(57)【要約】【課題】水力発電システムにおいて、流体の物理量を所望の値に維持しつつ、電力を制御する【解決手段】電力系統（5）が受け入れ可能な電力又は該電力に相関する情報を含む電力需給情報を取得する電力情報取得部（32）を設ける。流路（1）から流出する流体における物理量に相関する情報を含む流体情報を取得する流体情報取得部（17,18）を設ける。電力需給情報を用いて、電力系統（5）が受け入れ可能な電力以下に、電力系統（5）に供給する電力を制御しつつ、流体情報を用いて、物理量が所望の値となるように前記物理量又は前記流路（1）又は前記発電機（G）の発電電力の少なくともいずれか１つを制御する制御部（20,30）を設ける。【選択図】図３
2018048629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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）の発電電力の制御を行うとともに、該発電機（G）が発電した電力を電力系統（5）に供給する制御部（20,30）と、
前記電力系統（5）が受け入れ可能な電力又は該電力に相関する情報を含む電力需給情報を取得する電力情報取得部（32）と、
前記流路（1）から流出する前記流体における物理量に相関する情報を含む流体情報を取得する流体情報取得部（17,18）と、
を備え、
前記制御部（20,30）は、前記電力需給情報を用いて、前記電力系統（5）が受け入れ可能な電力以下に、前記電力系統（5）に供給する電力を制御しつつ、前記流体情報を用いて、前記物理量が所望の値となるように前記物理量又は前記流路（1）又は前記発電機（G）の発電電力の少なくともいずれか１つを制御することを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記流路（1）には、前記流体機械（W）の迂回路（13）が設けられ、
前記物理量には、前記流路（1）における前記流体の総流量（QT）が含まれ、
前記制御部（20,30）は、前記迂回路（13）における前記流体の流量（Q2）を制御することによって前記総流量（QT）を所定の目標総流量（QT*）に近づけることを特徴とする水力発電システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記制御部（20,30）は、前記発電機（G）に関する検出可能な特性であって、前記流体機械（W）における流量（Q1）と有効落差（H）とに相関する特性に基づいて、前記流体機械（W）における前記流量（Q1）と前記有効落差（H）とを推定するとともに、前記有効落差（H）と前記流路（1）における総流量（QT）との関係を示す流動抵抗特性線（S）と、推定した前記流量（Q1）と前記有効落差（H）とに基づいて、前記総流量（QT）を推定することを特徴とする水力発電システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかにおいて、
前記流路（1）は、管路であり、
前記流体機械（W）に直列接続されて、該流体機械（W）へ流入する前記流体の流量を制御する流量制御弁（15）を備え、
前記物理量の値には、前記流路（1）から流出する前記流体の圧力（P2）が含まれ、
前記制御部（20,30）は、前記流量制御弁（15）の開度を制御することによって、前記圧力（P2）を所定の目標圧力（P*）に近づけることを特徴とする水力発電システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかにおいて、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）の配電線の電圧値（Vac）に基づいて前記電力需給情報を取得することを特徴とする水力発電システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかにおいて、
前記発電電力を消費する電力消費部（40）を備え、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記発電電力の一部又は全てを前記電力消費部（40）に供給することを特徴とする水力発電システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかにおいて、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記流体機械（W）における流量（Q1）を制御することを特徴とする水力発電システム。
【請求項８】
請求項４において、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記流量制御弁（15）の開度を制御しつつ、前記発電電力を制御することを特徴とする水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば商用電源）に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１４７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
しかしながら、水力発電システムでは、常に流体（例えば水）を流し続けなければならない場合（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、単に水車を停止させたのでは問題が起こってしまう。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、流体の物理量（例えば総流量）を所望の値に維持しつつ、電力を制御できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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）の発電電力の制御を行うとともに、該発電機（G）が発電した電力を電力系統（5）に供給する制御部（20,30）と、
前記電力系統（5）が受け入れ可能な電力又は該電力に相関する情報を含む電力需給情報を取得する電力情報取得部（32）と、
前記流路（1）から流出する前記流体における物理量に相関する情報を含む流体情報を取得する流体情報取得部（17,18）と、
を備え、
前記制御部（20,30）は、前記電力需給情報を用いて、前記電力系統（5）が受け入れ可能な電力以下に、前記電力系統（5）に供給する電力を制御しつつ、前記流体情報を用いて、前記物理量が所望の値となるように前記物理量又は前記流路（1）又は前記発電機（G）の発電電力の少なくともいずれか１つを制御することを特徴とする水力発電システムである。
【０００８】
この構成では、発電機（G）の電力と流体における物理量との双方が考慮されて水力発電システムが制御される。
【０００９】
また、第２の態様は、第１の態様において、
前記流路（1）には、前記流体機械（W）の迂回路（13）が設けられ、
前記物理量には、前記流路（1）における前記流体の総流量（QT）が含まれ、
前記制御部（20,30）は、前記迂回路（13）における前記流体の流量（Q2）を制御することによって前記総流量（QT）を所定の目標総流量（QT*）に近づけることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、発電電力の制御とともに迂回路（13）の流量制御が行われることによって総流量（QT）が所望の目標総流量（QT*）に制御される。
【００１１】
また、第３の態様は、第１の態様又は第２の態様において、
前記制御部（20,30）は、前記発電機（G）に関する検出可能な特性であって、前記流体機械（W）における流量（Q1）と有効落差（H）とに相関する特性に基づいて、前記流体機械（W）における前記流量（Q1）と前記有効落差（H）とを推定するとともに、前記有効落差（H）と前記流路（1）における総流量（QT）との関係を示す流動抵抗特性線（S）と、推定した前記流量（Q1）と前記有効落差（H）とに基づいて、前記総流量（QT）を推定することを特徴とする。
【００１２】
この構成では、流動抵抗特性線（S）によって流量が推定されるので、流量計を用いない制御が可能になる。
【００１３】
また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記流路（1）は、管路であり、
前記流体機械（W）に直列接続されて、該流体機械（W）へ流入する前記流体の流量を制御する流量制御弁（15）を備え、
前記物理量の値には、前記流路（1）から流出する前記流体の圧力（P2）が含まれ、
前記制御部（20,30）は、前記流量制御弁（15）の開度を制御することによって、前記圧力（P2）を所定の目標圧力（P*）に近づけることを特徴とする。
【００１４】
この構成では、発電電力の制御とともに流量制御弁（15）の制御が行われることによって流体の圧力（P2）が所望の目標圧力（P*）に制御される。
【００１５】
また、第５の態様は、第１から第４の態様の何れかにおいて、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）の配電線の電圧値（Vac）に基づいて前記電力需給情報を取得することを特徴とする。
【００１６】
この構成では、電圧値（Vac）によって、電力系統（5）が受け入れ可能な電力を検出する。
【００１７】
また、第６の態様は、第１から第５の態様の何れかにおいて、
前記発電電力を消費する電力消費部（40）を備え、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記発電電力の一部又は全てを前記電力消費部（40）に供給することを特徴とする水力発電システムである。
【００１８】
この構成では、電力系統（5）に供給される電力が、電力消費部（40）で調整されることによって、後述の実施形態のように制御部（20,30）を発電機コントローラ（20）と系統連系インバータ（30）とによって構成した場合には、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。
【００１９】
また、第７の態様は、第１から第６の態様の何れかにおいて、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記流体機械（W）における流量（Q1）を制御することを特徴とする水力発電システムである。
【００２０】
この構成では、電力系統（5）に供給される電力が、流体機械（W）における流量（Q1）を制御することによって調整される。
【００２１】
また、第８の態様は、第４の態様において、
前記制御部（20,30）は、前記電力系統（5）に供給する電力が所望の値となるように、前記流量制御弁（15）の開度を制御しつつ、前記発電電力を制御することを特徴とする水力発電システムである。
【００２２】
この構成では、流量制御弁（15）の開度と、電力系統（5）に供給する電力が協調制御される。
【発明の効果】
【００２３】
第１の態様によれば、流体の物理量を所望の値に維持しつつ、供給する電力を制御することが可能になる。
【００２４】
また、第２の態様によれば、流路における流体の総流量を所望の値に維持しつつ、供給する電力を制御することが可能になる。
【００２５】
また、第３の態様によれば、水力発電システムのコストダウンが可能になる。
【００２６】
また、第４の態様によれば、流路から流出する流体の圧力を所望の値に維持しつつ、供給する電力を制御することが可能になる。
【００２７】
また、第５の態様によれば、容易に電力需給情報を取得することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態１の水力発電システムを含む管路の全体概略構成を示す。
【図２】図２は、水力発電システムの電力系統図である。
【図３】図３は、水力発電システムで行われる制御のフローチャートである。
【図４】図４は、実施形態１の変形例の水力発電システムで行われる制御のフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態２における発電機コントローラ及び系統連系インバータのブロック図である。
【図６】図６は、実施形態２の水力発電システムで行われる制御のフローチャートである。
【図７】図７は、流体システムの特性マップを示す図である。
【図８】図８は、実施形態４の水力発電システムを含む管路の全体概略構成を示す。
【図９】図９は、実施形態４の水力発電システムの電力系統図である。
【図１０】図１０は、実施形態４における制御の概念を説明するための特性マップである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
《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。
【００３１】
〈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。
【００３２】
この売電に際して、水力発電システム（10）では、通常は、発電機（G）が定格出力となるように発電機（G）を制御して、電力系統（5）に電力を供給する（通常運転と呼ぶ）。ここで、定格出力とは、水力発電システム（10）で発揮できる発電機（G）の最大電力の出力である。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。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運転（後述する発電電力抑制運転）を行う。更に、水力発電システム（10）では、通常運転中、及び発電電力抑制運転中の双方において総流量（QT）は、所定の目標総流量（QT*）に制御する。
【００３３】
−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。
【００３４】
−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）。
【００３５】
−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、水車（W）をバイパスする迂回路を構成する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
なお、第１流量計（17）の検出値と、第２流量計（18）の検出値との和が、管路（1）から流出する前記流体の総流量（QT）である。この総流量（QT）は、本発明の「流路から流出する前記流体における物理量に相関する情報を含む流体情報」の一例である。また、第１流量計（17）と第２流量計（18）とによって、本発明の流体情報取得部の一例を構成している。
【００４０】
−発電機コントローラ（20）−
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。この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、流体の物理量（ここでは管路（1）の総流量（QT））を所望の値に維持しつつ、電力系統（5）に供給する電力を制御する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、電力の目標値と、総流量（QT）の目標値である目標総流量（QT*）とから、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。この際、電力の目標値は、通常は、後述の定格出力であるが、水力発電システム（10）では、その目標値は、後に詳述するように、直流電圧検出部（22）の検出値に応じて変更される。流量指令値（Q1*）の生成には、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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、流量制御部（25）は、管路（1）における総流量（QT）の制御も行う。この例では、流量制御部（25）は、管路（1）の総流量（QT）の目標値（以下、目標総流量（QT*））と、現在の流量（Q1）との差が第２分岐管（13）に流れるように第２電動弁（16）の開度を制御する。
【００４６】
−系統連系インバータ（30）−
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。
【００４７】
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。
【００４８】
交流電圧検出部（32）は、電力系統（5）が受け入れ可能な電力又は該電力に相関する情報を含む電力需給情報を取得する。すなわち、交流電圧検出部（32）は、本発明の電力情報取得部の一例である。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。
【００４９】
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。
【００５０】
〈電力（交流電圧）及び流量の制御〉
こ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。一方、第２電動弁（16）は、発電機コントローラ（20）によって開度が可変される。この水力発電システム（10）では、第２電動弁（16）を操作すると水車（W）の運転点が変動し、水車（W）の運転点が変更されると第２分岐管（13）の流量（Q2）が変動することになる。そこで、水力発電システム（10）では、水車（W）と第２電動弁（16）の協調制御、すなわち、発電電力（水車（W）の状態）と、第２電動弁（16）の状態の双方を考慮した制御が必要になる。
【００５１】
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。フローチャートに示したステップ（S01）では、発電機（G）の発電電力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しつつ、管路（1）の総流量（QT）が目標総流量（QT*）となるように、第２電動弁（16）の開度を制御する。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。これにより、発電機（G）の出力は、目標の発電電力に収束する。
【００５２】
そして、その発電状態で、目標総流量（QT*）と、現在の総流量（QT）とに差異がある場合には、流量制御部（25）は、第２電動弁（16）の開度を調整する。このとき、流量制御部（25）は、流量検出部（23）から送信された、第２流量計（18）の検出値と、流量（Q2）の目標値（目標総流量（QT*）と流量（Q1）の差）とを比較しながら、第２電動弁（16）の開度調整を行う。この開度調整には、例えばフィードバック制御を利用することができる。なお、目標総流量（QT*）の設定には、特に限定はない。一例として、目標総流量（QT*）を、上水道（4）の管理者から要求される総流量に設定することが考えられる。この目標総流量（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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又は全てを回生抵抗器（40）で消費させる（この運転を発電電力抑制運転と呼ぶ）。すなわち、回生抵抗器（40）は、本発明の電力消費部の一例である。
【００５５】
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、所定の第２閾値（Th2）とを比較する。ステップ（S04）において逆潮流させる電力（電圧）が低下させられると直流電圧（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。その結果、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。その一方で、第２電動弁（16）の開度が流量制御部（25）によって制御されて、管路（1）の総流量（QT）は、目標総流量（QT*）に収束する。つまり、本実施形態では、逆潮流させる電力（配電線の電圧）を所望の値に制御しつつ、総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持することが可能になる。
【００５８】
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。
【００５９】
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、発電機（G）が定格出力となるように、流量指令値（Q1*）を元の値（定格出力時の値）に戻す。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）の定格出力に応じたスイッチングが行われて、インバータ部（31）における定格出力が行われる（ステップ（S01））。これにより、通常運転が行われる。
【００６０】
なお、前記の例では、ステップ（S04）に後続してステップ（S05）以降の処理を行っていたが、ステップ（S02）からステップ（S04）までの処理（主に系統連系インバータ（30）によって行われる処理）と、ステップ（S05）からステップ（S07）までの処理（主に発電機コントローラ（20）によって行われる処理）とは、並行して行うようにしてもよい。
【００６１】
〈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、流体の物理量（ここでは総流量（QT））を所望の値に維持しつつ、電力（配電線の電圧）を制御することが可能になる。
【００６２】
《実施形態１の変形例》
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、この変形例の水力発電システム（10）でも、運転中は、第１電動弁（15）の開度は固定である。また、第２電動弁（16）は、発電機コントローラ（20）によって開度が可変される。
【００６３】
図４のフローチャートに示したステップ（S01）では、発電機（G）の発電電力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しつつ、管路（1）の総流量（QT）が目標総流量（QT*）となるように、第２電動弁（16）の開度を制御する。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。これにより、発電機（G）の出力は、目標の発電電力に収束する。
【００６４】
そして、その発電状態で、目標総流量（QT*）と、現在の総流量（QT）とに差異がある場合には、流量制御部（25）は、第２電動弁（16）の開度を調整する。このとき、流量制御部（25）は、流量検出部（23）から送信された、第２流量計（18）の検出値と、流量（Q2）の目標値（目標総流量（QT*）と流量（Q1）の差）とを比較しながら、第２電動弁（16）の開度調整を行う。この開度調整には、例えばフィードバック制御を利用することができる。なお、目標総流量（QT*）の設定には、特に限定はない。一例として、目標総流量（QT*）を、上水道（4）の管理者から要求される総流量に設定することが考えられる。この目標総流量（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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）が、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）。
【００６７】
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、所定の第２閾値（Th2）とを比較する。ステップ（S04）において逆潮流させる電力（電圧）が低下させられると直流電圧（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。本変形例のステップ（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又は全てを回生抵抗器（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。その結果、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。その一方で、第２電動弁（16）の開度が流量制御部（25）によって制御されて、管路（1）の総流量（QT）は、目標総流量（QT*）に収束する。つまり、本実施形態では、逆潮流させる電力（配電線の電圧）を所望の値に制御しつつ、総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持することが可能になる。
【００７０】
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。
【００７１】
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、発電機（G）が定格出力となるように、流量指令値（Q1*）を元の値（定格出力時の値）に戻す。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）の定格出力に応じたスイッチングが行われて、インバータ部（31）における定格出力が行われる（ステップ（S01））。これにより、通常運転が行われる。
【００７２】
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。
【００７３】
〈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、流体の物理量（ここでは総流量（QT））を所望の値に維持しつつ、電力（配電線の電圧）を制御することが可能になる。
【００７４】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２では、発電電力抑制運転の他の例を説明する。本実施形態では、発電機コントローラ（20）及び系統連系インバータ（30）の構成が実施形態１とは異なっている。また、この例では、回生抵抗器（40）及びスイッチ（SW）が設けられていない。以下では、実施形態１との相異点を中心に本実施形態の説明を行う。
【００７５】
〈発電機コントローラ（20）〉
図５に、本発明の実施形態２における発電機コントローラ（20）及び系統連系インバータ（30）のブロック図を示す。発電機コントローラ（20）は、図５に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）、流量検出部（23）、流量指令決定部（24）、流量制御部（25）、交流電圧検出部（32）、及び電圧上昇判定部（33）を備えている。すなわち、実施形態1では系統連系インバータ（30）に設けられていた交流電圧検出部（32）と電圧上昇判定部（33）とが、本実施形態では発電機コントローラ（20）に設けられている。
【００７６】
その変更にともなって、本実施形態では、電圧上昇判定部（33）による比較結果の送信先は、流量指令決定部（24）となっている。その流量指令決定部（24）は、電圧上昇判定部（33）から送信された比較結果に応じて、新たな流量指令値（Q1*）を生成する。流量指令値（Q1*）の生成には、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。なお、発電機コントローラ（20）を構成するその他の構成要素の機能は、実施形態1のものと同様である。
【００７７】
〈系統連系インバータ（30）〉
系統連系インバータ（30）は、図５に示すように、インバータ部（31）を備えている。インバータ部（31）は、実施形態１のものと同様の構成である。
【００７８】
〈電力（交流電圧）及び流量の制御〉
図６に、実施形態２の水力発電システム（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（S11）では、発電機（G）の発電電力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しつつ、管路（1）の総流量（QT）が目標総流量（QT*）となるように、第２電動弁（16）の開度を制御する。すなわち、このステップ（S11）における制御は、実施形態１のステップ（S01）と同様である。
【００７９】
ステップ（S12）では、交流電圧検出部（32）が交流電圧値（Vac）を検出する。本実施形態では、発電機コントローラ（20）が交流電圧値（Vac）を検出するのである。ステップ（S13）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、流量指令決定部（24）に出力される。
【００８０】
ステップ（S13）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、ステップ（S14）の処理が行われる。このステップ（S14）では、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）。具体的に、ステップ（S14）では、流量指令決定部（24）が、交流電圧値（Vac）とその目標値との差に応じて、新たな流量指令値（Q1*）を生成し、それを流量制御部（25）に送信する。ここでは、流量指令値（Q1*）は低減することになる。なお、流量指令値（Q1*）の生成は、実施形態1と同様の手法を採用できる。
【００８１】
ステップ（S14）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（S11）に移行する（この場合は、ステップ（S11）も前記発電電力抑制運転の一環と考えてよい）。ステップ（S11）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。ステップ（S14）からステップ（S11）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）のトルク値（T）、回転速度（N）が変動して流量（Q1）が低下する。その結果、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。その一方で、第２電動弁（16）の開度が流量制御部（25）によって制御されて、管路（1）の総流量（QT）は、目標総流量（QT*）に収束する。つまり、本実施形態では、逆潮流させる電力（配電線の電圧）を所望の値に制御しつつ、総流量（QT）を目標総流量（QT*）に維持することが可能になる。
【００８２】
なお、ステップ（S13）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（S15）の処理が行われる。ステップ（S15）で行われる処理は、実施形態１のステップ（S08）のものと同様であり、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、発電機（G）が定格出力となるように、流量指令値（Q1*）を元の値（定格出力時の値）に戻す。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。また、インバータ部（31）でも発電機（G）の定格出力に応じたスイッチングが行われて、インバータ部（31）における定格出力が行われる。
【００８３】
〈本実施形態における効果〉
以上のようにして、本実施形態の水力発電システム（10）においても、流体の物理量（ここでは総流量（QT））を所望の値に維持しつつ、電力（配電線の電圧）を制御することが可能になる。
【００８４】
しかも、本実施形態では、電力の抑制が必要となった場合に、インバータ部（31）の電力抑制を待たずに、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の出力が抑制されるので、回生抵抗器（40）を設ける必要がなく、水力発電システム（10）をコンパクトに構成することが可能になる。
【００８５】
《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３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７参照）。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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）や、第２分岐管（13）の流量（Q2）も知ることができる。
【００９２】
これを具体的に図７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。
【００９３】
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７参照）。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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
〈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、実施形態１の変形例、或いは実施形態２の水力発電システム（10）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。
【００９８】
《発明の実施形態４》
本発明の実施形態４では、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、逆潮流させる電力を制御することが可能な水力発電システム（10）の例を説明する。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で、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。
【００９９】
図８に、本発明の実施形態４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８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。
【０１００】
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）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。この出口側圧力計（51）の検出値（供給圧力＝圧力（P2））は、本発明の「流路から流出する前記流体における物理量に相関する情報を含む流体情報」の一例である。出口側圧力計（51）は、本発明の流体情報取得部の一例である。
【０１０１】
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。すなわち、この第１電動弁（15）は、本発明の流量制御弁の一例である。
【０１０２】
また、図９に、実施形態４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）に代えて圧力検出部（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。
【０１０３】
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協調制御することによって、供給圧力を所望の値に維持しつつ、逆潮流させる電力を制御する。
【０１０４】
また、本実施形態の水力発電システム（10）でも、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が行われる。具体的には、本実施形態でも、系統連系インバータ（30）の交流電圧検出部（32）が検出した交流電圧値（Vac）が所定の第１閾値（Th1）を超えたら、系統連系インバータ（30）によって、電力系統（5）に供給する電力の抑制が行われる。そして、系統連系インバータ（30）において電力の抑制が行われた結果、直流電圧（Vdc）が所定の第２閾値（Th2）を超えたら、発電機コントローラ（20）でも発電電力抑制運転が行われる。この発電電力抑制運転の要否を判定するため、この圧力制御部（27）には、直流電圧検出部（22）の検出値が送信されている。
【０１０５】
〈電力（交流電圧）及び圧力の制御〉
−圧力制御の概念−
図１０に本実施形態における制御の概念を説明するための特性マップ（M）を示す。水力発電システム（10）では、電力を抑制する際に、水車（W）における有効落差（H）と、第１電動弁（15）における有効落差（Hv）との和が一定値となるように制御できれば、前記供給圧力を所望の値に維持しつつ、逆潮流させる電力を制御することが可能になる。これを図１０で見ると、水車（W）の運転点を、現在の運転点から真下にシフトさせれば良いことが分かる。
【０１０６】
しかしながら、システムロスカーブ（S）は、既述の通り、二次曲線的な曲線であり、本実施形態の管路（1）では水車（W）の運転点はシステムロスカーブ（S）上を移動する。そのため、単にＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）のスイッチングを制御するだけでは、水車（W）における有効落差（H）と、第１電動弁（15）における有効落差（Hv）との和を一定値にはできない。そこで、本実施形態では、更に第１電動弁（15）の開度も制御することで、システムロスカーブ（S）自体を、図１０に示すように変動させる。つまり、本実施形態では、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協調制御することによって、運転点を現在の運転点から真下にシフトさせるのである。
【０１０７】
具体的に、本実施形態では、圧力制御部（27）は、出口側圧力計（51）の検出値（圧力検出部（26）の出力）をモニターしながら、検出値が目標圧力（P*）となる（或いは近づく）ように、第１電動弁（15）の開度を調整しつつ、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の出力電力を制御する（協調制御）。ここで、圧力制御部（27）は、第１電動弁（15）の開度調整やＡＣ／ＤＣコンバータ部（21）の出力電力の制御に際して、フィードバック制御を用いることができる。
【０１０８】
なお、水車（W）における有効落差（H）は、例えば、既述の特性マップ（M）を用いると求めることができる。水車（W）の有効落差（H）と第１電動弁（15）の有効落差（Hv）との和を一定値とする場合には、水車（W）の有効落差（H）が決定されると、第１電動弁（15）の有効落差（Hv）の目標値を決定できる。そして、第１電動弁（15）の有効落差（Hv）と第１電動弁（15）の開度は、１対１の対応関係があるので、有効落差（Hv）の目標値が決定できると、流量制御弁（15）の開度を決定することができる。
【０１０９】
−制御動作−
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。一方、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）の検出値が所定の第２閾値（Th2）を超えた場合には、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。
【０１１０】
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。このように水車（W）の有効落差（H）が変更されると、水車（W）の有効落差（H）と第１電動弁（15）における有効落差（Hv）との和も変わってしまうので、圧力制御部（27）は、第１電動弁（15）の有効落差（Hv）の目標値を変更する。具体的には、出口側圧力計（51）の検出値（圧力検出部（26）の出力）をモニターしながら、検出値が目標圧力（P*）となるように、第１電動弁（15）の開度を調整する。それにより、管路（1）では、供給圧力を所定の目標圧力（P*）に維持されることになる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
〈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、流体の物理量（ここでは供給圧力）を所望の値（目標圧力（P*））に維持しつつ、電力（配電線の電圧）を制御することが可能になる。
【０１１３】
なお、本実施形態でも、実施形態２のように、発電機コントローラ（20）において交流電圧値（Vac）を検出して電力を制御するように、発電機コントローラ（20）と系統連系インバータ（30）とを構成してもよい。それにより、回生抵抗器（40）を省略することが可能になる。
【０１１４】
《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）と開流路と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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
また、実施形態１、実施形態１の変形例、実施形態２〜３の何れかの構成（総流量の一定制御を行う構成）に、実施形態４の構成（供給圧力の一定制御を行う構成）を組み合わせてもよい。
【０１１９】
また、電力系統（5）に供給する電力（売電する電力）の大きさは、種々の観点から決めることができる。例えば、「発電電力」の全量を売電する場合（発電電力を全て電力系統に供給する場合）には、「電力系統（5）に供給する電力」＝「発電電力」＜「電力系統（5）が受け入れ可能な電力」となるように「発電電力」を制御する。
【０１２０】
一方、発電電力を自家消費し（以下、自家消費した電力を「自家消費電力」という）、余った電力（以下、「余剰電力」という）を電力系統（5）に供給する場合には、「余剰電力」＝「発電電力」−「自家消費電力」であり、「電力系統に供給する電力」＝「余剰電力」＜「電力系統（5）が受け入れ可能な電力」となるように「発電電力」を制御する。その際、「自家消費電力」を特定するための情報は、例えば、実際に測定する、過去の需要データから推測する、あらかじめ見積もった最大の自家消費電力で代替する、といった方法で入手すればよい。なお、「発電電力」を自家消費する場合には、「電力消費部」として、回生抵抗器（40）の他に、要求に応じて消費電力を増やす電気機器を利用することができる。
【０１２１】
また、流体の物理量（例えば管路（1）の総流量（QT））を「所望の値」に制御するに際し、当該「所望の値」は、単一の値（ひとつの定数値）であってもよいし、例えば、所定の閾値以下、所定の閾値以上、所定の範囲の値のように、幅を持った値でもよい。
【０１２２】
また、「電力需給情報」としては、電力系統（5）の配電線の電圧値（交流電圧値（Vac））の他に、電力系統（5）の配電線の電圧周波数、電力系統（5）の配電線の電圧位相、電力系統（5）の配電線の力率、電力、電力会社からの逆潮流電力の抑制要求、電力会社との契約で定めた発電電力上限値等を利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、水力発電システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１２４】
１      管路（流路）
５      商用電源（電力系統）
１０    水力発電システム
１３    第２分岐管（迂回路）
１５    第１電動弁（流量制御弁）
１７    第１流量計（流体情報取得部）
１８    第２流量計（流体情報取得部）
２０    発電機コントローラ（制御部）
３０    系統連系インバータ（制御部）
３２    交流電圧検出部（電力情報取得部）
４０    回生抵抗器（電力消費部）
Ｇ      発電機
Ｗ      水車（流体機械）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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