的电动阀7的流量、和存储在存储装置25中的电动阀7的流量和开度的关系，推定(确定)电动阀7的开度。然后，将表示推定出的开度的信息作为开度信息输出。104.然后，电动阀开度判断部23根据由电动阀开度推定部29输出的开度信息，输出校正后扭矩。105.因为其他构成与第一实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。106.－第三实施方式的效果－107.因为能够不是根据电动阀7的状态而是根据发电机16的状态获取开度信息，所以可以不设置从电动阀7向发电机16发送表示电动阀7的状态的信息的电气布线。因此，能够削减电气布线的成本。108.－第三实施方式的变形例－109.在第三实施方式的变形例中，如图7中的假想轮廓线所示，在电动阀7的上游侧，设有测量流体的压力的上游侧压力传感器30。在电动阀7的下游侧，也设有测量流体的压力的下游侧压力传感器31。例如，如图9和图10那样的曲线图所示，在存储装置25中，与多种压力损失比率pr对应地存储有电动阀7的流量和开度的关系。110.电动阀开度推定部29根据上游侧压力传感器30的测量值与下游侧压力传感器31的测量值之差，计算电动阀7的压力损失。根据该电动阀7的压力损失和包括电动阀7在内的系统的总压力损失，计算以下的压力损失比率pr。111.pr＝(电动阀7的压力损失)/(包括电动阀7在内的系统的总压力损失)112.包括电动阀7在内的系统的总压力损失由下式表示。113.总压力损失＝电动阀7的压力损失 水轮机15的压力损失 管道的压力损失114.能够使用摩擦损耗系数、管道长度、管道口径、流体的密度和流量，根据达西－魏斯巴赫(darcy-weisbach)公式或海澄威廉(hazen-williams)公式计算管道的压力损失。115.能够根据发电机16的扭矩和转速来推定水轮机15的压力损失(有效落差)。需要说明的是，也可以在水轮机15的上游侧和下游侧设置压力传感器，将两个压力传感器的测量值之差作为压力损失进行计算。116.然后，电动阀开度推定部29基于由流量推定部28推定出的电动阀7的流量和根据压力损失比率pr确定的电动阀7的流量和开度的关系，推定电动阀7的开度。然后，将表示推定出的开度的信息作为开度信息输出。117.因为其他构成与第三实施方式相同，所以省略其详细说明。118.(第四实施方式)119.图11示出包括本公开的第四实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第四实施方式中，在流路2中，水轮机15与电动阀7并联连接。传感器8与电动阀7和水轮机15串联布置。120.流量推定部28根据发电机16的状态和传感器8的测量值，推定电动阀7的流量。具体而言，首先，根据发电机16当前的扭矩和转速，推定水轮机15当前的流量。然后，从由传感器8的测量值表示的流量减去水轮机15当前的流量，将减法运算结果推定为电动阀7的流量。121.因为其他构成与第三实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。122.(其他实施方式)123.上述实施方式还可以采用以下构成。124.在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，发电机控制器17控制发电机16的扭矩，但也可以控制发电机16的转速。具体而言，也可以使发电机控制器17控制发电机16的转速，以便：在通过开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，使水轮机15的流量减小，另一方面，在通过开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，使水轮机15的流量增大。此外，也可以使发电机控制器17控制发电机16的扭矩和转速这二者。125.此外，在第一到第四实施方式和所有变形例中，可以使传感器8测量压力，以此来代替测量流量，指令部9根据该传感器8的测量值，以传感器8的测量值达到期望值的方式计算流体的压力的指令值，开度控制部10根据该压力的指令值，计算开度目标值。在上述情况下，通过控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便由发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流体的压力变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流体的压力变化的速度慢，由此能够抑制由指令部9进行的压力控制不稳定的情况。126.此外，在上述第一、第二实施方式和第一实施方式的变形例1、2中，将开度信息设为模拟信号，但也可以设为表示全开限位开关、全关限位开关、中间限位开关等的状态的数字信号。127.此外，在上述第一、第二实施方式和第一实施方式的变形例1、2中，也可以使表示开度目标值的信息作为开度信息从开度控制部10输入发电机控制器17。128.在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，预先设定了由电动阀开度判断部23进行的校正后扭矩的计算动作的周期，但也可以由电动阀开度判断部23计算周期。129.要计算周期，首先，根据通过开度信息表示的开度(＝x)以及由图8那样的曲线图表示的电动阀7的流量(＝q)和开度的关系，计算dq/dx。然后，根据该dq/dx和预先设定的电动阀7的开闭速度(＝dx/dt)，计算由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度(＝dq/dt)。需要说明的是，电动阀7的开闭速度(＝dx/dt)是例如根据由电动阀7的规格规定的开闭时间进行计算的。然后，以由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比计算出的dq/dt慢的方式，计算校正后扭矩的计算动作的周期。130.需要说明的是，例如，如图9和图10那样的曲线图所示，在电动阀7的压力差变化的情况下，可以将电动阀7的流量和开度的关系与多种压力损失比率pr对应地预先存储在存储装置25中。并且，可以在电动阀7的上游和下游设置压力传感器，根据两个压力传感器的测量值之差，计算压力损失比率pr，根据由开度信息表示的开度(＝x)和由压力损失比率pr确定的电动阀7的流量和开度的关系，计算dq/dx。131.此外，在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，也可以将电动阀7之外的旁通用电动阀与水轮机15并联连接，并根据开度信息控制旁通用电动阀的开闭信号。在上述情况下，通过以由旁通用电动阀的开闭引起的流量变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢的方式控制旁通用电动阀的开闭信号，由此，能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。132.此外，在第三实施方式中，发电机控制器17根据发电机16当前的扭矩和转速推定电动阀7的开度，但也可以根据电动阀7的落差和传感器8的测量值推定电动阀7的开度。能够通过参照预先存储的表示电动阀7的落差、流量和开度的关系的信息来进行上述推定。能够根据上游侧压力传感器30的测量值与下游侧压力传感器31的测量值之差来计算电动阀7的落差。133.此外，在第四实施方式中，发电机控制器17根据发电机16当前的扭矩和转速以及传感器8的测量值推定电动阀7的开度，但也可以根据电动阀7的落差和流量推定电动阀7的开度。电动阀7的流量是可以通过与传感器8独立地设置的用于测量电动阀7的流量的电动阀用传感器而获得的，也可以通过从传感器8的测量值减去水轮机15的流量而获得电动阀7的流量。水轮机15的流量是能够根据发电机16的状态(扭矩和转速)进行推定的。134.此外，在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，向并网逆变器18输出ac/dc转换器21的输出，但也可以向直流总线或二次电池输出ac/dc转换器21的输出。此外，也可以采用矩阵变换器或周波变换器(cycloconverter)来代替ac/dc转换器21和并网逆变器18。135.本公开对水力发电系统及发电机控制方法很有用。136.－符号说明－[0137]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流路控制系统[0138]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流路[0139]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ电动阀[0140]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ传感器(流量传感器、压力传感器)[0141]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ指令部[0142]10ꢀꢀꢀꢀꢀ开度控制部[0143]11ꢀꢀꢀꢀꢀ水力发电系统[0144]15ꢀꢀꢀꢀꢀ水轮机[0145]16ꢀꢀꢀꢀꢀ发电机[0146]17ꢀꢀꢀꢀꢀ发电机控制器(发电机控制部)当前第1页12当前第1页12
背景技术：
：：2.有一种水力发电系统，利用在流路中流动的水等流体进行发电。例如，专利文献1所公开的水力发电系统包括水轮机、与水轮机相连的发电机以及控制使发电机产生的扭矩的发电机控制部。在该水力发电系统中，如果利用流体驱动水轮机旋转，则与水轮机相连的发电机就会被驱动。此外，通过控制使发电机产生的扭矩来控制流体的流量或压力。3.专利文献1：日本公开专利公报特开2014－214710号公报技术实现要素：4.－发明要解决的技术问题－5.能够考虑在包括指令部、开度控制部以及电动阀的流路控制系统中，引入如专利文献1那样的水力发电系统，其中，该指令部输出流体的流量或压力的指令值，该开度控制部根据由所述指令部输出的指令值，计算开度目标值，该电动阀设在供流体流动的流路中，且根据所述开度目标值进行开闭。即，能够考虑将水力发电系统的水轮机通过与所述电动阀串联或并联的方式布置在所述流路中。此处，为了将所述指令值反映到水轮机的流量控制中，能够考虑通过电气布线从指令部向发电机控制部发送指令值的方案。然而，要实施上述方案，就需要通过电气布线将指令部与发电机控制部连接，因此电气布线的施工费会增加。在将指令部布置在地上且将电机控制部布置在地下的情况下、以及将发电机控制部布置在离指令部较远的位置上的情况下，上述问题尤为显著。6.本公开的目的在于：削减电气布线的施工费。7.－用以解决技术问题的技术方案－8.第一方面是一种水力发电系统，设在包括指令部9、开度控制部10以及电动阀7的流路控制系统1中，所述指令部9输出流体的流量或压力的指令值，所述开度控制部10根据由所述指令部9输出的指令值，计算开度目标值，所述电动阀7设在供流体流动的流路2中，且根据所述开度目标值进行开闭，其特征在于：所述水力发电系统包括水轮机15、发电机16以及发电机控制部17，所述水轮机15以与所述电动阀7串联或并联的方式布置在所述流路2中，所述发电机16由所述水轮机15驱动，所述发电机控制部17参照表示根据所述电动阀7的状态和所述发电机16的状态中的至少一者确定的所述电动阀7的开度或所述开度目标值的开度信息，控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者。9.在第一方面中，因为发电机控制部17参照反映指令值的开度信息，控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所以即使不向发电机控制部17直接发送指令值，也能够进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，通过采用没有将指令部9与发电机控制部17用电气布线连接的构成，能够削减电气布线的施工费。10.第二方面是，在第一方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量或压力的传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述传感器8的测量值，以该传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：通过所述开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上且在小于100％的第二阈值以下。11.在第二方面中，因为控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便通过所述开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量减小的余地消失的情况。12.此外，因为控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便通过所述开度信息表示的开度在小于100％的第二阈值以下，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量增大的余地消失的情况。13.第三方面是，在第二方面的基础上，所述传感器8测量在所述流路2中流动的流体的流量，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，使所述水轮机15的流量减小，而在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，使所述水轮机15的流量增大。14.在第三方面中，因为在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的流量减小，所以传感器8的测量值减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度增大。15.而因为在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的流量增大，所以传感器8的测量值增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，通过开度信息表示的开度减小。16.第四方面是，在第二方面的基础上，所述传感器8测量在所述流路2中流动的流体的流量，所述发电机控制部17控制所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便：在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，使所述水轮机15的有效落差增大，而在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，使所述水轮机15的有效落差减小。17.在第四方面中，因为在通过所述开度信息表示的开度小于所述第一阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的有效落差增大，所以水轮机15的流量减小，传感器8的测量值减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度增大。18.而因为在通过所述开度信息表示的开度超过所述第二阈值的情况下，发电机控制部17使水轮机15的有效落差减小，所以水轮机15的流量增大，传感器8的测量值增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，通过开度信息表示的开度减小。19.第五方面是，在第一到第四方面中任一方面的基础上，由所述开度信息表示的开度是所述电动阀7的实际的开度的测量值。20.在第五方面中，在电动阀7的实际的开度与开度目标值不同的情况下，也能够进行基于电动阀7的实际开度的发电机16的控制。21.与根据发电机16的状态计算开度信息的情况相比，因为发电机控制部17可以不进行基于发电机16的状态的开度信息的计算处理，所以能够以廉价的运算装置实现发电机控制部17的功能。22.第六方面是，在第一到第四方面中任一方面的基础上，由所述开度信息表示的开度是根据所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者推定出的。23.在第六方面中，因为能够不根据电动阀7的状态而获取开度信息，所以可以不设置从电动阀7向发电机16发送表示电动阀7的状态的信息的电气布线。因此，能够削减电气布线的成本。24.第七方面是，在第六方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量的流量传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述水轮机15与所述电动阀7并联布置，根据所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者以及所述流量传感器8的测量值，推定由所述开度信息表示的开度。25.在第七方面中，在将电动阀7和水轮机15互相并联连接的情况下，也能够不根据电动阀7的状态而获取开度信息。26.第八方面是，在第一到第七方面中任一方面的基础上，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的流量的流量传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述流量传感器8的测量值，以该流量传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，由所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流量变化的速度比由所述电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢。27.在第八方面中，能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。28.在第九方面中，在所述流路2中，测量在所述流路2中流动的流体的压力的压力传感器8以与所述电动阀7和水轮机15串联的方式布置，所述指令部9根据所述压力传感器8的测量值，以所述压力传感器8的测量值达到期望值的方式计算所述指令值，由所述发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流体的压力变化的速度比由所述电动阀7的开闭引起的流体的压力变化的速度慢。29.在第九方面中，能够抑制由指令部9进行的压力控制不稳定的情况。30.在第十方面中，在流路控制系统中，参照表示电动阀7的开度或开度目标值的开度信息，控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所述流路控制系统包括指令部9、开度控制部10、所述电动阀7、水轮机15以及所述发电机16，所述指令部9输出流体的流量或压力的指令值，所述开度控制部10根据由所述指令部9输出的指令值，计算所述开度目标值，所述电动阀7设在供流体流动的流路2中，且根据所述开度目标值进行开闭，所述水轮机15以与所述电动阀7串联或并联的方式布置在所述流路2中，所述发电机16由所述水轮机15驱动。31.在第十方面中，因为参照反映指令值的开度信息，来控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，所以即使不向发电机16的控制部直接发送指令值，也可进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，通过采用没有将指令部9与发电机16的控制部用电气布线连接的构成，能够削减电气布线的施工费。附图说明32.图1示出包括第一实施方式的水力发电系统的流路控制系统的整体简略构成；33.图2是示出第一实施方式的水力发电系统的构成的框图；34.图3是表示水力发电系统的特性图的曲线图；35.图4是第一实施方式的变形例2的相当于图2的图；36.图5是示出水力发电系统中的流量与压力的关系的曲线图；37.图6是第二实施方式的相当于图2的图；38.图7是第三实施方式的相当于图2的图；39.图8是示出五种电动阀的流量和开度的关系的曲线图；40.图9是示出具有线性特性的电动阀的流量和开度的关系的曲线图；41.图10是示出具有等百分比特性的电动阀的流量和开度的关系的曲线图；42.图11是第四实施方式的相当于图2的图。具体实施方式43.下面，根据附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，下面要说明的实施方式和变形例是本质上的优选示例，并没有对本发明、其应用对象或其用途范围进行限制的意图。44.(第一实施方式)45.图1示出流路控制系统1。该流路控制系统1应用于上水道。流路控制系统1具有流路2，流路2构成配水槽3与住宅等供水对象4和配水池5之间的管道。流路2是具有落差且供水流动的水路。流路2的一部分通过地下的管道室6内部。46.〈流路控制系统〉47.流路控制系统1包括电动阀7、传感器8、指令部9、开度控制部10以及本公开的第一实施方式所涉及的水力发电系统11。电动阀7和传感器8以收纳在管道室6内的状态，从下游侧起依次串联布置在流路2中收纳在管道室6内的部分。48.电动阀7根据后述的开度目标值进行开闭。电动阀7将表示其实际开度的测量值的模拟信号作为开度信息输出。由设在电动阀7上的开度传感器(未图示)测量模拟信号，模拟信号表示0～100％中的任一值。49.传感器8测量在流路2中流动的流体的流量。传感器8的测量值通过第一电气布线12被送往指令部9。50.指令部9收纳在地上的中央操作室13内。指令部9根据传感器8的测量值，计算流体的流量的指令值，以使传感器8的测量值达到期望值。指令部9向开度控制部10输出计算出的指令值。51.开度控制部10根据由指令部9计算出的指令值，计算开度目标值。开度目标值通过第二电气布线14被送往地下的管道室6内的电动阀7。52.〈水力发电系统〉53.亦如图2所示，水力发电系统11包括水轮机15、由水轮机15驱动的发电机16、作为发电机控制部的发电机控制器17以及并网逆变器(gridconnectedinverter)18。水力发电系统11将所产生的电力供往电力系统19。电力系统19是所谓的商用电力系统。54.－水轮机－55.水轮机15收纳在管道室6内且与所述传感器8和电动阀7串联，水轮机15布置在所述流路2中收纳在管道室6内的部分。水轮机15布置在电动阀7的下游侧。水轮机15是采用离心泵的泵反转水轮机。56.－发电机－57.发电机16收纳在管道室6内，且通过旋转轴20与水轮机15相连结。若水轮机15旋转，则由水轮机15驱动发电机16。这样一来，发电机16就会进行再生运转。旋转运转中的发电机16产生电力。58.此外，发电机控制器17收纳在管道室6内，且构成为可向发电机16供给电力系统19的电力。若电力系统19的电力通过发电机控制器17供给至发电机16，则发电机16进行牵引运转。牵引运转中的发电机16作为驱动水轮机15旋转的马达发挥作用。59.－发电机控制器－60.发电机控制器17具有ac/dc转换器21、发电电力控制部22、电动阀开度判断部23、发电机驱动控制部24以及存储装置25。发电机控制器17参照目标发电电力和由电动阀7输出的开度信息，控制发电机16的扭矩。从未图示的控制装置输入目标发电电力，或预先将目标发电电力设为固定值。61.ac/dc转换器21包括多个开关元件，其将由发电机16产生的电力(交流电)断开、闭合而转换为直流电。ac/dc转换器21的输出被平滑电容器平滑化，并输出到并网逆变器18。62.发电电力控制部22根据目标发电电力，将使发电机16的发电电力达到该目标发电电力的扭矩作为校正前扭矩进行计算。在存储装置25中，存储水轮机15的最高效率曲线上的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系作为映射。发电电力控制部22根据存储在存储装置25中的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系、和目标发电电力，计算校正前扭矩。63.在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量减小且使水轮机15的有效落差增大的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，校正校正前扭矩，以使校正后扭矩小于当前的扭矩。另一方面，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量增大且使水轮机15的有效落差减小的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，校正校正前扭矩，以使校正后扭矩大于当前的扭矩。此外，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度在第一阈值以上且第二阈值以下的情况下，将由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩直接作为校正后扭矩输出。将第一阈值设为超过0％的值，将第二阈值设为小于100％的值。64.发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。65.在每个规定的周期，进行如上所述的由电动阀开度判断部23进行的校正后扭矩的计算动作。使由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比规定的设定速度慢的方式，设定所述周期。将由电动阀7的开闭引起的流量变化的最低速度以下的速度作为规定的设定速度而预先存储在存储装置25等中。66.〈水力发电系统和流路的特性〉67.图3是示出水轮机15的特性的曲线图(称为特性图m)。图3的纵轴表示水轮机15的有效落差h，横轴表示在水轮机15中流动的水的流量q。有效落差h是从自配水槽3的液面到流路2的流出端为止的落差减去与配水槽3的水经过管道到达流路2的流出端为止的过程的管道阻力相应的落差而得到的。68.能够用图3所示的系统损耗曲线(流动阻力特性线)s表示水轮机15的有效落差h和流量q的关系。系统损耗曲线s具有有效落差h随着流量q的增大而减小的特性。与水轮机15的流量q和有效落差h对应的点(水轮机工作点)始终在系统损耗曲线s上移动。69.在图3的特性图m中，示出发电机16的扭矩t、发电机16的转速(旋转速度)n、发电机16的发电电力p作为与水轮机15中的流量q和有效落差h相关的特性。70.在特性图m中，在发电机16的扭矩t为0的曲线(飞逸转速曲线(t＝0))与发电机16的转速n为0或达到规定的最低转速的曲线(称为动作极限曲线)之间，形成有水轮机15可因水流而旋转的区域(称为水轮机区域或可运转区域)。在图3中，飞逸转速曲线的左侧的区域是水轮机制动区域(牵引区域)。71.在水轮机区域，多个等扭矩曲线沿飞逸转速曲线分布，特性图m上，随着流量q的增大，扭矩值t也增大。此外，多个等转速曲线沿动作极限曲线分布，有效落差h越大，则转速n也越高。在系统损耗曲线s上，扭矩值t随着流量q的减小而减小。此外，在系统损耗曲线s上，转速n随着流量q的增大而减小。虚线所示的等发电电力曲线是向下突出的曲线，随着有效落差h和流量q的增大，发电电力p也增大。72.如上所述的特性图m的各参数的关系以表(table)、程序内的数学式(函数)的形式存储在存储装置25中。因此，发电机控制器40可利用由特性图m表示的各参数的关系，进行各种运算和控制。73.－运转动作－74.下面说明流路控制系统1的运转动作。75.〈基本动作〉76.配水槽3的水在流路2中流动。流路2的水通过电动阀7后，在水轮机15中流动。若水轮机15利用水流而旋转，则从发电机16产生电力。在该状态下，发电机16进行再生运转。77.在发电机16产生的交流电在ac/dc转换器21中被转换为直流电。在ac/dc转换器21中转换得到的直流电在并网逆变器18中被转换为交流电，并供往电力系统19。78.〈发电机控制〉79.下面说明水力发电系统11的发电机控制。80.首先，发电电力控制部22根据存储在存储装置25中的发电机16的扭矩、转速及发电电力的关系、和目标发电电力，将使发电机16的发电电力达到该目标发电电力的扭矩作为校正前扭矩进行计算。然后，电动阀开度判断部23判断通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度是小于第一阈值的值、超过第二阈值的值、在第一阈值以上且第二阈值以下的值中的哪一个。然后，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量减小且使水轮机15的有效落差增大的方式，校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，以使水轮机工作点在系统损耗曲线s上沿图3中箭头x1所示的方向移动的方式校正扭矩，校正后扭矩小于当前的扭矩。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。这样一来，水轮机15的流量减小，传感器8的测量值减小。此外，水轮机15的有效落差增大。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度增大。其结果是，通过开度信息表示的开度也增大。像这样，因为控制发电机16的扭矩，以便通过开度信息表示的开度在超过0％的第一阈值以上，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量减小的余地消失的情况。需要说明的是，因为发电机16可进行牵引运转，所以发电机控制器17可进行使水轮机15的流量减小到0的控制。81.另一方面，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，电动阀开度判断部23以使水轮机15的流量增大且使水轮机15的有效落差减小的方式校正由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩，并作为校正后扭矩输出。具体而言，以使水轮机工作点在系统损耗曲线s上沿图3中箭头x2所示的方向移动的方式校正扭矩，校正后扭矩大于当前的扭矩。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。这样一来，水轮机15的流量增大，传感器8的测量值增大。此外，水轮机15的有效落差减小。相应地，指令部9输出指令值，以使电动阀7的开度减小。其结果是，开度信息所表示的开度也减小。像这样，因为控制发电机16的扭矩，以便通过开度信息表示的开度在小于100％的第二阈值以下，所以能够防止：通过控制电动阀7来使在流路2中流动的流体的流量增大的余地消失的情况。82.此外，在通过由电动阀7输出的开度信息表示的开度在第一阈值以上且第二阈值以下的情况下，将由发电电力控制部22计算出的校正前扭矩直接作为校正后扭矩输出。然后，发电机驱动控制部24根据由电动阀开度判断部23输出的校正后扭矩，计算电压指令值，并根据该电压指令值控制ac/dc转换器21的开关元件。83.因为由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢，所以能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。84.－第一实施方式的效果－85.因为发电机控制器17根据电动阀7的实际开度的测量值，即根据基于电动阀7的状态确定的电动阀7的开度，来控制发电机16的扭矩，所以即使不向发电机控制器17直接发送指令值，也可进行反映了指令值的流路2的流量控制。因此，不需要将指令部9与发电机控制器17连接的电气布线。因此，不需要进行保护将指令部9与发电机控制器17连接的电气布线的保护管的埋设施工和用于将该保护管引入管道室6的管道室6的开孔施工，能够削减电气布线的施工费。86.此外，因为发电机控制器17根据电动阀7的实际开度的测量值，控制发电机16的扭矩，所以即使在电动阀7的实际开度与开度目标值不同的情况下，也能够进行基于电动阀7的实际开度的发电机16的控制。87.此外，与根据发电机16的状态计算开度信息的情况相比，因为发电机控制器17可以不进行基于发电机16的状态计算开度信息的处理，所以能够以廉价的运算装置实现发电机控制器17的功能。88.－第一实施方式的变形例1－89.在本公开的第一实施方式的变形例1中，发电电力控制部22以一定的周期使扭矩发生一定值的变化，通过爬山算法确定使发电电力达到最大的扭矩。作为反馈的发电电力，能够采用发电机16的输出、ac/dc转换器21的输出或并网逆变器18的输出。需要说明的是，也可以使用并网矩阵变换器来代替发电机控制器17和ac/dc转换器21。在上述情况下，能够将并网矩阵变换器的输出作为发电电力进行参照。发电电力控制部22将实施该爬山算法的过程中的扭矩作为校正前扭矩输出。90.－第一实施方式的变形例2－91.图4示出包括本公开的第一实施方式的变形例2所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在该变形例2中，在水轮机15的下游侧设有压力传感器26。此外，在发电机控制器17中，设有二次压力控制部27来代替发电电力控制部22。92.二次压力控制部27根据压力传感器26的测量值，以压力传感器26的测量值超过规定的设定下限值的方式计算校正前扭矩。将设定下限值设为水轮机15的下游侧的配水池5在最高水位时的压力传感器26设置位置处的压力。93.用于电动阀开度判断部23的判断的第一阈值和第二阈值被设在可由电动阀7进行流量控制的范围内，例如，第一阈值被设为10％，第二阈值被设为90％。94.图5中，δp1表示由电动阀7引起的压力降低的量，δp2表示由水轮机15引起的压力降低的量。95.根据本变形例2，因为以水轮机15的下游侧的压力(二次压力)超过规定的设定下限值的方式进行控制，所以能够防止水从压力传感器26的下游侧逆流。因此，能够削减为了防止逆流而设的止回阀的数量。96.(第二实施方式)97.图6示出包括本公开的第二实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第二实施方式中，在流路2中，水轮机15与电动阀7并联连接。98.因为其他构成与第一实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。99.(第三实施方式)100.图7示出包括本公开的第三实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第三实施方式中，发电机控制器17除了具有ac/dc转换器21、发电电力控制部22、电动阀开度判断部23以及发电机驱动控制部24之外，还具有流量推定部28和电动阀开度推定部29。101.此外，图8是示出五种电动阀7的流量和开度的关系的曲线图。将由如上所述的曲线图表示的电动阀7的流量和开度的关系存储在存储装置25中。102.流量推定部28根据发电机16当前的扭矩和转速，将水轮机15当前的流量推定为电动阀7的流量。上述的推定是根据特性图m的各参数的关系进行的。因为电动阀7和水轮机15不通过分支处而是串联连接，所以水轮机15的流量与电动阀7的流量大致相等。需要说明的是，在扭矩和转速中的一者固定的情况下，可以预先存储表示扭矩和转速中的另一者与水轮机15的流量之间的关系的信息，并根据该信息以及扭矩和转速中的一者，将水轮机15的流量推定为电动阀7的流量。103.电动阀开度推定部29根据由流量推定部28推定出的电动阀7的流量、和存储在存储装置25中的电动阀7的流量和开度的关系，推定(确定)电动阀7的开度。然后，将表示推定出的开度的信息作为开度信息输出。104.然后，电动阀开度判断部23根据由电动阀开度推定部29输出的开度信息，输出校正后扭矩。105.因为其他构成与第一实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。106.－第三实施方式的效果－107.因为能够不是根据电动阀7的状态而是根据发电机16的状态获取开度信息，所以可以不设置从电动阀7向发电机16发送表示电动阀7的状态的信息的电气布线。因此，能够削减电气布线的成本。108.－第三实施方式的变形例－109.在第三实施方式的变形例中，如图7中的假想轮廓线所示，在电动阀7的上游侧，设有测量流体的压力的上游侧压力传感器30。在电动阀7的下游侧，也设有测量流体的压力的下游侧压力传感器31。例如，如图9和图10那样的曲线图所示，在存储装置25中，与多种压力损失比率pr对应地存储有电动阀7的流量和开度的关系。110.电动阀开度推定部29根据上游侧压力传感器30的测量值与下游侧压力传感器31的测量值之差，计算电动阀7的压力损失。根据该电动阀7的压力损失和包括电动阀7在内的系统的总压力损失，计算以下的压力损失比率pr。111.pr＝(电动阀7的压力损失)/(包括电动阀7在内的系统的总压力损失)112.包括电动阀7在内的系统的总压力损失由下式表示。113.总压力损失＝电动阀7的压力损失 水轮机15的压力损失 管道的压力损失114.能够使用摩擦损耗系数、管道长度、管道口径、流体的密度和流量，根据达西－魏斯巴赫(darcy-weisbach)公式或海澄威廉(hazen-williams)公式计算管道的压力损失。115.能够根据发电机16的扭矩和转速来推定水轮机15的压力损失(有效落差)。需要说明的是，也可以在水轮机15的上游侧和下游侧设置压力传感器，将两个压力传感器的测量值之差作为压力损失进行计算。116.然后，电动阀开度推定部29基于由流量推定部28推定出的电动阀7的流量和根据压力损失比率pr确定的电动阀7的流量和开度的关系，推定电动阀7的开度。然后，将表示推定出的开度的信息作为开度信息输出。117.因为其他构成与第三实施方式相同，所以省略其详细说明。118.(第四实施方式)119.图11示出包括本公开的第四实施方式所涉及的水力发电系统11的流路控制系统1。在本第四实施方式中，在流路2中，水轮机15与电动阀7并联连接。传感器8与电动阀7和水轮机15串联布置。120.流量推定部28根据发电机16的状态和传感器8的测量值，推定电动阀7的流量。具体而言，首先，根据发电机16当前的扭矩和转速，推定水轮机15当前的流量。然后，从由传感器8的测量值表示的流量减去水轮机15当前的流量，将减法运算结果推定为电动阀7的流量。121.因为其他构成与第三实施方式相同，所以用相同的符号表示相同的构成，并省略其详细说明。122.(其他实施方式)123.上述实施方式还可以采用以下构成。124.在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，发电机控制器17控制发电机16的扭矩，但也可以控制发电机16的转速。具体而言，也可以使发电机控制器17控制发电机16的转速，以便：在通过开度信息表示的开度小于第一阈值的情况下，使水轮机15的流量减小，另一方面，在通过开度信息表示的开度超过第二阈值的情况下，使水轮机15的流量增大。此外，也可以使发电机控制器17控制发电机16的扭矩和转速这二者。125.此外，在第一到第四实施方式和所有变形例中，可以使传感器8测量压力，以此来代替测量流量，指令部9根据该传感器8的测量值，以传感器8的测量值达到期望值的方式计算流体的压力的指令值，开度控制部10根据该压力的指令值，计算开度目标值。在上述情况下，通过控制发电机16的扭矩和转速中的至少一者，以便由发电机16的扭矩和转速中的至少一者的变化引起的流体的压力变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流体的压力变化的速度慢，由此能够抑制由指令部9进行的压力控制不稳定的情况。126.此外，在上述第一、第二实施方式和第一实施方式的变形例1、2中，将开度信息设为模拟信号，但也可以设为表示全开限位开关、全关限位开关、中间限位开关等的状态的数字信号。127.此外，在上述第一、第二实施方式和第一实施方式的变形例1、2中，也可以使表示开度目标值的信息作为开度信息从开度控制部10输入发电机控制器17。128.在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，预先设定了由电动阀开度判断部23进行的校正后扭矩的计算动作的周期，但也可以由电动阀开度判断部23计算周期。129.要计算周期，首先，根据通过开度信息表示的开度(＝x)以及由图8那样的曲线图表示的电动阀7的流量(＝q)和开度的关系，计算dq/dx。然后，根据该dq/dx和预先设定的电动阀7的开闭速度(＝dx/dt)，计算由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度(＝dq/dt)。需要说明的是，电动阀7的开闭速度(＝dx/dt)是例如根据由电动阀7的规格规定的开闭时间进行计算的。然后，以由发电机16的扭矩的变化引起的流量变化的速度比计算出的dq/dt慢的方式，计算校正后扭矩的计算动作的周期。130.需要说明的是，例如，如图9和图10那样的曲线图所示，在电动阀7的压力差变化的情况下，可以将电动阀7的流量和开度的关系与多种压力损失比率pr对应地预先存储在存储装置25中。并且，可以在电动阀7的上游和下游设置压力传感器，根据两个压力传感器的测量值之差，计算压力损失比率pr，根据由开度信息表示的开度(＝x)和由压力损失比率pr确定的电动阀7的流量和开度的关系，计算dq/dx。131.此外，在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，也可以将电动阀7之外的旁通用电动阀与水轮机15并联连接，并根据开度信息控制旁通用电动阀的开闭信号。在上述情况下，通过以由旁通用电动阀的开闭引起的流量变化的速度比由电动阀7的开闭引起的流量变化的速度慢的方式控制旁通用电动阀的开闭信号，由此，能够抑制由指令部9进行的流量控制不稳定的情况。132.此外，在第三实施方式中，发电机控制器17根据发电机16当前的扭矩和转速推定电动阀7的开度，但也可以根据电动阀7的落差和传感器8的测量值推定电动阀7的开度。能够通过参照预先存储的表示电动阀7的落差、流量和开度的关系的信息来进行上述推定。能够根据上游侧压力传感器30的测量值与下游侧压力传感器31的测量值之差来计算电动阀7的落差。133.此外，在第四实施方式中，发电机控制器17根据发电机16当前的扭矩和转速以及传感器8的测量值推定电动阀7的开度，但也可以根据电动阀7的落差和流量推定电动阀7的开度。电动阀7的流量是可以通过与传感器8独立地设置的用于测量电动阀7的流量的电动阀用传感器而获得的，也可以通过从传感器8的测量值减去水轮机15的流量而获得电动阀7的流量。水轮机15的流量是能够根据发电机16的状态(扭矩和转速)进行推定的。134.此外，在上述第一到第四实施方式和所有变形例中，向并网逆变器18输出ac/dc转换器21的输出，但也可以向直流总线或二次电池输出ac/dc转换器21的输出。此外，也可以采用矩阵变换器或周波变换器(cycloconverter)来代替ac/dc转换器21和并网逆变器18。135.本公开对水力发电系统及发电机控制方法很有用。136.－符号说明－[0137]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流路控制系统[0138]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流路[0139]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ电动阀[0140]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ传感器(流量传感器、压力传感器)[0141]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ指令部[0142]10ꢀꢀꢀꢀꢀ开度控制部[0143]11ꢀꢀꢀꢀꢀ水力发电系统[0144]15ꢀꢀꢀꢀꢀ水轮机[0145]16ꢀꢀꢀꢀꢀ发电机[0146]17ꢀꢀꢀꢀꢀ发电机控制器(发电机控制部)当前第1页12当前第1页12
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