(57)【要約】【課題】流体が供給される流体機械の回転軸に回転電気機械が接続された流体装置において、管路系のシステムロスカーブ（流動抵抗特性線）を精度良く測定できていない場合にも、流体機械を目標運転点に応答性良く収束させる。【解決手段】回転電気機械の運転状態と流体機械の運転状態との関係及び上記流体機械の目標運転特性線(E)が記録された特性マップが予め記憶される。回転電気機械の運転状態が検出され、この運転状態に対応する流体機械の特性マップ上の運転状態を把握し、この運転状態に基づいて流体機械が特性マップ上の目標運転特性線(E)の運転点で運転されるように回転電気機械の運転を制御する。【選択図】図６
2014217229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が供給される流体機械(T)と、上記流体機械(T)の回転軸(9)に連結された回転電気機械(G)とを備えた流体装置であって、
上記回転電気機械(G)の運転状態を検出する検出手段(28)と、
上記回転電気機械(G)の運転状態と上記流体機械(T)の運転状態との関係及び上記流体機械(T)の目標運転特性線(E)が記録された特性マップ(M)を有し、上記回転電気機械(G)の運転を制御する制御手段(20)とを備え、
上記制御手段(20)は、
上記検出された回転電気機械(G)の運転状態に対応する上記流体機械(T)の運転状態を上記特性マップ(M)に基づいて算出し、この算出した流体機械(T)の運転状態に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の運転点に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の流体装置において、
上記検出手段(28)は、
上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、
前記制御手段(20)は、
上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)に流れる流体の有効落差(H)を算出し、この算出した有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上のトルク値(T)に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【請求項３】
上記請求項１記載の流体装置において、
上記検出手段(28)は、
上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、
上記制御手段(20)は、
上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)への流体の流量(Q)を算出し、この算出した流量(Q)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上のトルク値(T)に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【請求項４】
上記請求項１記載の流体装置において、
上記検出手段(28)は、
上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、
前記制御手段(20)は、
上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T) への流体の流量(Q)を算出し、この算出した流量(Q)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の回転速度値(N)に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【請求項５】
上記請求項１記載の流体装置において、
上記検出手段(28)は、
上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、
前記制御手段(20)は、
上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T) に流れる流体の有効落差(H)を算出し、この算出した有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の回転速度値(N)に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【請求項６】
上記請求項４又は５記載の流体装置において、
上記制御手段(20)は、
上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上に制御する際、上記検出手段(28)がその制御途中の回転数及びトルク値を検出し、この制御途中の回転数及びトルク値に基づいて上記流体機械(T)に流れる流体の流量(Q)又は有効落差(H)を新たに算出し、この新たに算出した流量(Q)又は有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の新たな回転速度値値(N)に制御する
ことを特徴とする流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体装置に関し、特に、水車などの流体機械と、この流体機械の回転軸に連結された回転電気機械とを有し、水などの流体により流体機械を回転駆動して回転電気機械を発電機として発電するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体装置として、特許文献１に示す発電装置がある。この発電装置では、水車などの流体機械を流体で駆動して回転電気機械を発電機として発電させるに際し、該発電機の回転数を逐次変更し、その変更毎の発電電力を測定して、それ等の発電電力が増大するように上記発電機の回転数を制御することにより、発電機の最大発電電力点を探索しながら運転する技術が知られている。
【０００３】
また、同従来技術では、水車の駆動力（具体的には水車への流量及び落差）と最大発電電力点となる発電機の回転数（指令周波数）との関係を予めテーブルや関数として記憶しておき、発電装置の運転開始時に、無拘束運転時（発電開始前）での回転数により水車の駆動力を予測し、その予測した駆動力において最大発電電力点となる発電機の回転数を上記テーブルや数式により決定し、この決定した回転数で運転することにより、発電機を早期に最大発電電力点に制御する技術を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７６４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、水車などの流体機械に流体を供給する管路では、その配管系に応じた流体流れに対する抵抗（配管ロス）が存在し、管路に流れる流量が増大するほど管路の有効落差は小さくなる。従って、上記発電装置が接続される管路には、その抵抗に応じた管路固有の流動抵抗特性線（システムロスカーブ）があり、水車はこの流動抵抗特性線上を運転点として動作する。
【０００６】
しかしながら、上記従来の発電装置では、最大発電電力となる発電機の運転点が上記流動抵抗特性線上になく、ズレが生じている場合には、この運転点から実際の最大発電電力点を探索して発電機の運転（回転数）を逐次制御する必要が生じ、実際の目標運転点に収束するまでに時間を要する欠点がある。
【０００７】
本発明は、上記欠点に鑑み、その目的は、流体機械を回転駆動して回転電気機械を発電機として発電する流体装置において、実際の最大発電電力点などの目標運転点に応答性良く回転電気機械の運転を制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、水車等の流体機械の運転点は管路の流動抵抗特性線（システムロスカーブ）上を移動する点から、流体機械の運転状態（有効落差や流量）を把握し、この流体機械の運転状態が予め定めた目標運転特性線上の運転点に近づくように発電機（回転電気機械）を制御する。
【０００９】
すなわち、第１の発明の流体装置は、流体が供給される流体機械(T)と、上記流体機械(T)の回転軸(9)に連結された回転電気機械(G)とを備えた流体装置であって、上記回転電気機械(G)の運転状態を検出する検出手段(28)と、上記回転電気機械(G)の運転状態と上記流体機械(T)の運転状態との関係及び上記流体機械(T)の目標運転特性線(E)が記録された特性マップ(M)を有し、上記回転電気機械(G)の運転を制御する制御手段(20)とを備え、上記制御手段(20)は、上記検出された回転電気機械(G)の運転状態に対応する上記流体機械(T)の運転状態を上記特性マップ(M)に基づいて算出し、この算出した流体機械(T)の運転状態に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の運転点に制御することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、上記流体装置において、上記検出手段(28)は、上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、前記制御手段(20)は、上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)に流れる流体の有効落差(H)を算出し、この算出した有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上のトルク値(T)に制御することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記流体装置において、上記検出手段(28)は、上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、上記制御手段(20)は、上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)への流体の流量(Q)を算出し、この算出した流量(Q)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上のトルク値(T)に制御することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、上記流体装置において、上記検出手段(28)は、上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、前記制御手段(20)は、上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)への流体の流量(Q)を算出し、この算出した流量(Q)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の回転速度値(N)に制御することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、上記流体装置において、上記検出手段(28)は、上記回転電気機械(G)の回転速度及びトルクを検出し、前記制御手段(20)は、上記検出された回転電気機械(G)の回転速度及びトルクに基づいて上記流体機械(T)に流れる流体の有効落差(H)を算出し、この算出した有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の回転速度値(N)に制御することを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、上記流体装置において、上記制御手段(20)は、上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上に制御する際、上記検出手段(28)がその制御途中の回転速度及びトルク値を検出し、この制御途中の回転速度及びトルク値に基づいて上記流体機械(T)に流れる流量(Q)又は有効落差(H)を新たに算出し、この新たに算出した流量(Q) 又は有効落差(H)に基づいて上記回転電気機械(G)を上記特性マップ(M)の目標運転特性線(E)上の新たな回転速度値(N)に制御することを特徴とする。
【００１５】
従って、上記第１〜第６の発明の流体装置では、回転電気機械の運転状態（例えば回転速度やトルク）が検出され、その運転状態に対応する流体機械の運転状態（例えば供給される流体の有効落差や流量）が特性マップから算出されて、この流体機械の運転状態が上記特性マップの目標運転特性線上の運転点に移行するように回転電気機械の運転状態が制御されることが繰り返される。従って、流体機械（水車）の運転点は特性マップの目標運転特性線上の目標運転点に向って収束するので、従来のように最大発電電力点を探索しながら発電機の運転を制御する場合に比して、応答性良く流体機械を目標運転点に制御することが可能である。
【００１６】
特に、上記第６の発明の流体装置では、制御途中の検出値に基づいて回転電気機械を新たな目標運転状態（回転速度値）に制御するので、より応答性良く流体機械を目標運転点に収束させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１〜第６の発明の流体装置によれば、最大発電電力点を探索しながら発電機の運転を制御することなく、応答性良く流体機械を目標運転点に制御することが可能である。
【００１８】
特に、上記第６の発明の流体装置によれば、より応答性良く流体機械を目標運転点に収束させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は第１の実施形態に係る流体装置を含む管路系の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は同流体装置の回転電気機械の制御系及び電源連系を示すブロック図である。
【図３】図３は同流体装置に備える制御装置に予め記憶する特性マップを示す図である。
【図４】図４は同制御装置に備える最適運転制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図５】図５は同制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図６】図６(a)は同制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合において制御当初の流体機械の運転点を示す図、同図(b)は最初の制御後の運転点を示す図、同図(c)は次の制御後の運転点を示す図、同図(d)は最終運転点を示す図である。
【図７】図７は第２の実施形態に係る流体装置に備える制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図８】図８(a)は同制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合において制御当初の流体機械の運転点を示す図、同図(b)は最初の制御後の運転点を示す図、同図(c)は次の制御後の運転点を示す図、同図(d)は最終運転点を示す図である。
【図９】図９は第３の実施形態に係る流体装置に備える制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図１０】図１０(a)は同制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合において制御当初の流体機械の運転点を示す図、同図(b)は最初の制御後の運転点を示す図、同図(c)は次の制御後の運転点を示す図、同図(d)は最終運転点を示す図である。
【図１１】図１１は第４の実施形態に係る流体装置に備える制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図１２】図１２(a)は同制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合において制御当初の流体機械の運転点を示す図、同図(b)は最初の制御後の運転点を示す図、同図(c)は次の制御後の運転点を示す図、同図(d)は最終運転点を示す図である。
【図１３】図１３(a)は第５の実施形態に係る流体装置に備える制御装置が流体機械を目標運転点に制御する場合において制御当初の流体機械の運転点を示す図、同図(b)は最初の制御後の運転点を示す図、同図(c)は次の制御後の運転点を示す図、同図(d)は最終運転点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、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、又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。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の流体装置を含む管路系の全体概略構成を示す。同図において、管路(1)の上流端には水（流体）の貯留槽(2)が配置され、下流端には受水槽(3)が配置される。上記管路(1)の途中には、本流体装置(A)の水車（流体機械）(T)が配置され、この水車(T)の回転軸(9)には回転電気機械(G)が接続されている。また、管路(1)の上記水車(T)の上流側及び下流側には、各々、流量調整弁(5)、(6)が配置される。尚、図１では、これ等の流量調整弁(5)、(6)でもって管路(1)全体の水流に対する管抵抗（配管ロス）をも表現することとする。
【００２２】
上記図１の管路系(1)では、貯留槽(2)の水面から受水槽(3)の水面までの落差が総落差(Ho)であり、貯留槽(2)の水が管路系(1)を経て受水槽(3)に至るまでの管路抵抗に相当する落差を上記総落差(Ho)から減じた落差が水車(T)での有効落差(H)である。
【００２３】
図２は、上記回転電気機械(G)の制御系及び電源連系を示す。同図において、コンバータ部(13)により直流出力に変換された後、平滑コンデンサ(12)により平滑され、系統連系装置(11)に出力される。
【００２４】
更に、(20)は上記コンバータ部(13)を制御する制御装置(制御手段)であって、内部には、予め、図３に示す特性マップ(M)が記憶されている。この特性マップ(M)は、縦軸を水流の有効落差(H)、横軸を水車(T)に供給される流量(Q)としている。この特性マップ(M)において、回転電気機械(G)は、その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数零値(N=0)の等速度曲線との間の領域を水車(T)が水流により回転する水車領域として、この水車領域において、回転電気機械(G)が水車(T)により回転駆動されて発電機として運転されるのを基本とする。上記無拘束速度曲線のマップ左側の領域は、回転電気機械(G)が電動機として水車(T)を回転駆動する力行領域である。
【００２５】
上記水車領域において、複数の等トルク曲線は上記無拘束速度曲線(T=0)に沿い、マップ上、流量(Q)の増大に応じてトルク値も増大する。また、複数の等速度曲線は回転数零値(N=0)の等速度曲線に沿い、有効落差(H)が大きくなるほど回転数も上昇する。更に、破線で示した等発電力曲線は下に凸な二次曲線であって、有効落差(H)及び流量(Q)の増大に応じて発電力も増大する。この複数の等発電力曲線の頂点を結ぶ曲線(E)は、回転電気機械(G)が発電機として最大発電力を得る最大発電力曲線である。このＨ−Ｑマップ上に回転電気機械(G)のトルク(T)、回転速度(N)、発電力(P)を記録した特性マップ(M)は、本流体装置に接続される管路系(1)とは無関係であり、本流体装置固有の特性マップである。
【００２６】
そして、上記特性マップ(M)に、実際の運転で測定した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)は、図１に示した管路系(1)に固有の曲線であって、流量(Q)=０のとき有効落差(H)が総落差(Ho)であり、流量(Q)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の管路系(1)固有の値を持つ。
【００２７】
図２に戻って、上記制御装置(20)の内部には、速度検出器(21)と、最適運転制御装置(22)と、速度制御器(23)と、トルク制御器(24)と、電流制御器(25)と、選択器(26)とが備えられる。最適運転制御装置(22)は、上記速度検出器(21)で検出した回転速度と、トルク制御器(24)からのトルク値とに基づいて、これ等の回転速度及びトルク値に対応する上記特性マップ(M)上の水車(T)の運転点（有効落差(H)及び流量(Q)）を演算し、この水車(T)の運転点から、最大発電力となるシステムロスカーブ(S)上の運転点に移行するように、トルク指令値又は回転速度指令値を演算する。また、最適運転制御装置(22)は、運転状態に応じて速度制御かトルク制御かを選択器(26)で切り替える。
【００２８】
上記速度検出器(21)及びトルク制御器(24)により、回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を検出する検出手段(28)を構成している。
【００２９】
上記制御装置(20)の最適運転制御装置(22)の内部構成を図４に示す。最適運転制御装置(22)は、流量演算部(30)と、有効落差演算部(31)と、最適運転指令演算器(32)とを有する。上記流量演算部(30)は、図２の速度検出器(21)からの回転速度(N)と、トルク制御器(24)からのトルク値(T)とを受けて、図３の特性マップ(M)上のこれ等の回転速度(N)及びトルク値(T)で決まる回転電気機械(G)の運転点での流量(Q)を演算する。また、有効落差演算部(31)は、上記流量演算部(30)の内部演算値と上記速度検出器(21)からの回転速度(N)とを受け、この流量(Q)及び回転速度(N)で決まる特性マップ(M)上の運転点での有効落差(H)を演算する。更に、最適運転指令演算器(32)は、上記流量演算部(30)で演算された流量(Q)と有効落差演算部(31)で演算された有効落差(H)とに基づいて、これ等の流量(Q)と有効落差(H)とで決まる特性マップ(M)上の水車(T)の運転点からシステムロスカーブ(S)上で最大発電力となる運転点に移動するためのトルク指令値又は回転速度指令値を演算することを基本とする。
【００３０】
上記最適運転制御装置(22)において、特性マップ(M)に記録したシステムロスカーブ(S)が管路系(1)固有の実際のシステムロスカーブと誤差がある場合には、特性マップ(M)上のシステムロスカーブ(S)と最大発電力・効率曲線(E)との交点を最終目標運転点として回転電気機械(G)を運転制御しても、回転電気機械(G)の発電力は最大値とならない。そこで、上記制御装置(20)は、最大発電力となる目標運転点に制御すべく、以下の機能を有する。
【００３１】
この制御装置(20)の機能は、具体的には本流体装置の起動時の場合を例示して説明すると次の通りである。すなわち、起動時には、回転電気機械(G)の回転速度(N)又はトルク値(T)を変更しながら、回転電気機械(G)を最大発電力・効率曲線（目標運転特性線）(E)上の運転点に制御することを繰り返す。この制御の詳細を図５に示す。
【００３２】
図５は、起動時に回転電気機械(G)を最大発電力・効率曲線(E)上の運転点に制御するフローチャートを示す。同図では、ステップＳ１において、速度検出器(21)で検出した回転電気機械（発電機）(G)の回転速度(N)及び上記トルク制御器(24)でのトルク値(T)を取得する。
【００３３】
そして、ステップＳ２において、上記取得した回転速度(N)及びトルク値(T)の運転点に対応する上記図３の特性マップ(M)上の有効落差(H)を取得し、ステップＳ３において、この有効落差(H)での特性マップ(M)の最大発電力・効率曲線(E)上の運転点のトルク値(T)を最適トルク指令値として取得し、この最適トルク指令値になるように回転電気機械(G)のトルク値を制御する。
【００３４】
その後は、ステップＳ４において、運転停止か否かを判断し、運転中の場合には上記ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す。
【００３５】
上記図５に基づく制御を、以下、具体的に説明する。図６は、起動時に、当初は回転電気機械(G)を無負荷で運転し、その運転状態が無拘束速度曲線上の運転点（システムロスカーブ(S)との交点）(A)の状態にあり、この状態から最大発電力・効率曲線(E)上の運転点（システムロスカーブ(S)との交点）に移行させる場合を例示して説明する。
【００３６】
同図(a)では、上記運転点(A)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる運転点(A)での水車(T)の有効落差(HA)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HA)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TA)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TA)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TA)での運転点(B1)に移行して運転されることになる。
【００３７】
その後は、同図(b)に示すように、上記と同様に、運転点(B1)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる運転点(B1)での水車(T)の有効落差(HB1)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HB1)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TB1)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TB1)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TB1)での運転点(B2)に移行して運転されることになる。
【００３８】
更に、上記と同様にして、同図(c)に示すように、運転点(B2)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる運転点(B2)での水車(T)の有効落差(HB2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HB2)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TB2)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TB2)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TB2)での運転点(B3)に移行して運転されることになる。
【００３９】
上記の動作の繰り返しにより、水車(T)の運転点は、同図(d)に示したように目標運転点（管路系(1)の特性に合致した適正なシステムロスカーブ(S)と最大発電力・効率曲線(E)との交点を点(Go)として、水車(T)は、この目標運転点(Go)の前後を交互に移動した運転点(B1)、(B2)、(B3)…を取りながら、目標運転点(Go)での有効落差(Ho)に対応するトルク値(To)に制御されて、目標運転点(Go)に収束することになる。
【００４０】
＜本実施形態の効果＞
従って、本実施形態では、図３に示した特性マップ(M)上のシステムロスカーブ(S)に誤差がある場合であっても、そのようなシステムロスカーブに依存することなく、水車(T)の有効落差(H)の情報に基づいて回転電気機械(G)のトルク値(T)を変更して、水車(T)の運転点を無拘束時の運転点(A)から目標運転点(Go)の前後を交互に移動した運転点(B1)、(B2)、(B3)…を取りながら、数回の運転点の変更で目標運転点(Go)に収束させるので、従来のようにＭＰＰＴ制御（最大電力探索制御）を採用して探索的に目標運転点(Go)に収束させる場合に比して、素早く目標運転点(Go)に収束させることが可能である。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００４２】
図７は、本流体装置において、上記制御装置(20)による運転点の制御機能を示すフローチャート図であり、上記第１の実施形態の図５に相当する。
【００４３】
上記第１の実施形態では、水車(T)の有効落差(H)に基づいて回転電気機械(G)のトルク指令値(T)を算出したのに代え、本実施形態では、水車(T)の流量(Q)に基づいて回転電気機械(G)のトルク指令値(T)を算出するものである。
【００４４】
具体的に、図７のフローチャートでは、ステップＳ２において水車(T)の流量(Q)を算出する点のみが上記第１の実施形態の図５と異なる。
【００４５】
具体的に説明すると、図８(a)において、無拘束時の運転点(A)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(A)での水車(T)の流量(QE1)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QE1)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TE1)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TE1)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TE1)での運転点(E1)で運転されることになる。
【００４６】
その後は、同図(b)に示すように、運転点(E1)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる運転点(E1)での水車(T)の流量(QE2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QE2)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TE2)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TE2)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TE2)での運転点(E2)で運転されることになる。
【００４７】
更に、上記と同様にして、同図(c)に示すように、運転点(E2)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(E2)での水車(T)の流量(QE3)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QE3)での最大発電力・効率曲線(E)上のトルク値(TE3)を最適トルク指令値として取得し、このトルク指令値(TE3)になるように回転電気機械(G)のトルクを制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記トルク値(TE3)での運転点(E3)で運転されることになる。
【００４８】
上記の動作の繰り返しにより、水車(T)の運転点は、無拘束時の運転点(A)から最大発電力・効率曲線(E)に向かって運転点(E1)、(E2)、(E3)…と移動しながら、数回のトルク指令値(T)の変更でもって同図(d)に示すように、回転電気機械(G)は次第に適正なシステムロスカーブ(S)上の目標運転点(Go)での流量(Qo)に対応するトルク値(To)に制御されて、最終目標運転点(Go)に収束することになる。
【００４９】
＜本実施形態の効果＞
従って、本実施形態では、上記変形例と同様に、目標運転点(Go)への運転点の移動に際し、回転電気機械(G)のトルク増大量を当初は大きく、その後は次第に小さくして、トルク変化を滑らかにしながら、応答性良く目標運転点(Go)に収束させることができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
【００５１】
図９は、本実施形態の流体装置において、上記制御装置(20)による運転点の制御機能を示すフローチャート図である。
【００５２】
上記第２の実施形態では水車(T)の流量(Q)に基づいて回転電気機械(G)のトルク指令値(T)を算出したのに代え、本実施形態では、水車(T)の流量(Q)に基づいて回転電気機械(G)の回転速度指令値(N)を算出するものである。
【００５３】
具体的に、図９のフローチャートでは、ステップＳ３において回転電気機械(G)の回転速度指令値(N)を算出する点のみが上記第２の実施形態の図７と異なる。
【００５４】
具体的に説明すると、図１０(a)において、無拘束時の運転点(A)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(A)での水車(T)の流量(QF1)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QF1)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転電気機械(G)の回転速度値(NF1)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NF1)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度値(NF1)での運転点(F1)で運転されることになる。
【００５５】
その後は、同図(b)に示すように、運転点(F1)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(F1)での水車(T)の流量(QF2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QF2)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転速度値(NF2)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NF2)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度指令値(NF2)での運転点(F2)で運転されることになる。
【００５６】
更に、上記と同様にして、同図(c)に示すように、運転点(F2)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(F2)での水車(T)の流量(QF3)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QF3)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転速度値(NF3)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NF3)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度指令値(NF3)での運転点(F3)で運転されることになる。
【００５７】
上記の動作の繰り返しにより、水車(T)の運転点は、無拘束時での運転点(A)から目標運転点(Go)の前後を交互に移動した運転点(F1)、(F2)、(F3)…を取りながら、同図(d)に示したように、目標運転点(Go)での流量(Qo)に対応する回転速度(No)に制御されて、目標運転点(Go)に収束することになる。
【００５８】
＜本実施形態の効果＞
従って、本実施形態においても、図３に示した特性マップ(M)上のシステムロスカーブ(S)に誤差がある場合であっても、そのようなシステムロスカーブに依存することなく、水車(T)の流量(Q)の情報に基づいて回転電気機械(G)の回転速度値(N)を変更して、水車(T)の運転点を無拘束時の運転点(A)から目標運転点(Go)の前後を交互に移動した運転点(F1)、(F2)、(F3)…を取りながら、数回の運転点の変更で目標運転点(Go)に収束させるので、従来のようにＭＰＰＴ制御（最大電力探索制御）を採用して逐次的に目標運転点(G)に収束させる場合に比して、素早く目標運転点(G)に収束させることが可能である。
【００５９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
【００６０】
図１１は、本実施形態の流体装置において、上記制御装置(20)による運転点の制御機能を示すフローチャート図である。
【００６１】
上記第３の実施形態では、水車(T)の流量(Q)に基づいて回転電気機械(G)の回転速度指令値(N)を算出したのに代え、本実施形態では、水車(T)の有効落差(H)に基づいて回転電気機械(G)の回転速度指令値(N)を算出するものである。
【００６２】
具体的に、図１１のフローチャートでは、ステップＳ２において水車(T)の有効落差(H)を算出する点のみが上記第３の実施形態の図１０と異なる。
【００６３】
具体的に説明すると、図１２(a)において、無拘束時の運転点(A)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(A)での水車(T)の有効落差(HJ1)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HJ1)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転電気機械(G)の回転速度値(NJ1)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NJ1)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度値(NJ1)での運転点(J1)で運転されることになる。
【００６４】
その後は、同図(b)に示すように、運転点(J1)での回転電気機械(G)の回転速度(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(J1)での水車(T)の有効落差(HJ2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HJ2)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転速度値(NJ2)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NJ2)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度指令値(NJ2)での運転点(J2)で運転されることになる。
【００６５】
更に、上記と同様にして、同図(c)に示すように、運転点(J2)での回転電気機械(G)の(N)及びトルク値(T)を取得し、この両値(N)、(T)で定まる回転電気機械(G)の運転点(J2)での水車(T)の有効落差(HJ3)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この有効落差(HJ3)での最大発電力・効率曲線(E)上の回転速度値(NJ3)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NJ3)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御する。その結果、水車(T)はシステムロスカーブ(S)上の上記回転速度指令値(NJ3)での運転点(J3)で運転されることになる。
【００６６】
上記の動作の繰り返しにより、水車(T)の運転点は、無拘束時の運転点(A)から最大発電力・効率曲線(E)に向かって運転点(J1)、(J2)、(J3)…と移動しながら、数回の回転速度指令値(N)の変更でもって回転電気機械(G)は同図(d)に示すように、次第に適正なシステムロスカーブ(S)上の目標運転点(Go)での有効落差(Ho)に対応する回転速度値(No)に制御されて、最終目標運転点(Go)に収束することになる。
【００６７】
＜本実施形態の効果＞
従って、本実施形態では、目標運転点(Go)への運転点の移動に際し、上記第３の実施形態に比して、その運転点の移動量を当初は大きく、その後は次第に小さくしながら、応答性良く目標運転点(Go)に収束させることができる。
【００６８】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
【００６９】
本実施形態では、上記第３の実施形態と同様に水車(T)の流量(Q)に基づいて回転電気機械(G)の回転速度指令値(N)を算出する点では同様であるが、回転電気機械(G)の実際回転速度値がこの回転速度指令令値(N)に向かう途中の値を参考に新たな回転速度指令令値(N)を算出するものである。
【００７０】
具体的には、図１３(a)に示すように、運転点(A)にて水車(T)の流量(QA)に対応する最大発電力曲線(E)上の回転速度指令値(NA)に回転電気機械(G)の回転速度を制御し始めた場合に、目標運転点は(B1)となり、実際回転速度値はこの回転速度指令値(NA)に向かって低下するが、同図(b)に示すように例えば実際回転速度値が(NC1)になった時点で、この時点の実際回転速度値(NC1)とトルク(T)とで決まる運転点(C1)を算出し、この運転点(C1)での水車(T)の流量(QC1)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QC1)での最大発電力曲線(E)上の回転速度値(NC2)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NC2)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御し、水車(T)を目標運転点(B2)に向かわせる。
【００７１】
その後は、上記と同様に、回転電気機械(G)の回転速度が上記回転速度指令値(NC2)に向かって減少して、例えば実際回転速度値が(NC3)になった時点で、同図(c)に示すように、この時点の実際回転速度値(NC3)とトルク(T)とで決まる回転電気機械(G)の運転点(C2)を算出し、この運転点(C2)での水車(T)の流量(QC2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QC2)での最大発電力曲線(E)上の回転速度値(NC4)を最適回転速度指令値として取得し、この回転速度指令値(NC4)になるように回転電気機械(G)の回転速度を制御し、目標運転点(B3)に向かわせる。
【００７２】
上記の動作の繰り返しにより、水車(T)の運転点は、無拘束時の運転点(A)から最大発電力曲線(E)に向かって運転点(C1)、(C2)、(C3)…と移動しながら、数回の回転速度指令値(N)の変更でもって同図(d)に示すように次第に適正なシステムロスカーブ(S)上の目標運転点(Go)での流量(Qo)に対応する回転速度値(No)に制御されて、最終目標運転点(Go)に収束することになる。
【００７３】
＜本変形例の効果＞
従って、本変形例では、無拘束時の運転点(A)から運転点を目標運転点(Go)に移動するに際し、回転電気機械(G)の回転速度の減少量を当初は大きく、その後は次第に小さくできるので、回転速度の変化を滑らかにしながら応答性良く目標運転点(Go)に収束させることができる。
【００７４】
尚、本実施形態では、各運転点(A,C1,C2)での水車(T)の流量(QA,QC1,QC2)を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、この流量(QA,QC1,QC2)での最大発電力曲線(E)上の回転速度値(NA,NC2,NC4)を最適回転速度指令値として取得したが、各運転点(A,C1,C2)での水車(T)の有効落差を図３の特性マップ(M)から算出して取得した後、これら有効落差での最大発電力曲線(E)上の回転速度値を最適回転速度指令値として取得しても良いのは、勿論である。
【００７５】
(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７６】
上記実施形態では、無拘束時の運転点(A)から回転電気機械(G)の運転の制御を開始したが、本発明はこれに限定されず、任意の運転点から制御を開始しても良いのは勿論である。また、回転電気機械(G)の特性マップ(M)上の運転点の把握は回転速度(N)とトルク値(T)との組合せにより行ったが、その他、回転速度(N)と発電力(P)との組合せや、トルク値(T)と発電力(P)との組合せであっても良い。更に、最大発電力・効率曲線(E)とシステムロスカーブ(S)との交点を目標運転点(Go)としたが、最大発電力・効率曲線(E)に代えて、任意の目標運転特性線とシステムロスカーブ(S)との交点を目標運転点(Go)としても良い。
【００７７】
また、図３に示した特性マップ(M)は、テーブルや数式で表現しても良い。
【００７８】
更に、本流体装置を接続する管路系は、図１に示した管路系(1)に限定されず、例えば水車(T)に並列に流量調整弁を接続した管路系など、種々の管路系を接続可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明は、流体機械を目標運転点に応答性良く制御できるので、水車などの流体機械及びその回転軸に接続された回転電気機械を有する流体装置に適用して、有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１          管路系
２          貯留槽
３          受水槽
Ａ          流体装置
５、６      流量調整弁
９          回転軸
Ｔ          水車（流体機械）
Ｇ          回転電気機械
１０          電源
１１          系統連系装置
１２          平滑コンデンサ
１３          コンバータ部
２０          制御装置（制御手段）
２１          速度検出器
２２          最適運転制御装置
２３          速度制御器
２４          トルク制御器
２５          電流制御器
２７          電流センサ
２８          検出手段
３０          流量演算部
３１          落差演算部
３２          最適運転指令演算部
【図１】
2014217229.tif 000003
【図２】
2014217229.tif 000004
【図３】
2014217229.tif 000005
【図４】
2014217229.tif 000006
【図５】
2014217229.tif 000007
【図６】
2014217229.tif 000008
【図７】
2014217229.tif 000009
【図８】
2014217229.tif 000010
【図９】
2014217229.tif 000011
【図１０】
2014217229.tif 000012
【図１１】
2014217229.tif 000013
【図１２】
2014217229.tif 000014
【図１３】
2014217229.tif 000015