(57)【要約】【課題】水車に絡まる紐状のゴミを除去する。【解決手段】制御装置は、予め定められた条件が成立するか否かを判定するステップ（Ｓ１００）と、予め定められた条件が成立すると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、カウンタをクリアするステップ（Ｓ１０２）と、逆回転制御を実行するステップ（Ｓ１０４）と、正回転制御を実行するステップ（Ｓ１０６）と、カウンタをインクリメントするステップ（Ｓ１０８）と、カウント値が上限値に到達したか否かを判定するステップ（Ｓ１１０）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流を受けることによって第１方向に回転する水車と、
前記水車に連結される発電機と、
前記発電機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１方向と逆方向である第２方向のトルクを前記水車に作用させて前記水車を前記第２方向に回転させる逆回転制御と、前記水車の回転方向を前記第１方向に戻す正回転制御とを実行する、水力発電装置。
【請求項２】
前記発電機は、回転電機であって、
前記制御装置は、制御部と、前記制御部からの制御指令に応じて前記回転電機との間で電力を授受するインバータとを含む、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記逆回転制御と前記正回転制御とを交互に複数回実行し、
前記逆回転制御および前記正回転制御における前記水車の駆動時間は、直前に実行される前記逆回転制御および前記正回転制御における前記駆動時間とそれぞれ異なる、請求項１または２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記逆回転制御と前記正回転制御とを交互に複数回実行し、
前記逆回転制御および前記正回転制御における前記水車に作用する駆動トルクは、直前に実行される前記逆回転制御および前記正回転制御における前記駆動トルクとそれぞれ異なる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記逆回転制御と前記正回転制御とを交互に複数回実行し、
前記逆回転制御および前記正回転制御における前記水車の駆動態様は、直前に実行される前記逆回転制御および前記正回転制御における前記駆動態様とそれぞれ同じであって、
前記駆動態様は、前記水車の駆動時間と前記水車に作用する駆動トルクとのうちの少なくともいずれかを含む、請求項１または２に記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、予め定められた条件が成立した場合に、前記逆回転制御と前記正回転制御とを実行し、
前記予め定められた条件は、前記発電機による発電量がしきい値よりも小さいという条件と、前記水車の回転速度がしきい値よりも小さいという条件と、前記発電機による発電電圧がしきい値よりも低下したという条件と、前回の実行時点から予め定められた期間が経過したという条件とのうちの少なくともいずれかの条件を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記水力発電装置の発電電力の流速に対応する電力からの低下量が第１の値である場合には、前記逆回転制御と前記正回転制御とを交互に第１回数実行し、前記発電電力の低下量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合には、前記逆回転制御と前記正回転制御とを交互に前記第１回数よりも多い第２回数実行する、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記逆回転制御と前記正回転制御とのうちの少なくともいずれかを実行する場合に、前記水車の回転速度が第１制御パターンを示すように前記発電機を制御し、発電電力の回復が不十分であるときには、前記水車の回転速度が、前記第１制御パターンよりも前記回転速度の変化率が大きい第２制御パターンを示すように前記発電機を制御する、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記水車は、水平軸型のプロペラ式回転翼を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項１０】
前記水車は、垂直軸型の回転翼を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前記水力発電装置を用いて、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電を行なう発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置および発電システムに関し、特に小型の水力発電装置において水車に絡むゴミを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置は流水が持つ運動エネルギーを発電に利用するシステムである。水力発電装置は、主な構成として、水の流れを受け回転する水車と、水車と連結され、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の出力および水車を制御する制御装置とを含む。発電機から取り出す最適な電力は流速により変化するため、制御装置は、流速あるいは水車の回転速度あるいは発電機発電電圧を計測し、発電機から取り出す最適な電力を決定し、発電機の電力量と最適値が一致するように発電機を制御する。
【０００３】
上流より水力発電装置に漂着するゴミや水草は、水車に絡まり発電量の低下の要因となる。このため、水力発電では、ゴミ対策が重要である。たとえば、水車の上流にゴミを除去する装置を設置することが好ましい。
【０００４】
特開２０１３−１８９８３７号公報（特許文献１）および特開２０１４−２０２０９３号公報（特許文献２）には、水力発電のゴミ対策についての技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８９８３７号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０２０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２０１３−１８９８３７号公報（特許文献１）は、水車設置場所より上流の水路に異物を除去する除塵設備を設置する例を開示している。しかしながら、小型で水路に手軽に設置可能な水力発電装置では、このような大掛かりな除塵設備はコストアップの要因となるので使用することは難しい。このため、このような水力発電装置には、たとえば、くし型のフィルタなど簡易的な除塵機を設置することが考えられる。
【０００７】
水力発電装置において、簡易的な除塵機を設置した場合、多少のゴミや水草が水車に流れ込む場合がある。水車に流れ着いたゴミは、そのまま素通りするものもあれば、水車の水車翼（羽根）に引っかかるものもある。水車翼に引っかかったゴミは、羽根が流水を横切るため水車翼に押し付けられた状態となり、流速の変化が少ないため外れなくなる。水車に付着したゴミや水草が増えると発電力の低下を引き起こす。したがって、簡易的な除塵機は完全なゴミ対策とはならず、水車に付着したゴミの定期的な除去作業が必要となる。
【０００８】
一方、特開２０１４−２０２０９３号公報（特許文献２）では、発電機をモータとして機能させ、異物を破砕する破砕羽として水車羽を使用しゴミを粉砕して除去する方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、紐状のゴミが水車に絡まるような場合には、特許文献２に開示された破砕羽を用いても水車からゴミを除去することができない場合がある。
【００１０】
この発明は、上記の課題を解決するものであって、その目的は、水車に絡まる紐状のゴミを除去する水力発電装置および発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のある局面に係る水力発電装置は、水流を受けることによって第１方向に回転する水車と、水車に連結される発電機と、発電機を制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１方向と逆方向である第２方向のトルクを水車に作用させて水車を第２方向に回転させる逆回転制御と、水車の回転方向を第１方向に戻す正回転制御とを実行する。
【００１２】
このようにすると、水車に紐状のゴミが絡んでいたとしても、逆回転制御と、正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを水車から浮き上がらせることができるため、水車に絡まる紐状のゴミを除去することができる。
【００１３】
好ましくは、発電機は、回転電機である。制御装置は、制御部と、制御部からの制御指令に応じて回転電機との間で電力を授受するインバータとを含む。
【００１４】
このようにすると、インバータを用いて逆回転制御と正回転制御とを実行することができる。そのため、水車に絡まる紐状のゴミを除去することができる。
【００１５】
さらに好ましくは、制御装置は、逆回転制御と正回転制御とを交互に複数回実行する。逆回転制御および正回転制御における水車の駆動時間は、直前に実行される逆回転制御および正回転制御における駆動時間とそれぞれ異なる。
【００１６】
このようにすると、逆回転制御と正回転制御とが実行される毎に駆動時間が異なるため、水車に絡む紐状のゴミを浮き上がらせやすくすることができる。
【００１７】
さらに好ましくは、制御装置は、逆回転制御と正回転制御とを交互に複数回実行する。逆回転制御および正回転制御における水車に作用する駆動トルクは、直前に実行される逆回転制御および正回転制御における駆動トルクとそれぞれ異なる。
【００１８】
このようにすると、逆回転制御と正回転制御とが実行される毎に駆動トルクが異なるため、水車に絡む紐状のゴミを浮き上がらせやすくすることができる。
【００１９】
さらに好ましくは、制御装置は、逆回転制御と正回転制御とを交互に複数回実行する。逆回転制御および正回転制御における水車の駆動態様は、直前に実行される逆回転制御および正回転制御における駆動態様とそれぞれ同じである。駆動態様は、水車の駆動時間と水車に作用する駆動トルクとのうちの少なくともいずれかを含む。
【００２０】
このようにすると、逆回転制御と正回転制御とを同じ駆動時間または同じ駆動トルクで実行することができる。そのため、水車に絡まる紐状のゴミを除去することができる。
【００２１】
さらに好ましくは、制御装置は、予め定められた条件が成立した場合に、逆回転制御と正回転制御とを実行する。予め定められた条件は、発電機による発電量がしきい値よりも小さいという条件と、水車の回転速度がしきい値よりも小さいという条件と、発電機による発電電圧がしきい値よりも低下したという条件と、前回の実行時点から予め定められた期間が経過したという条件とのうちの少なくともいずれかの条件を含む。
【００２２】
このようにすると、水車に紐状のゴミが絡んでいる可能性のある条件が成立したときに逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを水車から浮き上がらして除去することができる。
【００２３】
さらに好ましくは、制御装置は、水力発電装置の発電電力の流速に対応する電力からの低下量が第１の値である場合には、逆回転制御と正回転制御とを交互に第１回数実行する。制御装置は、発電電力の低下量が第１の値よりも大きい第２の値である場合には、逆回転制御と正回転制御とを交互に第１回数よりも多い第２回数実行する。
【００２４】
このようにすると、紐状のゴミを水車から浮き上がらして除去することができる。
さらに好ましくは、制御装置は、逆回転制御と正回転制御とのうちの少なくともいずれかを実行する場合に、水車の回転速度が第１制御パターンを示すように発電機を制御する。制御装置は、発電電力の回復が不十分であるときには、水車の回転速度が、第１制御パターンよりも回転速度の変化率が大きい第２制御パターンを示すように発電機を制御する。
【００２５】
このようにすると、発電機の負荷を軽減しつつ、発電電力の回復が不十分であるときには、確実に紐状のゴミを水車から浮き上がらして除去することができる。
【００２６】
さらに好ましくは、水車は、水平軸型のプロペラ式回転翼を有する。
このようにすると、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミをプロペラ式回転翼を有する水車から浮き上がらして除去することができる。
【００２７】
さらに好ましくは、水車は、垂直軸型の回転翼を有する。
このようにすると、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを垂直軸型の回転翼を有する水車から浮き上がらして除去することができる。
【００２８】
さらに好ましくは、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電を行なう発電システムに、上述した水力発電装置を用いる。
【００２９】
このようにすると、ゴミによる発電量の低下を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によると、水車に絡まる紐状のゴミを除去する水力発電装置および発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態に係る水力発電装置の構成を示す正面図である。
【図２】本実施の形態に係る水力発電装置の構成を示す側面図である。
【図３】本実施の形態に係る水力発電装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る水力発電装置の制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る水力発電装置の制御装置で実行される逆回転制御の処理を示すフローチャートである。
【図６】本実施の形態に係る水力発電装置の制御装置で実行される正回転制御の処理を示すフローチャートである。
【図７】水車に絡む紐状のゴミの状態を説明するための図である。
【図８】ゴミが付着した水車の翼の断面図である。
【図９】水車の回転停止時の紐状のゴミの状態を説明するための図である。
【図１０】水車の逆回転時の紐状のゴミの状態を説明するための図である。
【図１１】変形例に係る水力発電装置の概略形状を示す正面図である。
【図１２】実施の形態２に係る水力発電装置の制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】除塵制御前の発電電力と除塵制御後の発電電力との関係を示す図である。
【図１４】除塵制御の実行回数の検討を行なうためのグラフである。
【図１５】除塵制御前発電電力と、除塵制御の実行回数との関係を示した図である。
【図１６】除塵制御を複数回実行した場合の回転速度の変化を示した波形図である。
【図１７】実施の形態３に係る水力発電装置の制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図１８】第１制御パターンの第１例を示した波形図である。
【図１９】第１制御パターンの第２例を示した波形図である。
【図２０】第１制御パターンの第３例を示した波形図である。
【図２１】第２制御パターンの例を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００３３】
［実施の形態１］
＜水力発電装置の構成＞
図１は、本実施の形態（実施の形態１）に係る水力発電装置１００の構成を示す正面図である。図２は、本実施の形態に係る水力発電装置１００の構成を示す側面図である。
【００３４】
図１および図２に示す水力発電装置１００は、水流が持つ運動エネルギーを発電に利用し、既存の農業用水、水道用水、あるいは、工業用水などを流通する水路に設置可能な小型かつ軽量な水力発電システムである。
【００３５】
図１および図２に示すように、水力発電装置１００は、水車１と、増速機２と、発電機３と、支持部４０とを含む。
【００３６】
水車１は、水平方向の軸を回転中心とするプロペラ型の回転翼を有する。水車１は、水路内において水流の力を受けて回転する。
【００３７】
増速機２は、水車１に接続されている。増速機２は、水車１の回転速度を所定のギヤ比で増速するとともに、水平軸の回転を鉛直軸の回転に変換して発電機３に伝達する。
【００３８】
発電機３は、たとえば、３相同期発電機である。発電機３は、増速機２を介して水車１に連結される。発電機３は、ロータとステータ（いずれも図示せず）とを含む。発電機３は、水車１の回転によりロータが回転させられることによって交流電力を発電電力として発生させる。発電機３の発電電力は、制御装置４（図３参照）によって制御される。また、発電機３は、後述するインバータ４ａ（図３参照）からの電力の供給を受けて電動機としても動作可能な回転電機である。
【００３９】
支持部４０は、水車１と増速機２と発電機３とを支持する。支持部４０は、２本の梁４０ａ，４０ｂと、架台４０ｃと、支柱４０ｄと、ベース板４０ｅとを含む。
【００４０】
２本の梁４０ａ，４０ｂは、互いに平行な位置関係になるように配置される。２本の梁４０ａ，４０ｂの中央部において、２本の梁４０ａ，４０ｂの両方の上部に載置されるように架台４０ｃが設けられる。２本の支柱４０ｄは、架台４０ｃの一方端部と他方端部とにそれぞれ配置されている。２本の支柱４０ｄの上部を繋ぐようにベース板４０ｅが配置されている。
【００４１】
発電機３は、架台４０ｃとベース板４０ｅとの間に配置され、ベース板４０ｅに固定される。架台４０ｃの下側には、架台４０ｃの位置に対する水車１および増速機２の位置を固定する支柱が設けられる。支柱内部には、増速機２と発電機３とを接続する回転軸が収納される。２本の梁４０ａ，４０ｂが水路の幅方向に沿って水路の側壁上方に配置される場合、水車１は、支持部４０によって水路内の所定位置に固定される。
【００４２】
＜水力発電装置の制御構成について＞
図３は、水力発電装置１００の制御構成を示すブロック図である。図３に示すように、水力発電装置１００は、水車１、増速機２および発電機３に加えて制御装置４および回転速度センサ６をさらに備える。
【００４３】
回転速度センサ６は、水車１の回転速度（正回転しているか逆回転しているかの情報を含む）を検出する。回転速度センサ６は、検出した水車１の回転速度を示す信号を制御装置４に送信する。
【００４４】
制御装置４は、回転速度センサ６等の各種センサの検出結果に基づいて発電機３によって発電される電力を制御したり、発電機３を電動機として動作させたりする。
【００４５】
制御装置４は、たとえば、図示しない電圧センサ等を用いて発電機３の発電電圧を計測する。制御装置４は、発電機３から取り出す電力が最大となる最適な電流値を決定する。制御装置４は、発電機３の電流値が最適値と一致するように、水力発電装置１００を制御する。制御装置４は、たとえば、発電機３の電流値が最適値になるように水車１の回転速度を制御してもよい。
【００４６】
本実施の形態において、制御装置４は、インバータ４ａと、電力変換装置４ｂと、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）（図示せず）等によって構成される制御部４ｃとを含む。
【００４７】
インバータ４ａは、発電機３に接続され、発電機３において生じる３相の交流電力を直流電力に変換する。また、インバータ４ａは、図示しないバッテリ等の電力供給源から供給される直流電力を交流電力に変換して、変換した電力を発電機３に供給する。インバータ４ａは、制御部４ｃからの駆動指令に応じて動作する。
【００４８】
電力変換装置４ｂは、インバータ４ａに接続され、インバータ４ａにおいて変換された直流電力を所定の電力（所定電圧の交流電力や所定電圧の直流電力）に変換し、変換した電力を水力発電装置１００の外部に出力する。電力変換装置４ｂは、制御部４ｃからの駆動指令に応じて動作する。なお、電力変換装置４ｂは、発電機３を電動機として動作させる場合に、バッテリ等の電力供給源に代えてインバータ４ａに直流電力を供給するようにしてもよい。
【００４９】
以上のような構成を有する水力発電装置１００において、水車に漂着するゴミや水草は、水車に絡まり発電量の低下の要因となる。このため、上述したような小型の水力発電装置に対しては、くし型のフィルタなどの簡易的な除塵機を設置することが考えられる。しかしながら、簡易的な除塵機では、全てのゴミや水草を除去することができないため、水車には多少のゴミや水草が流れ込む場合がある。水車に流れ着いたゴミは、そのまま素通りするものもあれば、水車の水車翼（羽根）に引っかかるものもある。水車翼に引っかかったゴミが、羽根が流水を横切るため水車翼に押し付けられた状態となると、特に流速の変化が少ない状況下で水車翼から外れにくくなる。特に、紐状のゴミが水車に絡まるような場合には、水車からゴミを容易に除去することができない場合がある。そのため、水車に付着したゴミの定期的な除去作業が必要となる。
【００５０】
そこで、本実施の形態において、制御装置４は、水流を受けることによって第１方向に回転中の水車１に、第１方向と逆方向である第２方向のトルク（以下、逆転トルクと記載する）を作用させて水車１を第２方向に回転させる逆回転制御と、水車１の回転方向を第１方向に戻す正回転制御とを実行するものとする。
【００５１】
このようにすると、水車１に紐状のゴミが絡んでいたとしても、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを水車から浮かすことができるため、水車１に絡まる紐状のゴミを除去することができる。
【００５２】
以下、図４、図５および図６を参照して、本実施の形態に係る水力発電装置１００の制御装置４で実行される制御処理について説明する。
【００５３】
図４は、水力発電装置１００の制御装置４において実行される、ゴミを除去するための制御処理を示すフローチャートである。
【００５４】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御部４ｃは、予め定められた条件が成立するか否かを判定する。予め定められた条件は、ゴミを除去するための制御処理の実行開始条件であって、たとえば、発電機３による発電量がしきい値よりも低下したという条件と、水車１の回転速度がしきい値よりも低下したという条件と、発電機３による発電電圧がしきい値よりも低下したという条件と、前回のゴミを除去するための制御処理の実行時点から予め定められた期間が経過したという条件とのうちの少なくともいずれかの条件を含む。予め定められた期間は、たとえば、１時間であってもよいし、水路を流れる草の量や発電機３と機械体の寿命等に基づいて、所定の頻度で行なわれるように設定されてもよい。なお、各種しきい値は、たとえば、直前の所定の発電期間における平均値に基づいて設定されればよい。予め定められた条件が成立したと判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。
【００５５】
Ｓ１０２にて、制御部４ｃは、後述する逆回転制御および正回転制御が実行される毎にカウント値が増加されるカウンタをクリアする。具体的には、制御部４ｃは、カウント値を初期値（たとえば、ゼロ）にリセットする。
【００５６】
Ｓ１０４にて、制御部４ｃは、逆回転制御を実行する。逆回転制御の詳細な制御内容については図５を用いて説明する。Ｓ１０６にて、制御部４ｃは、正回転制御を実行する。正回転制御の詳細な制御内容については、図６を用いて説明する。Ｓ１０８にて、制御部４ｃは、カウンタをインクリメントする。具体的には、制御部４ｃは、カウンタのカウント値を所定値（たとえば、１）だけ増加させる。
【００５７】
Ｓ１１０にて、制御部４ｃは、カウント値が上限値に到達したか否かを判定する。上限値は、後述する逆回転制御および正回転制御の両制御を実行する回数の上限値であって、たとえば、予め定められた値が設定される。カウント値が上限値に到達したと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、この処理は終了する。
【００５８】
なお、予め定められた条件が成立しないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。また、カウント値が上限値に到達していないと判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。
【００５９】
図５は、本実施の形態に係る水力発電装置１００の制御装置４において実行される、逆回転制御の処理を示すフローチャートである。
【００６０】
Ｓ２００にて、制御部４ｃは、逆転トルクが水車１に作用するようにインバータ４ａを制御する。制御部４ｃは、たとえば、予め定められた大きさの逆転トルクが発生するようにインバータ４ａを制御する。予め定められた大きさの逆転トルクは、逆転トルクの発生に対して水車１の回転速度が収束したときに、水車１の回転速度が予め定められた回転速度以上で逆回転するように設定される。なお、制御部４ｃは、水車１の回転速度の低下量が所定値になる逆転トルクが発生するようにインバータ４ａを制御してもよい。
【００６１】
Ｓ２０２にて、制御部４ｃは、タイムアウト時間を決定する。制御部４ｃは、予め定められた値をタイムアウト時間として決定してもよいし、あるいは、水車１の回転速度等に基づいて設定される値をタイムアウト時間として決定してもよい。
【００６２】
Ｓ２０４にて、制御部４ｃは、現在の水車１の回転速度を取得する。制御部４ｃは、回転速度センサ６を用いて現在の水車１の回転速度を取得する。
【００６３】
Ｓ２０６にて、制御部４ｃは、回転速度センサ６の検出結果に基づいて水車１が予め定められた回転速度以上で逆回転しているか否かを判定する。制御部４ｃは、たとえば、予め定められた回転速度以上で逆回転していると判定される場合（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、この処理は終了する。
【００６４】
なお、予め定められた回転速度以上で逆回転していないと判定される場合（Ｓ２０６にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。Ｓ２０８にて、制御部４ｃは、タイムアウトであるか否かを判定する。具体的には、制御部４ｃは、逆回転制御の実行時間がタイムアウト時間を経過したか否かを判定する。タイマアウトであると判定される場合（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、この処理は終了する。なお、タイムアウトでないと判定される場合（Ｓ２０８にてＮＯ）、処理はＳ２０４に移される。
【００６５】
図６は、本実施の形態に係る水力発電装置１００の制御装置４において実行される、正回転制御の処理を示すフローチャートである。
【００６６】
Ｓ３００にて、制御部４ｃは、発電機３から水車１に作用するトルクがゼロになるようにインバータ４ａを制御する。制御部４ｃは、たとえば、インバータ４ａから発電機３への電力供給が停止するようにインバータ４ａを制御する。
【００６７】
Ｓ３０２にて、制御部４ｃは、タイムアウト時間を決定する。タイムアウト時間は、上述の逆回転制御において決定されるタイムアウト時間と同じ時間が決定されてもよいし、逆回転制御において決定されるタイムアウト時間と異なる時間が決定されてもよい。
【００６８】
Ｓ３０４にて、制御部４ｃは、現在の水車１の回転速度を取得する。Ｓ３０６にて、制御部４ｃは、回転速度センサ６の検出結果に基づいて予め定められた回転速度以上で正回転しているか否かを判定する。予め定められた回転速度は、たとえば、水車１の逆回転により浮き上がったゴミが除去されやすい回転速度である。予め定められた回転速度以上で正回転していると判定される場合（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、この処理は終了する。
【００６９】
なお、予め定められた回転速度以上で正回転していないと判定される場合（Ｓ３０６にてＮＯ）、処理はＳ３０８に移される。Ｓ３０８にて、制御部４ｃは、タイムアウトであるか否かを判定する。具体的には、制御部４ｃは、正回転制御の実行時間がタイムアウト時間を経過したか否かを判定する。タイムアウトであると判定される場合（Ｓ３０８にてＹＥＳ）、この処理は終了する。なお、タイムアウトでないと判定される場合（Ｓ３０８にてＮＯ）、処理はＳ３０４に移される。
【００７０】
以上のような構成およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る水力発電装置１００の制御装置４の動作について図７、図８、図９および図１０を参照しつつ説明する。
【００７１】
たとえば、水車１が水流を受けて回転するとともに発電が行なわれている場合を想定する。また、このとき、水車１に紐状のゴミが付着している場合を想定する。
【００７２】
図７は、水車１に紐状のゴミ２０が付着した状態を示す図である。図７に示すように、水車１に含まれる複数の翼のうちの一つには、紐状のゴミ２０が付着している。図７の紙面手前から紙面奥側に水が流れているものとする。そのため、水車１は、水流を受けることによって翼に紐状のゴミ２０が付着した状態で図７の矢印の方向に回転している。
【００７３】
図８は、正回転時におけるゴミ２０が付着した状態の水車１の翼１０の断面図である。図８において、水は、流水方向Ａを示す矢印（紙面下方向）に沿って流れている。水車１の翼１０は、流水方向Ａとは垂直方向の翼回転方向Ｂを示す矢印（紙面右方向）に向かって進行する。
【００７４】
このとき、水車１の翼１０は、水流を横切る。そのため、水車１の翼１０の前縁部１０ａの面に圧力が発生する。発生した圧力によって紐状のゴミ２０は、水車１の翼１０の前縁部１０ａに押し付けられる。水車１の翼１０の回転速度が水流の流速に対して十分に大きければ、紐状のゴミ２０は翼回転方向Ｂとは逆方向にたなびく。このようにして水車１に付着する紐状のゴミ２０が増加すると、水車１の回転速度や発電機３による発電量や発電電圧が低下する場合がある。
【００７５】
たとえば、発電量がしきい値よりも小さくなる場合には、予め定められた条件が成立したと判定され（Ｓ１００にてＹＥＳ）、カウンタがクリアされるとともに（Ｓ１０２）、逆回転制御が実行される（Ｓ１０４）。逆回転制御が開始されると、発電機３から水車１に対して逆転トルクが作用するようにインバータ４ａが制御されるとともに（Ｓ２００）、タイムアウト時間が決定される（Ｓ２０２）。水車１に対する逆転トルクの作用により、水車１の回転速度が低下していく。
【００７６】
水車１がほぼ回転停止状態になると、水車１の翼１０の進行が停止するため、図９に示すように、翼１０に付着している紐状のゴミ２０は、水流の力によって流水方向Ａと同じ方向にたなびくこととなる。逆転トルクが水車１が水流によって回転する回転トルクよりも大きいと、水車１は、その後に逆回転を開始する。
【００７７】
図１０は、逆回転時におけるゴミ２０が付着した状態の水車１の翼１０の断面図である。図１０において、水は、流水方向Ａを示す矢印（紙面下方向）に沿って流れている。水車１の翼１０は、流水方向Ａとは垂直方向の翼逆回転方向Ｃを示す矢印（紙面左方向）に向かって進行する。
【００７８】
このとき、水車１の翼１０は、水流を横切る。そのため、水車１の翼１０の後縁部１０ｂの面に圧力が発生する。発生した圧力によって紐状のゴミ２０は、水車１の翼１０の後縁部１０ｂに押し付けられる。水車１の翼１０の回転速度が水流の流速に対して十分に大きければ、紐状のゴミ２０は翼逆回転方向Ｃとは逆方向にたなびく。
【００７９】
現在の水車１の回転速度が取得され（Ｓ２０４）、水車１が予め定められた回転数以上で逆回転しているか否かが判定される（Ｓ２０６）。水車１が予め定められた回転数以上で逆回転していると判定された場合に（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、逆回転制御が終了する。
【００８０】
逆回転制御が終了した後に、正回転制御が実行される（Ｓ１０６）。正回転制御が実行されると、発電機３から水車１に作用するトルクがゼロになるようにインバータ４ａが制御されるとともに（Ｓ３００）、タイムアウト時間が決定される（Ｓ３０２）。そして、現在の水車１の回転速度が取得され（Ｓ３０４）、水車１が予め定められた回転数以上で正回転しているか否かが判定される（Ｓ３０６）。水車１が予め定められた回転数以上で正回転していると判定された場合（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、正回転制御が終了し、カウンタがインクリメントされる。
【００８１】
逆回転制御と正回転制御とは、カウンタのカウント値が上限値に到達するまで（Ｓ１１０にてＮＯ）、交互に複数回実行される。そして、カウンタのカウント値が上限値に到達すると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ゴミを除去する制御処理が終了する。
【００８２】
逆回転制御と正回転制御とが交互に実行されることにより、水車１が正回転方向に回転している場合には、図８に示したように、水車１の翼１０の後縁部１０ｂでは、紐状のゴミ２０が浮き上がった状態になる。この状態から水車１を逆回転方向に回転するように変化させると、水車１の翼１０の前縁部１０ａでは圧力が減少し、後縁部１０ｂでは圧力が上昇する。このとき、翼１０の表面に沿って水流が形成されると、ゴミ２０が翼１０に圧力によって押し付けられる前にゴミ２０が翼１０から浮き上がって下流側に流される。
【００８３】
以上のようにして、本実施の形態に係る水力発電装置１００によると、水車１に紐状のゴミが絡んでいたとしても、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを水車１から浮き上がらせることができるため、水車に絡まる紐状のゴミを除去することができる。したがって、水車に絡まる紐状のゴミを除去する水力発電装置および発電システムを提供することができる。
【００８４】
また、水車１を正回転させる制御と水車１の回転を停止する制御とを繰り返す場合と比較すると、逆回転制御を実行することにより、翼１０の前縁部１０ａにおいてゴミ２０を浮き上がらせる効果を、水車１の回転を停止させる場合よりも大きくすることができる。そのため、正回転制御と逆回転制御とを交互に複数回実行する方がより大きなゴミ除去効果を得ることができる。
【００８５】
以下、変形例について説明する。
上述した実施の形態において、逆回転制御および正回転制御は、カウンタのカウント値が上限値に到達するまで繰り返し実行されるものとして説明したが、逆回転制御および正回転制御は、前回実行された逆回転制御および正回転制御における発電機３の駆動時間をそれぞれ異なるようにしてもよいし、それぞれ同じになるようにしてもよい。あるいは、逆回転制御および正回転制御は、前回実行された逆回転制御および正回転制御における発電機３の駆動トルクをそれぞれ異なるようにしてもよいし、それぞれ同じになるようにしてもよい。このようにすると、毎回異なる実行態様で逆回転制御と正回転制御とが交互に実行されることになる。そのため、ゴミ２０が付着する翼１０の前縁部１０ａおよび後縁部１０ｂにおける圧力を変化させることができるため、ゴミ２０を浮き上がらせやすくすることができる。
【００８６】
上述した実施の形態において、インバータを用いて発電機３を駆動して水車１に逆転トルクを作用させるものとして説明したが、発電機３を駆動することに特に限定されるものではない。たとえば、水車１の翼のピッチを変化させることによって水流を受けるときの水車１の回転方向を逆転させるようにしてもよいし、発電機３とは別に水車１に逆転トルクを作用する電動機を設けるようにしてもよい。
【００８７】
上述の実施の形態においては、図１および図２に示した水平軸型のプロペラ式回転翼を有する水車によって流水を受けて発電を行なう発電装置を例に挙げて説明したが、このような構成を有する水車に限定されるものではない。たとえば、垂直軸型の回転翼を有する水車によって流水を受けて発電を行なう発電装置にも適用が可能である。
【００８８】
図１１は、変形例に係る水力発電装置の概略形状を示す正面図である。本変形例に係る水力発電装置は、水車１Ａと、発電機３とを含む。水車１Ａは、垂直軸型の回転翼を有し、水流により回転する。発電機３は水車１Ａの回転軸と連結されている。水車１Ａが回転すると発電機３の回転軸も回転する。
【００８９】
図４〜図６に示した制御装置およびフローチャートについては、図１１に示した水車１Ａについても同様に組み合わせて用いることができる。図４〜図６に示した制御装置およびフローチャートについては、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００９０】
垂直軸型の水車１Ａは、図１１に示すように、直線翼式であり翼の上下の先端を回転軸に向けて曲げた構成を例示したが、とくにこれに限定されるものではない。たとえば、ダリウス式、ジャイロミル式、サボニウス式、クロスフロー式、パドル式、Ｓ型ロータ式等の他の形式であっても良い。
【００９１】
本変形例に係る水力発電装置でも、水車１Ａに紐状のゴミが絡んでいたとしても、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって紐状のゴミを除去することができる。
【００９２】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
好ましくは、図１および２に示すように、水車１は、水平軸型のプロペラ式回転翼を有する。
【００９３】
好ましくは、図１１に示すように、水車１Ａは、垂直軸型の回転翼を有する。
好ましくは、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なう発電システムに、上記いずれかの水力発電装置を用いることによって、ゴミによる発電量の低下を防ぐことが可能となる。
【００９４】
［実施の形態２］
実施の形態１では、逆回転制御と正回転制御とを実行することによって水車１に付着したゴミを除去（除塵）するようにした。これに対して、実施の形態２では、発電量低下量に応じた回数だけ逆回転制御と正回転制御とを実行する。なお、実施の形態２の水力発電装置および発電システムの構成は、図１〜３に示した実施の形態１の水力発電装置の構成や変形例として説明した図１１に示す水力発電装置の構成や実施の形態１で説明した発電システムの構成と同様である。そのため、水力発電装置の構成についての詳細な説明は繰り返さない。
【００９５】
図１２は、実施の形態２の水力発電装置において制御部４ｃが実行する制御を説明するためのフローチャートである。
【００９６】
図１２を参照して、まずＳ１００において、制御部４ｃは、予め定められた条件が成立するか否かを判定する。予め定められた条件は、実施の形態１で説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００９７】
Ｓ１００において、予め定められた条件が成立したと判断された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、制御部４ｃは、Ｓ１０１〜Ｓ１１０の制御を除塵制御として実行する。なお、図１２のＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、１０８およびＳ１１０は、図４のＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０とそれぞれ同じ処理を示す。そのため、それらの処理についてその詳細な説明は繰り返さない。
【００９８】
実施の形態２の除塵制御では、実施の形態１と同様に、制御部４ｃは、逆回転制御と正回転制御とを実行するが、発電電力の回復を図りつつ、モータとしても使用する発電機３とギヤなどの機械体の寿命をなるべく伸ばすために、逆回転制御と正回転制御との実行回数（除塵制御の実行回数）をゴミの付着状況に応じて変更する。なお、除塵制御の実行回数は、実施の形態１のカウンタの上限値に相当する。ゴミの付着量は、発電電力の低下量と相関があるので、Ｓ１０１では、制御部４ｃは、発電電力の低下量に対応するカウンタ上限値を設定する。制御部４ｃは、たとえば、インバータ４ｂに設けられる電圧センサあるいは電流センサ（図示せず）から取得される電圧および電流を用いて発電電力を取得する。制御部４ｃは、予め定められた最大発電電力から取得した発電電力を減算することによって発電電力の低下量を取得する。
【００９９】
以下に、発電量の低下量と除塵制御の実行回数とをどのように対応させるかについて説明する。図１３は、除塵制御前の発電電力と、除塵制御後に回復した発電電力との関係を示す図である。
【０１００】
図１３に示すように、除塵制御前発電電力が最大発電電力に対して０〜３０％である間は、除塵制御を行なっても発電電力を十分に回復することができない。これに対して、除塵制御前発電電力が最大発電電力に対して４０％である場合は、除塵制御を実行すると、発電電力は、最大発電電力の６０％まで回復する。
【０１０１】
さらに、除塵制御前発電電力が最大発電電力に対して５０％である場合に除塵制御を実行すると、発電電力は、最大発電電力の９０％程度まで回復する。また、除塵制御前発電電力が最大発電電力の６０％以上の状態で除塵制御を実行すると、発電電力は、ほぼ１００％まで回復する。
【０１０２】
除塵制御において、水車１に絡んでいるゴミの量が多いほど、ゴミを除去し難くなる。これは、ゴミが水車１に複雑に絡んでいるため、および、ゴミが多いほど水車１の回転速度が低いので回転方向を変えた際のゴミの慣性力が十分に得られず、ゴミが浮き上がらないためであると考えられる。
【０１０３】
以上の結果より、除塵制御は、発電電力が最大発電電力の５０％になるまで低下する前に行なうことが効果的であることが分かる。したがって、上述の予め定められた条件は、発電電力が最大発電電力の５０％、好ましくは６０％になるまでに成立するように条件のしきい値を定めることが望ましい。
【０１０４】
図１４は、除塵制御の実行回数の検討を行なうためのグラフである。図１４において、縦軸は最大発電電力に対する除塵制御後発電電力の割合（％）を示し、横軸は、除塵制御の実行回数を示し、最大発電電力に対する除塵制御前発電電力の割合（％）が、２０％、３０％、４０％、５０％、７０％、９０％の６通りのデータがプロットされている。
【０１０５】
図１４では、除塵制御前発電電力が最大発電電力の２０％である場合および最大発電電力の３０％である場合には、除塵制御を何回実行しても発電電力は増加しておらず、ゴミが除去されないことが分かる。除塵制御前発電電力が最大発電電力の４０％である場合には、除塵制御を実行すると発電電力は多少回復するが、発電電力は最大発電電力の６０％以上には増加しない。
【０１０６】
除塵制御前発電電力が最大発電電力の５０％である場合には、除塵制御を実行すると４回までは発電電力は増加回復するが、５回以上実行しても発電電力は最大発電電力の９０％以上には増加しない。
【０１０７】
除塵制御前発電電力が最大発電電力の７０％である場合には、除塵制御を実行すると３回目までは発電電力は増加回復し、３回目で発電電力は、最大発電電力のほぼ１００％となる。除塵制御前発電電力が９０％である場合には、除塵制御を実行すると２回目までは発電電力は増加回復し、２回目で発電電力は、最大発電電力のほぼ１００％となる。
【０１０８】
除塵制御は、実行回数が多いと発電機３と機械体に負荷がかかり、発電機３の寿命が短くなるので、水力発電装置のように長期に連続して使用される設備では、発電電力の回復と発電機３と機械体の寿命維持の兼ね合いから適切な実行頻度とすることが望まれる。そこで、実施の形態２では、発電電力の低下量によって除塵制御の実行頻度を変更することとした。
【０１０９】
図１５は、除塵制御前発電電力と、除塵制御の実行回数との関係を示した図である。図１３で説明したように、有効に電力を回復させるために、除塵制御前発電電力が最大発電電力の５０％以上である段階で除塵制御を実行する。この場合、図１４の関係を考慮し、除塵制御の実行時に除塵制御前発電電力が最大発電電力の９０％である場合には、除塵制御の実行回数を３回とし、除塵制御前発電電力が最大発電電力の７０％である場合には、除塵制御の実行回数を４回とし、除塵制御前発電電力が最大発電電力の５０％である場合には、除塵制御の実行回数を６回とする。このように、除塵制御前発電電力が低下するほど、除塵制御の実行回数を多くする。
【０１１０】
図１２に戻って、Ｓ１０１において、制御部４ｃは、図１５に示す関係に示す除塵制御の実行回数に基づいて、発電電力の低下量に対応する数値にカウンタ上限値を決定する。続いて、Ｓ１０２において、制御部４ｃは、内蔵するカウンタをクリアする。Ｓ１０４において、制御部４ｃは、逆回転制御を実行する。その後Ｓ１０５において、制御部４ｃは、逆回転制御の実行中において設定時間（たとえば、１〜１０秒）が経過するまで待つ。
【０１１１】
次に、Ｓ１０６において、制御部４ｃは、正回転制御を実行する。その後Ｓ１０７において、制御部４ｃは、正回転制御の実行中において設定時間（たとえば、１〜１０秒）が経過するまで待つ。
【０１１２】
続いてＳ１０８において、制御部４ｃは、カウンタをインクリメントし、Ｓ１１０において、カウンタのカウント値が上限値（除塵制御の設定回数）に達したか否かを判断する。Ｓ１０８において、カウント値がまだ上限値に達していなければ、制御部４ｃは処理をＳ１１０に戻し、再び逆回転制御を実行する。
【０１１３】
一方、Ｓ１１０において、カウント値が上限値に達した場合には、制御部４ｃは、処理を終了する。
【０１１４】
上述したフローチャートに従って処理が進められることによって、制御部４ｃは、発電電力の低下量に応じて除塵制御を複数回実行する（すなわち、逆回転制御と正回転制御とを交互に複数回実行する）。
【０１１５】
図１６は、除塵制御を複数回実行した場合の回転速度の変化を示した波形図である。図１６の縦軸は、水車１の回転速度を示す。図１６の横軸は、時間を示す。たとえば、発電電力が最大発電電力の９０％である場合を想定する。図１６に示すように、予め定められた条件が成立した場合には（Ｓ１００にてＹＥＳ）、発電低下量に対応したカウンタ上限値として３が設定される（Ｓ１０１）。カウンタがクリアされると（Ｓ１０２）、時刻ｔ１〜ｔ２までの間に逆回転制御が実行される（Ｓ１０４）。そして、時刻ｔ２〜ｔ３までの間に待機した後（Ｓ１０５）、時刻ｔ３〜ｔ４までの間に正回転制御が実行される（Ｓ１０６）。水車１の回転速度が変化させられるので、水車１に付着した異物を逆回転時に浮き上がらせ、正回転時に力を加え、水流の力で下流に流すことにより、異物を取り除くことができる。したがって、異物が原因で低下した発電量を回復する効果がある。
【０１１６】
そして、時刻ｔ４〜ｔ５までの間に待機した後（Ｓ１０７）、カウンタがインクリメントされる（Ｓ１０８）。このような除塵制御が時刻ｔ５〜ｔ６の間と、時刻ｔ６〜ｔ７の間とにも実行され、合計３回行なわれる。除塵制御が１回実行されるごとに水車１に付着していたゴミが一定量除去されるため、水車１の回転抵抗が一定量だけ小さくなる。その結果、水車１の回転速度は、除塵制御前のＮ１から除塵制御が１回実行される毎に一定量だけ増加していく。
【０１１７】
なお、実施の形態２では、Ｓ１０５の設定時間、Ｓ１０７の設定時間は、カウンタの上限値まで繰り返す間、固定値を採用しているが、設定時間を変化させてもよい。
【０１１８】
以上のようにして、実施の形態２に係る水力発電装置１００によると、制御部４ｃは、発電電力の低下量が第１の値である場合には（たとえば、発電電力が最大発電電力の９０％である場合には）、逆回転制御と正回転制御とを交互に第１回数（たとえば、３回）実行する。制御装置は、発電電力の低下量が第１の値よりも大きい第２の値である場合には（たとえば、発電電力が最大発電電力の７０％である場合には）、逆回転制御と正回転制御とを交互に第１回数よりも多い第２回数（たとえば、４回）実行する。
【０１１９】
このようにすると、紐状のゴミを水車１から浮き上がらして除去することができる。したがって、水車に絡まる紐状のゴミを除去する水力発電装置および発電システムを提供することができる。
【０１２０】
［実施の形態３］
実施の形態２では、除塵制御の実行回数を、発電電力の低下量に対応して定めることによって、ゴミ除去を効果的に行ないつつ、発電機３の負荷を軽減し、発電機３と機械体の寿命を延長するようにした。これに対して、実施の形態３では、逆回転あるいは正回転させる制御パターンを変化させる。なお、実施の形態２の水力発電装置および発電システムの構成は、図１〜３に示した実施の形態１の水力発電装置の構成や変形例として説明した図１１に示す水力発電装置の構成や実施の形態１で説明した発電システムの構成と同様である。そのため、水力発電装置の構成についての詳細な説明は繰り返さない。
【０１２１】
図１７は、実施の形態３の水力発電装置において制御部４ｃが実行する制御を説明するためのフローチャートである。
【０１２２】
図１７を参照して、まずＳ２００において、制御部４ｃは、予め定められた条件が成立したか否かを判断する。予め定められた条件は、実施の形態１で説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【０１２３】
Ｓ２００において、予め定められた条件が成立したと判断された場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、制御部４ｃは、Ｓ２０２、Ｓ２０４およびＳ２０６に示される除塵制御を実行する。
【０１２４】
Ｓ２０２において、制御部４ｃは、所定のパターンで回転速度を変化させる第１制御パターンで逆回転制御と正回転制御とを実行する。第１制御パターンとしては、たとえば、発電機３の負荷が比較的小さい制御パターンが設定される。その後Ｓ２０４において、制御部４ｃは、発電電力が十分に回復したか否かを判断する。制御部４ｃは、たとえば、発電電力が判定値まで回復した（すなわち、判定値を超えている）と判断される場合に発電電力が十分に回復したと判断する。発電電力が十分に回復していない（すなわち、判定値未満である）と判断される場合には（Ｓ２０４にてＮＯ）、Ｓ２０６に処理が進められる。Ｓ２０６において、制御部４ｃは、第２制御パターンで逆回転制御と正回転制御とを実行し、その後処理を終了する。第２制御パターンは、第１制御パターンよりも発電機３の負荷が大きい制御パターンである。一方、予め定められた条件が成立しないと判断される場合や（Ｓ２００にてＮＯ）、発電電力が判定値まで回復したと判断される場合には（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、その後処理が終了される。
【０１２５】
図１８は、第１制御パターンの第１例を示した波形図である。図１９は、第１制御パターンの第２例を示した波形図である。図２０は、第１制御パターンの第３例を示した波形図である。図２１は、第２制御パターンの例を示した波形図である。図１８〜図２１のいずれのグラフも縦軸は、回転速度を示し、横軸は、時間を示す。
【０１２６】
図２１に示す第２制御パターンの波形は、逆回転制御および正回転制御の双方において発電機３に大きなトルクを発生させて水車１の回転方向を短時間で切り換えるものである。これに対して、図１８〜図２０に示す波形では、図２１よりも逆回転制御および正回転制御の双方においてゆっくりトルクを作用させて水車１の回転方向を切り換えるものである。
【０１２７】
図２１に示す第２制御パターンのように時刻ｔ４１〜ｔ４２あるいは時刻ｔ４３〜ｔ４４における発電機３に作用するトルクを大きくした方が、また、水車１の回転速度を短時間で逆方向に回転させる方が、水車１とゴミの速度差が大きくなり、より確実にゴミを除去することができる。さらに除塵制御の回数も多いほうが、より多くのゴミを除去することができる。しかし、常時図２１の波形に従って繰り返し水車１の回転速度が変化するように発電機３を制御する場合には、発電機３と機械体の負荷が大きくなり、発電機３と機械体の寿命が短縮される。そのため、発電機３も耐久性が高く大型のものを使用する必要があり、発電機３の製造コストが増加する場合がある。また、除塵制御の実行中は発電を停止する期間が生じるため、除塵制御を実行しない場合と比較して発電電力が減少する。
【０１２８】
そのため、まず、制御部４ｃは、発電機３に対して負荷が軽い第１制御パターンを適用して除塵制御を実行し、それでも発電電力が回復しない場合には、第２制御パターンを適用して除塵制御を実行する。第１制御パターンには、種々の例が考えられるので、図１８〜図２０を図示して説明する。
【０１２９】
図１８に示した例では、時刻ｔ１１〜ｔ１２の回転速度の変化が図２１の時刻ｔ４１〜ｔ４２の回転速度の変化よりも緩やかであり、時刻ｔ１３〜ｔ１４の回転速度の変化が図２１の時刻ｔ４３〜ｔ４４の回転速度の変化よりも緩やかである。そのため、図１８に示した第１制御パターンで制御される場合の発電機３の負荷は、図２１に示した第２制御パターンで制御される場合の発電機３の負荷よりも小さくなる。なお、逆回転制御と正回転制御とが実行されることによって水車１に付着していたゴミが一定量除去されるため、水車１の回転抵抗が一定量だけ小さくなる。その結果、水車１の回転速度は、逆回転制御および正回転制御の実行前のＮ１から一定量だけ増加してＮ３となる。なお、逆回転制御および正回転制御の実行後の水車１の回転速度が、逆回転制御および正回転制御の実行前と比較して増加する変化は、図１９〜図２１についても同様に発生する。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。
【０１３０】
図１９に示した例では、時刻ｔ２１〜ｔ２２の回転速度の変化が図２１の時刻ｔ４１〜ｔ４２の回転速度の変化よりも緩やかであり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の回転速度の変化が時刻ｔ４３〜ｔ４４の回転速度の変化よりも緩やかである。また、逆回転制御後の時刻ｔ２２においてすぐに正回転制御を実行しているので、図１８に示した例と比較して、発電を停止する期間を短くすることができるため、発電量の低下も少なくすることができる。
【０１３１】
図２０に示した例では、時刻ｔ３１〜ｔ３２の期間において階段状に回転速度をＮ１からＮ２まで低下させている。そのため、時刻ｔ３１〜ｔ３２の回転速度の変化が図２１の時刻ｔ４１〜ｔ４２の回転速度の変化よりもゆっくりとなっている。さらに、時刻ｔ３３〜ｔ３４の期間において階段状に回転速度Ｎ２からＮ３まで増加させている。そのため、時刻ｔ３３〜ｔ３４の回転速度の変化が図２１の時刻ｔ４１〜ｔ４２の回転速度の変化よりもゆっくりとなっている。このような制御は、水車１の慣性力が大きく、逆回転制御や正回転制御によって速やかに回転速度を変化させることがむずかしく、かつ、発電機３の制御を連続的に行なうことが難しい場合に有効である。このように、逆回転制御や正回転制御においてトルクを作用させる時間を短くして回転速度の変化を段階的に行なうことにより、除塵制御における発電機３と機械体に対する負荷を低減し、機械部品の破損を防ぐことができる。
【０１３２】
以上のようにして、実施の形態３に係る水力発電装置１００によると、制御部４ｃは、逆回転制御と正回転制御とを実行する場合に、水車１の回転速度が第１制御パターンで変化するように発電機３を制御する。制御部４ｃは、発電電力の回復が不十分であるときには、水車１の回転速度が、第１制御パターンよりも回転速度の変化率が大きい第２制御パターンで変化するように発電機３を制御する。
【０１３３】
このようにすると、発電機の負荷を軽減しつつ、発電電力の回復が不十分であるときには、確実に紐状のゴミを水車から浮き上がらして除去することができる。したがって、水車に絡まる紐状のゴミを除去する水力発電装置および発電システムを提供することができる。
【０１３４】
なお、実施の形態３においては、第１制御パターンにおける逆回転制御および正回転制御の両方が、第２制御パターンよりも回転速度がゆっくり変化するように設定されたものとして説明したが、たとえば、第１制御パターンにおける逆回転制御および正回転制御のうちの一方が、第２制御パターンよりも回転速度がゆっくり変化するように設定されてもよい。このようにしても、発電機３と機械体の負荷を低減することができる。
【０１３５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３６】
１  水車、２  増速機、３  発電機、４  制御装置、４ａ  インバータ、４ｂ  電力変換装置、４ｃ  制御部、６  回転速度センサ、１０  翼、２０  ゴミ、４０  支持部、４０ａ，４０ｂ  梁、４０ｃ  架台、４０ｄ  支柱、４０ｅ  ベース板、１００  水力発電装置。
【図１】
2018025185.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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