(57)【要約】【課題】制御装置の停止時であっても、流路を流れる水の流量や圧力を確保する。【解決手段】流路（1）に、流体機械（21）が配置された主路（12）と、主路（12）と並列に設けられた迂回路（13）とを設ける。そして、迂回路（13）に、非通電時には開状態となり且つ、通電時には閉状態になる開閉弁（16）を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路（1）に配置された流体機械（21）と、該流体機械（21）によって駆動される発電機（22）と、発電機に所定のトルクを発生させる制御装置（40）とを備える水力発電システムであって、
上記流路（1）は、上記流体機械（21）が配置された主路（12）と、該主路（12）と並列に設けられた迂回路（13）とを有し、
上記迂回路（13）に、非通電時には開状態となり且つ、通電時には閉状態になる開閉弁（16）を備え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、
上記水力発電システム（10）の異常を検知する異常検知手段（23,24）を備え、
上記異常検知手段（23,24）で異常が検知されると、上記開閉弁（16）への通電を停止することを特徴とする水力発電システム。
【請求項３】
請求項２において、
上記異常検知手段（23,24）は、上記流体機械（21）の有効落差を基に異常を検知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乃至３の何れか１つにおいて、
上記主路（12）に、非通電時には閉状態となり且つ、通電時には開状態になる開閉弁（15）を備え、
上記迂回路（13）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第１調整手段（71）を備え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乃至３の何れか１つにおいて、
上記流路（1）は、上記主路（12）及び上記迂回路（13）の下流側に、上記主路（12）と上記迂回路（13）とが合流した流出管（14）を有し、
上記流出管（14）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第２調整手段（81）を備え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】
流路を流れる水等の流体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、流路に流体機械としての水車が接続されている。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。この発電機の出力電力は例えば逆潮流によって電力系統に供給される。また、このような水力発電システムは、制御装置を備えている。そして、その制御装置が発電機に所定のトルクを発生させることで水車に流れる水の流量又は圧力を制御している。
【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】
しかし、水力発電システム又は電力系統に異常が発生して、電源が喪失した場合、発電機の出力電力を逆潮流させることができないので、出力電流をゼロとするために制御装置を停止させると、発電機のトルクが消失する。すると、水車が無拘束速度で回転して、流路を流れる水の流量や圧力が不足してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、電源が喪失したときであっても、流路を流れる水の流量や圧力が不足しないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、流体が流れる流路（1）に配置された流体機械（21）と、該流体機械（21）によって駆動される発電機（22）と、発電機に所定のトルクを発生させる制御装置（40）とを備える水力発電システムを対象とする。そして、上記流路（1）は、上記流体機械（21）が配置された主路（12）と、該主路（12）と並列に設けられた迂回路（13）とを有し、上記迂回路（13）に、非通電時には開状態となり且つ、通電時には閉状態になる開閉弁（16）を備えるものである。
【０００７】
第１の発明では、開閉弁（16）が通電されているときは、開閉弁（16）は閉状態となっているので、流体は迂回路（13）を流れずに、主路（12）を流れることになる。一方、電源が喪失した時には、開閉弁（16）は、通電されず、開状態となるので、流体は迂回路（13）を流れることになる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記水力発電システム（10）の異常を検知する異常検知手段（23,24）を備え、上記異常検知手段（23,24）で異常が検知されると、上記開閉弁（16）への通電を停止するものである。
【０００９】
第２の発明では、異常検知手段（23,24）で異常が検知されたときには、開閉弁（16）は開状態となり、流体が迂回路（13）を流れることになる。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、上記異常検知手段（23,24）は、上記流体機械（21）の有効落差を基に異常を検知するものである。
【００１１】
第３の発明では、流体機械（21）の有効落差が、流体機械（21）が適切に運転できない値であるときに、水力発電システム（10）に異常が発生していると判断して、流体が迂回路（13）を流れるようにすることができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３の発明の何れか１つにおいて、上記主路（12）に、非通電時には閉状態となり且つ、通電時には開状態になる開閉弁（15）を備え、上記迂回路（13）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第１調整手段（71）を備えるものである。
【００１３】
第４の発明では、電源が喪失した時には、主路に配置された開閉弁（15）は通電されずに閉状態となるので、流体は主路（12）には流れない。そして、迂回路（13）を流れる流体の圧力又は流量は、第１調整手段（71）により機械的に調整されることになる。
【００１４】
第５の発明は、第１〜３の発明の何れか１つにおいて、上記流路（1）は、上記主路（12）及び上記迂回路（13）の下流側に、上記主路（12）と上記迂回路（13）とが合流した流出管（14）を有し、上記流出管（14）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第２調整手段（81）を備えるものである。
【００１５】
第５の発明では、主路（12）と迂回路（13）とが合流した流出管（14）を流れる流体の圧力又は流量を調整することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、電源喪失時であっても、開閉弁（16）が開状態に切り替わる。このことにより、流体が迂回路（13）へ案内される。このため、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を確保することができる。
【００１７】
上記第２の発明では、電源供給時においても、水力発電システム（10）の異常により流路（1）を流れる流体の流量や圧力が不足することを抑制することができる。
【００１８】
上記第３の発明では、流体機械（21）の運転領域がキャビテーションを生じうる領域である場合や有効落差が低下して流体機械（21）の回転数が極めて小さくなる場合に、水力発電システム（10）が異常状態であると判断して流体を迂回路（13）へ案内することができる。このため、異常状態中に流体機械（21）に流体が流れることで流体機械（21）に不具合が発生する前に、流体を迂回路（13）へ案内することができる。
【００１９】
上記第４の発明では、流体は、電源喪失時に主路（12）を流れず、第１調整手段（71）が配置された迂回路（13）を流れる。このため、電源喪失時であっても、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を調整することができる。
【００２０】
上記第５の発明では、電源喪失時であっても、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態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、水力発電システムの特性マップを表したグラフである。
【図４】図４は、水力発電システムの運転動作のフロー図である。
【図５】図５は、実施形態の変形例１の図１相当図である。
【図６】図６は、実施形態の変形例２の図１相当図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例３の図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、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。
【００２３】
《実施形態》
実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態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、落差を有して流体としての水が流れるものであり、流路の一例である。本実施形態では、管路（1）は、複数の池の間に設けられている。そして管路（1）は、上流側の池に設けられた貯水槽（2）と下流側の池に設けられた受水槽（3）とを繋ぐように配置されている。
【００２５】
〈水力発電システム〉
図１に示すように、水力発電システム（10）は、水車（21）と発電機（22）とを備えている。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、制御装置としての発電機コントローラ（40）、及び系統連系インバータ（30）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（8）に供給している。この例では、電力系統（8）は、いわゆる商用電力であり、水力発電システム（10）では、商用電力への電力供給（いわゆる逆潮流）によって、いわゆる売電を行っている。
【００２６】
−水車−
水車（21）は、管路（1）の途中に配置されており、流体機械の一例である。この例では、水車（21）は、羽根車、及びケーシングを備えている。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（21）に流入した流体は、ケーシングに形成された流体流入口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（21）に流入した流体は、ケーシングに形成された流体排出口から排出される。
【００２７】
−発電機−
発電機（22）は、水車（21）の回転軸（19）に連結されて回転駆動されて、発電を行う。この例では、発電機（22）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。
【００２８】
−配管系統−
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）の流入端には貯水槽（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（21）を駆動する水が流れる主路を構成する。第２分岐管（13）は、水車（21）をバイパスする迂回路を構成する。
【００２９】
第１分岐管（12）には、上流から下流に向かって順に、流量計（17）、第１電磁弁（15）と水車（21）とが接続されている。そして水車（21）の流体流入口には第１圧力センサ（23）が、流体排出口には第２圧力センサ（24）が配置されている。また、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、開閉弁としての第２電磁弁（16）が接続されている。
【００３０】
流量計（17）は、電気によって作動するように構成されている。流量計（17）は、水車（21）を流れる水の流量（Q）を検出し、検出信号を出力する。
【００３１】
第１電磁弁（15）は、非通電時には閉状態を保ち且つ、通電時には開状態を保つノーマルクローズ式の２方向電磁弁である。なお、第１電磁弁（15）は、通常時（異常が検知されていないとき）には通電され、開状態となっている。
【００３２】
第１圧力センサ（23）は、水車（21）に流入する水の圧力を検出する。また、第２圧力センサ（24）は水車（21）から流出する水の圧力を検出する。これらの圧力センサ（23,24）は、異常検知手段を構成する。
【００３３】
第２電磁弁（16）は、非通電時には開状態を保ち且つ、通電時には閉状態を保つノーマルオープン式の２方向電磁弁である。なお、第２電磁弁（16）は、通常時（異常が検知されていないとき）には通電され、閉状態となっている。
【００３４】
−系統連系インバータ−
系統連系インバータ（30）は、インバータ部を構成する複数のスイッチング素子を備える。系統連系インバータ（30）には、発電機コントローラ（40）からの直流電力が入力される。複数のスイッチング素子をスイッチングすることで、直流電力が交流電力に変換される。系統連系インバータ（30）が生成した交流電力は、電力系統（8）に供給（逆潮流）される。
【００３５】
−発電機コントローラ−
図２に示すように、制御装置としての発電機コントローラ（40）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）と、発電機制御部（50）と、電磁弁制御部（60）とを備えている。
【００３６】
−ＡＣ／ＤＣコンバータ−
ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）は、複数のスイッチング素子を備え、発電機（22）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。ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）の出力は、平滑コンデンサによって平滑化され、系統連系インバータ（30）に出力される。
【００３７】
−発電機制御部−
発電機制御部（50）は、水車（21）を流れる水の流量（Q）を目標流量に近付ける流量制御を行う。ここで、この目標流量は、例えば管路（1）からの水が供給される供給対象の要求によって定められる。発電機コントローラ（40）には、この目標流量に相当する流量指令値（Q*）が入力される。
【００３８】
発電機制御部（50）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。発電機制御部（50）は、流量制御器（51）、トルク制御器（52）、及びＰＷＭ制御器（53）を備えている。
【００３９】
流量制御器（51）には、流量計（17）で検出した水の流量（Q）と、目標流量である流量指令値（Q*）とが入力される。ここで、流量指令値（Q*）は、上述した目標流量に対応している。流量制御器（51）は流量（Q）を流量指令値（Q*）に収束させるためのトルク指令値（T*）を算出する。
【００４０】
トルク制御器（52）には、発電機（22）の制御目標となるトルク指令値（T*）が入力される。トルク制御器（52）は、トルク指令値（T*）に従い電圧指令値（V*）を算出する。
【００４１】
ＰＷＭ制御器（53）は、トルク制御器（52）から出力された電圧指令値（V*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ（41）のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。これにより流量（Q）が流量指令値（Q*）に収束する。
【００４２】
−電磁弁制御部−
電磁弁制御部（60）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。電磁弁制御部（60）は、落差演算器（62）、落差判定部（63）、及び電磁弁制御器（64）を備えている。
【００４３】
落差演算器（62）には、第１圧力センサ（23）で検出した水車（21）の流体流入口の水の圧力（第１圧力値p1）と、第２圧力センサ（24）で検出した水車（21）の流体排出口の水の圧力（第２圧力値p2）とが入力される。落差演算器（62）は、これらの圧力値（p1,p2）の差から水車（21）の有効落差を求める。
【００４４】
落差判定部（63）は、落差演算器（62）から出力された有効落差と、流量計（17）から出力された流量（Q）とに基づいて水力発電システム（10）が異常状態であるかを判断する。
【００４５】
電磁弁制御器（64）は、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されたときは、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）を非通電状態にする。
【００４６】
〈水力発電システムの運転パラメータ〉
水力発電システム（10）の運転パラメータ、及びこれらの関係について図３を参照しながら詳細に説明する。図３に示すグラフ（特性マップ（M）ともいう）は、縦軸が水車（21）の有効落差（H）、横軸が水車（21）を流れる流量（Q）を示している。ここで、水車（21）での有効落差（H）は、貯留槽（2）の液面から受水槽（3）の液面までの間の総落差（Ho）から、貯留槽（2）の水が管路（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減じたものである。
【００４７】
有効落差（H）と流量（Q）との関係は、図３に示す流動抵抗特性線（システムロスカーブ（S）ともいう）で表すことができる。システムロスカーブ（S）は、流量（Q）＝０のときの有効落差（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つ。システムロスカーブ（S）の曲率は、図１の管路（1）に固有の値を持つ。水力発電システム（10）を含む管路（1）における流量（Q）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。即ち、水車（21）の流量（Q）と有効落差（H）に対応する点（水車（21）の運転点）は、常にシステムロスカーブ（S）上にある。
【００４８】
図３の特性マップ（M）においては、水車（21）における流量（Q）と有効落差（H）とに相関する特性として、発電機（22）のトルク値（T）、発電機（22）の回転数（回転速度）（N）、発電機（22）の発電電力（P）を表している。
【００４９】
特性マップ（M）では、発電機（22）のトルク値（T）が０の曲線（無拘束曲線（T=0）という）と、発電機（22）の回転数（N）が０又は所定の最低回転数となる曲線（動作限界曲線という）との間に、水車（21）が水流により回転可能な領域（水車領域ないし運転可能領域という）が形成される。図３において、無拘束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。
【００５０】
水車領域において、複数の等トルク曲線は無拘束曲線に沿い、特性マップ（M）上、流量（Q）の増大に応じてトルク値（T）も増大する。また、複数の等回転速度曲線は動作限界曲線に沿い、有効落差（H）が大きくなるほど回転数（N）も上昇する。システムロスカーブ（S）上においては、流量（Q）の減少に応じてトルク値（T）が減少する。また、システムロスカーブ（S）上においては、流量（Q）の増大に応じて回転数（N）が減少する。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（Q）の増大に応じて発電電力（P）も増大する。
【００５１】
以上のような特性マップ（M）の各パラメータの関係は、テーブル（数表）や、プログラム内の数式（関数）という形でメモリディバイスに格納可能である。従って、発電機コントローラ（40）は、特性マップ（M）で表される各パラメータの関係を利用することで、各種の演算や制御が可能である。
【００５２】
〈運転動作〉
水力発電システム（10）の運転動作について図４を参照しながら説明する。図４において、水力発電システム（10）の運転が開始されると、発電機コントローラ（40）は起動制御を行い、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）が通電される（ステップSt1）。この起動制御では、第１電磁弁（15）が開状態となり、第２電磁弁（16）が閉状態となるので、水は、第２分岐管（13）を流れず、第１分岐管（12）を流れる。そして、水車領域において、有効落差（H）と流量（Q）との関係は、流量（Q）＝０の点から、システムロスカーブ（S）と無拘束曲線との交点まで、無拘束曲線上を移動する。
【００５３】
そして、水車（21）の流量（Q）を目標流量に近付ける流量制御が行われる（ステップSt2）。即ち、流量制御では、発電機制御部（50）は、現在の流量（Q）と流量指令値（Q*）とからトルク指令値（T*）を算出する。ＰＷＭ制御器（53）は、トルク制御器（52）が算出した電圧指令値（V*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ（41）のスイッチング素子を制御することで、水車（21）ないし管路（1）の流量（Q）が流量指令値（Q*）に近づく。起動制御に次いで流量制御が行われる場合、有効落差（H）と流量（Q）との関係は、システムロスカーブ（S）と無拘束曲線との交点からシステムロスカーブ（S）上を移動して、流量（Q）が流量指令値（Q*）になるまで、トルクが増加することになる。
【００５４】
次いで、ステップSt3では、落差演算器（62）は、水車（21）の有効落差（H）を検出する。ステップSt4では、有効落差（H）と第１閾値（Hoptmax1）とが比較される。ここで、第１閾値（Hoptmax1）は、水車（21）の運転点がキャビテーション領域に至っているか否かを判断するための判定値であり、流量指令値（Q*）によって変化する。ステップSt4において、有効落差（H）が第１閾値（Hoptmax1）よりも大きい場合、水車（21）の運転点がキャビテーション領域にあると判断される。すると、水力発電システム（10）が異常状態であると判断される。そして、ステップSt6へ移行し、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）への通電を停止して第１及び第２電磁弁（15,16）を非通電状態にする。ステップSt4において、有効落差（H）が第１閾値（Hoptmax1）よりも小さい場合、ステップSt5へ移行する。
【００５５】
なお、ここで、キャビテーションとは、水車（21）の内部で流体が加速されることに起因し、流体の圧力が飽和水蒸気圧近くまで低下し、多数の蒸気泡が発生する現象（空洞現象）である。キャビテーションの発生に伴い多数の蒸気泡が発生し、これらの蒸気泡が消滅する際には、局所的に数万気圧という極めて高い圧力が発生する。この結果、水車（21）の性能の低下、水車（21）の表面の壊食、振動や騒音の発生等の不具合を招いてしまう。このため、本実施形態では、水車（21）の運転点がキャビテーション領域にある場合、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されるようになっている。
【００５６】
ステップSt5では、有効落差（H）と第２閾値（Hoptmin1）とが比較される。ここで、第２閾値（Hoptmin1）は、水車（21）が動作限界曲線上に至ったか否かを判断するための判定値であり、流量指令値（Q*）によって変化する。ステップSt5において、有効落差（H）が、第２閾値（Hoptmin1）よりも小さい場合、水車（21）の運転点が動作限界曲線上に至ったと判断される。すると、水力発電システム（10）が異常状態であると判断される。そして、ステップSt6へ移行し、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）への通電を停止して第１及び第２電磁弁（15,16）を非通電状態にする。ステップSt5において、有効落差（H）が第２閾値（Hoptmin1）よりも大きい場合、ステップSt2へ移行する。
【００５７】
なお、ここで動作限界曲線は、発電機（22）の回転数が０又は所定の最低回転数に至ることに起因して、発電機（22）により、水車（21）の流量（Q）を流量指令値（Q*）に制御できなくなる運転点の境界である。このため、水車（21）の運転点が動作限界曲線に至ってしまうと、その後は、流量制御を継続して実行できなくなってしまう。このため、本実施形態では、水車（21）の運転点が動作限界曲線に至る場合、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されるようになっている。
【００５８】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、電源が喪失していないときは、第２電磁弁（16）は通電されているので閉状態となっている。このため、水は第２分岐管（13）を流れずに、第１分岐管（12）を流れることになる。一方、電源喪失時には、第２電磁弁（16）は通電されずに開状態となるので、水は第２分岐管（13）に流れることになる。したがって、電源喪失時において、発電機コントローラ（40）を停止させても、第２電磁弁（16）が開状態に切り替わり、水が第２分岐管（13）へ案内される。このため、管路（1）を流れる水の流量（Q）や圧力を確保することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、水力発電システム（10）内の異常として、キャビテーション及び動作限界を検知する第１圧力センサ（23）及び第２圧力センサ（24）を備えている。そして、第１及び第２圧力センサ（23,24）は水車（21）の有効落差を基に異常を検知している。このため、電源の喪失により水が流れる管路（1）が切り替わる前であっても、水力発電システム（10）の異常により、第１分岐管（12）から第２分岐管（13）へ水が流れる管路（1）の切り換えを行うことができる。したがって、管路（1）を流れる水の流量や圧力を確保すると共に、水力発電システム（10）にキャビテーション等の異常が起きた状態で水車（21）に水が流れることを抑制することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態によれば、第１分岐管（12）における水車（21）の上流側に、非通電時には閉状態を保ち且つ、通電時には開状態を保つ第１電磁弁（15）が配置されている。このため、電源喪失時には第１電磁弁（15）は通電されずに閉状態となるので、水は第１分岐管（12）を流れない。また、異常検知手段が異常を検知したときには、第１電磁弁（15）を非通電状態にすることで、水が第１分岐管（12）を流れないようにすることができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、開閉弁として電磁弁を使用しているので、低コストかつ簡単な構成で、電源喪失時に、第１分岐管（12）から第２分岐管（13）へ水が流れる管路（1）の切り換えを行うことができる。
【００６２】
−実施形態の変形例１−
上記実施形態では、第１分岐管（12）における、水車（21）の上流側に第１電磁弁（15）を設けていたがこれに限定されない。変形例１では、図５に示すように、第１分岐管（12）における、水車（21）の上流側に第１電磁弁が設けられていない。その場合でも電源喪失時には、第２電磁弁（16）は通電されずに開状態となるので、水は第２分岐管（13）に流れることになる。このため、管路（1）を流れる水の流量（Q）を確保することができる。
【００６３】
−実施形態の変形例２−
変形例２では、図６に示すように、定流量弁や減圧弁等の無電源で機械的に流量又は圧力を調整する第１調整手段（71）が第２分岐管（13）に設けられている。このため、電源喪失時には上記調整手段により機械的に流体の流量又は圧力を調整することができるので、常時、水の流量や圧力を確保することが求められる環境であっても、水力発電システム（10）を用いることができる。さらに、電源供給時には発電機制御部（50）により水車（21）を流れる流体の流量又は圧力を調整することで、電源供給時と電源喪失時のいずれであっても常に管路（1）を流れる流体の流量又は圧力を調整することができる。
【００６４】
−実施形態の変形例３−
変形例３では、図７に示すように、定流量弁や減圧弁等の無電源で機械的に流量又は圧力を調整する第２調整手段（81）が流出管（14）に設けられている。このため、確実に流体の流量又は圧力を調整することができる。
【００６５】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、異常状態として水車（21）のキャビテーションと動作限界とを、圧力センサ（23,24）を用いて検知していたがこれに限定されない。水力発電システム（10）の異常としては、発電機の過負荷、過熱、過速度、ベアリング温度過熱や、ＡＣ／ＤＣコンバータや系統連系インバータの過電圧、過電流、機器異常、温度過熱、地絡等が挙げられる。そして異常検知手段は、これらの異常を検知するものであればよい。
【００６７】
また、電磁弁（15,16）は、電源からスイッチを介して通電可能に構成し、電磁弁制御部（60）にてスイッチを開閉するようにしてもよい。また、開閉弁としては、電磁弁に限られず、通電、非通電に応じて主弁が開閉するものであればよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、流量計（17）を用いて、水車（21）を流れる水の流量（Q）を検出していたが、これに限定されず、流量計（17）を設けなくてもよい。この場合、例えば、発電機の（22）の回転速度とトルク値（T）が分かれば上述した特性マップ（M）を用いることによって水車（21）を流れる水の流量（Q）を知ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明は、水力発電システムについて有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  管路（流路）
１０  水力発電システム
１２  第１分岐管（主路）
１３  第２分岐管（迂回路）
１５  第１電磁弁（開閉弁）
１６  第２電磁弁（開閉弁）
２１  水車（流体機械）
２２  発電機
２３  第１圧力センサ（異常検知手段）
２４  第２圧力センサ（異常検知手段）
４０  発電機コントローラ（制御装置）
【図１】
2019065736.tif 000003
【図２】
2019065736.tif 000004
【図３】
2019065736.tif 000005
【図４】
2019065736.tif 000006
【図５】
2019065736.tif 000007
【図６】
2019065736.tif 000008
【図７】
2019065736.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月24日(2019.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
流路を流れる水等の流体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、流路に流体機械としての水車が接続されている。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。この発電機の出力電力は例えば逆潮流によって電力系統に供給される。また、このような水力発電システムは、制御装置を備えている。そして、その制御装置が発電機に所定のトルクを発生させることで水車に流れる水の流量又は圧力を制御している。
【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】
しかし、水力発電システム又は電力系統に異常が発生して、電源が喪失した場合、発電機の出力電力を逆潮流させることができないので、出力電流をゼロとするために制御装置を停止させると、発電機のトルクが消失する。すると、水車が無拘束速度で回転して、流路を流れる水の流量や圧力が不足してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、電源が喪失したときであっても、流路を流れる水の流量や圧力が不足しないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、流体が流れる流路（1）に配置された流体機械（21）と、該流体機械（21）によって駆動される発電機（22）と、発電機に所定のトルクを発生させる制御装置（40）とを備える水力発電システムを対象とする。そして、上記流路（1）は、上記流体機械（21）が配置された主路（12）と、該主路（12）と並列に設けられた迂回路（13）とを有し、上記迂回路（13）に、非通電時には開状態となり且つ、通電時には閉状態になる開閉弁（16）を備え、上記水力発電システム（10）の異常を検知する異常検知手段（23,24）を備え、上記異常検知手段（23,24）で異常が検知されると、上記開閉弁（16）への通電を停止するものである。
【０００７】
第１の発明では、開閉弁（16）が通電されているときは、開閉弁（16）は閉状態となっているので、流体は迂回路（13）を流れずに、主路（12）を流れることになる。一方、電源が喪失した時には、開閉弁（16）は、通電されず、開状態となるので、流体は迂回路（13）を流れることになる。
【０００８】
第１の発明では、異常検知手段（23,24）で異常が検知されたときには、開閉弁（16）は開状態となり、流体が迂回路（13）を流れることになる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、上記異常検知手段（23,24）は、上記流体機械（21）の有効落差を基に異常を検知するものである。
【００１０】
第２の発明では、流体機械（21）の有効落差が、流体機械（21）が適切に運転できない値であるときに、水力発電システム（10）に異常が発生していると判断して、流体が迂回路（13）を流れるようにすることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１または２の発明において、上記主路（12）に、非通電時には閉状態となり且つ、通電時には開状態になる開閉弁（15）を備え、上記迂回路（13）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第１調整手段（71）を備えるものである。
【００１２】
第３の発明では、電源が喪失した時には、主路に配置された開閉弁（15）は通電されずに閉状態となるので、流体は主路（12）には流れない。そして、迂回路（13）を流れる流体の圧力又は流量は、第１調整手段（71）により機械的に調整されることになる。
【００１３】
第４の発明は、第１または２の発明において、上記流路（1）は、上記主路（12）及び上記迂回路（13）の下流側に、上記主路（12）と上記迂回路（13）とが合流した流出管（14）を有し、上記流出管（14）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第２調整手段（81）を備えるものである。
【００１４】
第４の発明では、主路（12）と迂回路（13）とが合流した流出管（14）を流れる流体の圧力又は流量を調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、電源喪失時であっても、開閉弁（16）が開状態に切り替わる。このことにより、流体が迂回路（13）へ案内される。このため、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を確保することができる。
【００１６】
上記第１の発明では、電源供給時においても、水力発電システム（10）の異常により流路（1）を流れる流体の流量や圧力が不足することを抑制することができる。
【００１７】
上記第２の発明では、流体機械（21）の運転領域がキャビテーションを生じうる領域である場合や有効落差が低下して流体機械（21）の回転数が極めて小さくなる場合に、水力発電システム（10）が異常状態であると判断して流体を迂回路（13）へ案内することができる。このため、異常状態中に流体機械（21）に流体が流れることで流体機械（21）に不具合が発生する前に、流体を迂回路（13）へ案内することができる。
【００１８】
上記第３の発明では、流体は、電源喪失時に主路（12）を流れず、第１調整手段（71）が配置された迂回路（13）を流れる。このため、電源喪失時であっても、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を調整することができる。
【００１９】
上記第４の発明では、電源喪失時であっても、流路（1）を流れる流体の流量や圧力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態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、水力発電システムの特性マップを表したグラフである。
【図４】図４は、水力発電システムの運転動作のフロー図である。
【図５】図５は、実施形態の変形例１の図１相当図である。
【図６】図６は、実施形態の変形例２の図１相当図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例３の図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、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。
【００２２】
《実施形態》
実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態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、落差を有して流体としての水が流れるものであり、流路の一例である。本実施形態では、管路（1）は、複数の池の間に設けられている。そして管路（1）は、上流側の池に設けられた貯水槽（2）と下流側の池に設けられた受水槽（3）とを繋ぐように配置されている。
【００２４】
〈水力発電システム〉
図１に示すように、水力発電システム（10）は、水車（21）と発電機（22）とを備えている。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、制御装置としての発電機コントローラ（40）、及び系統連系インバータ（30）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（8）に供給している。この例では、電力系統（8）は、いわゆる商用電力であり、水力発電システム（10）では、商用電力への電力供給（いわゆる逆潮流）によって、いわゆる売電を行っている。
【００２５】
−水車−
水車（21）は、管路（1）の途中に配置されており、流体機械の一例である。この例では、水車（21）は、羽根車、及びケーシングを備えている。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（21）に流入した流体は、ケーシングに形成された流体流入口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（21）に流入した流体は、ケーシングに形成された流体排出口から排出される。
【００２６】
−発電機−
発電機（22）は、水車（21）の回転軸（19）に連結されて回転駆動されて、発電を行う。この例では、発電機（22）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。
【００２７】
−配管系統−
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）の流入端には貯水槽（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（21）を駆動する水が流れる主路を構成する。第２分岐管（13）は、水車（21）をバイパスする迂回路を構成する。
【００２８】
第１分岐管（12）には、上流から下流に向かって順に、流量計（17）、第１電磁弁（15）と水車（21）とが接続されている。そして水車（21）の流体流入口には第１圧力センサ（23）が、流体排出口には第２圧力センサ（24）が配置されている。また、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、開閉弁としての第２電磁弁（16）が接続されている。
【００２９】
流量計（17）は、電気によって作動するように構成されている。流量計（17）は、水車（21）を流れる水の流量（Q）を検出し、検出信号を出力する。
【００３０】
第１電磁弁（15）は、非通電時には閉状態を保ち且つ、通電時には開状態を保つノーマルクローズ式の２方向電磁弁である。なお、第１電磁弁（15）は、通常時（異常が検知されていないとき）には通電され、開状態となっている。
【００３１】
第１圧力センサ（23）は、水車（21）に流入する水の圧力を検出する。また、第２圧力センサ（24）は水車（21）から流出する水の圧力を検出する。これらの圧力センサ（23,24）は、異常検知手段を構成する。
【００３２】
第２電磁弁（16）は、非通電時には開状態を保ち且つ、通電時には閉状態を保つノーマルオープン式の２方向電磁弁である。なお、第２電磁弁（16）は、通常時（異常が検知されていないとき）には通電され、閉状態となっている。
【００３３】
−系統連系インバータ−
系統連系インバータ（30）は、インバータ部を構成する複数のスイッチング素子を備える。系統連系インバータ（30）には、発電機コントローラ（40）からの直流電力が入力される。複数のスイッチング素子をスイッチングすることで、直流電力が交流電力に変換される。系統連系インバータ（30）が生成した交流電力は、電力系統（8）に供給（逆潮流）される。
【００３４】
−発電機コントローラ−
図２に示すように、制御装置としての発電機コントローラ（40）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）と、発電機制御部（50）と、電磁弁制御部（60）とを備えている。
【００３５】
−ＡＣ／ＤＣコンバータ−
ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）は、複数のスイッチング素子を備え、発電機（22）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。ＡＣ／ＤＣコンバータ（41）の出力は、平滑コンデンサによって平滑化され、系統連系インバータ（30）に出力される。
【００３６】
−発電機制御部−
発電機制御部（50）は、水車（21）を流れる水の流量（Q）を目標流量に近付ける流量制御を行う。ここで、この目標流量は、例えば管路（1）からの水が供給される供給対象の要求によって定められる。発電機コントローラ（40）には、この目標流量に相当する流量指令値（Q*）が入力される。
【００３７】
発電機制御部（50）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。発電機制御部（50）は、流量制御器（51）、トルク制御器（52）、及びＰＷＭ制御器（53）を備えている。
【００３８】
流量制御器（51）には、流量計（17）で検出した水の流量（Q）と、目標流量である流量指令値（Q*）とが入力される。ここで、流量指令値（Q*）は、上述した目標流量に対応している。流量制御器（51）は流量（Q）を流量指令値（Q*）に収束させるためのトルク指令値（T*）を算出する。
【００３９】
トルク制御器（52）には、発電機（22）の制御目標となるトルク指令値（T*）が入力される。トルク制御器（52）は、トルク指令値（T*）に従い電圧指令値（V*）を算出する。
【００４０】
ＰＷＭ制御器（53）は、トルク制御器（52）から出力された電圧指令値（V*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ（41）のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。これにより流量（Q）が流量指令値（Q*）に収束する。
【００４１】
−電磁弁制御部−
電磁弁制御部（60）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。電磁弁制御部（60）は、落差演算器（62）、落差判定部（63）、及び電磁弁制御器（64）を備えている。
【００４２】
落差演算器（62）には、第１圧力センサ（23）で検出した水車（21）の流体流入口の水の圧力（第１圧力値p1）と、第２圧力センサ（24）で検出した水車（21）の流体排出口の水の圧力（第２圧力値p2）とが入力される。落差演算器（62）は、これらの圧力値（p1,p2）の差から水車（21）の有効落差を求める。
【００４３】
落差判定部（63）は、落差演算器（62）から出力された有効落差と、流量計（17）から出力された流量（Q）とに基づいて水力発電システム（10）が異常状態であるかを判断する。
【００４４】
電磁弁制御器（64）は、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されたときは、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）を非通電状態にする。
【００４５】
〈水力発電システムの運転パラメータ〉
水力発電システム（10）の運転パラメータ、及びこれらの関係について図３を参照しながら詳細に説明する。図３に示すグラフ（特性マップ（M）ともいう）は、縦軸が水車（21）の有効落差（H）、横軸が水車（21）を流れる流量（Q）を示している。ここで、水車（21）での有効落差（H）は、貯留槽（2）の液面から受水槽（3）の液面までの間の総落差（Ho）から、貯留槽（2）の水が管路（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減じたものである。
【００４６】
有効落差（H）と流量（Q）との関係は、図３に示す流動抵抗特性線（システムロスカーブ（S）ともいう）で表すことができる。システムロスカーブ（S）は、流量（Q）＝０のときの有効落差（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つ。システムロスカーブ（S）の曲率は、図１の管路（1）に固有の値を持つ。水力発電システム（10）を含む管路（1）における流量（Q）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。即ち、水車（21）の流量（Q）と有効落差（H）に対応する点（水車（21）の運転点）は、常にシステムロスカーブ（S）上にある。
【００４７】
図３の特性マップ（M）においては、水車（21）における流量（Q）と有効落差（H）とに相関する特性として、発電機（22）のトルク値（T）、発電機（22）の回転数（回転速度）（N）、発電機（22）の発電電力（P）を表している。
【００４８】
特性マップ（M）では、発電機（22）のトルク値（T）が０の曲線（無拘束曲線（T=0）という）と、発電機（22）の回転数（N）が０又は所定の最低回転数となる曲線（動作限界曲線という）との間に、水車（21）が水流により回転可能な領域（水車領域ないし運転可能領域という）が形成される。図３において、無拘束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。
【００４９】
水車領域において、複数の等トルク曲線は無拘束曲線に沿い、特性マップ（M）上、流量（Q）の増大に応じてトルク値（T）も増大する。また、複数の等回転速度曲線は動作限界曲線に沿い、有効落差（H）が大きくなるほど回転数（N）も上昇する。システムロスカーブ（S）上においては、流量（Q）の減少に応じてトルク値（T）が減少する。また、システムロスカーブ（S）上においては、流量（Q）の増大に応じて回転数（N）が減少する。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（Q）の増大に応じて発電電力（P）も増大する。
【００５０】
以上のような特性マップ（M）の各パラメータの関係は、テーブル（数表）や、プログラム内の数式（関数）という形でメモリディバイスに格納可能である。従って、発電機コントローラ（40）は、特性マップ（M）で表される各パラメータの関係を利用することで、各種の演算や制御が可能である。
【００５１】
〈運転動作〉
水力発電システム（10）の運転動作について図４を参照しながら説明する。図４において、水力発電システム（10）の運転が開始されると、発電機コントローラ（40）は起動制御を行い、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）が通電される（ステップSt1）。この起動制御では、第１電磁弁（15）が開状態となり、第２電磁弁（16）が閉状態となるので、水は、第２分岐管（13）を流れず、第１分岐管（12）を流れる。そして、水車領域において、有効落差（H）と流量（Q）との関係は、流量（Q）＝０の点から、システムロスカーブ（S）と無拘束曲線との交点まで、無拘束曲線上を移動する。
【００５２】
そして、水車（21）の流量（Q）を目標流量に近付ける流量制御が行われる（ステップSt2）。即ち、流量制御では、発電機制御部（50）は、現在の流量（Q）と流量指令値（Q*）とからトルク指令値（T*）を算出する。ＰＷＭ制御器（53）は、トルク制御器（52）が算出した電圧指令値（V*）に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ（41）のスイッチング素子を制御することで、水車（21）ないし管路（1）の流量（Q）が流量指令値（Q*）に近づく。起動制御に次いで流量制御が行われる場合、有効落差（H）と流量（Q）との関係は、システムロスカーブ（S）と無拘束曲線との交点からシステムロスカーブ（S）上を移動して、流量（Q）が流量指令値（Q*）になるまで、トルクが増加することになる。
【００５３】
次いで、ステップSt3では、落差演算器（62）は、水車（21）の有効落差（H）を検出する。ステップSt4では、有効落差（H）と第１閾値（Hoptmax1）とが比較される。ここで、第１閾値（Hoptmax1）は、水車（21）の運転点がキャビテーション領域に至っているか否かを判断するための判定値であり、流量指令値（Q*）によって変化する。ステップSt4において、有効落差（H）が第１閾値（Hoptmax1）よりも大きい場合、水車（21）の運転点がキャビテーション領域にあると判断される。すると、水力発電システム（10）が異常状態であると判断される。そして、ステップSt6へ移行し、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）への通電を停止して第１及び第２電磁弁（15,16）を非通電状態にする。ステップSt4において、有効落差（H）が第１閾値（Hoptmax1）よりも小さい場合、ステップSt5へ移行する。
【００５４】
なお、ここで、キャビテーションとは、水車（21）の内部で流体が加速されることに起因し、流体の圧力が飽和水蒸気圧近くまで低下し、多数の蒸気泡が発生する現象（空洞現象）である。キャビテーションの発生に伴い多数の蒸気泡が発生し、これらの蒸気泡が消滅する際には、局所的に数万気圧という極めて高い圧力が発生する。この結果、水車（21）の性能の低下、水車（21）の表面の壊食、振動や騒音の発生等の不具合を招いてしまう。このため、本実施形態では、水車（21）の運転点がキャビテーション領域にある場合、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されるようになっている。
【００５５】
ステップSt5では、有効落差（H）と第２閾値（Hoptmin1）とが比較される。ここで、第２閾値（Hoptmin1）は、水車（21）が動作限界曲線上に至ったか否かを判断するための判定値であり、流量指令値（Q*）によって変化する。ステップSt5において、有効落差（H）が、第２閾値（Hoptmin1）よりも小さい場合、水車（21）の運転点が動作限界曲線上に至ったと判断される。すると、水力発電システム（10）が異常状態であると判断される。そして、ステップSt6へ移行し、第１電磁弁（15）及び第２電磁弁（16）への通電を停止して第１及び第２電磁弁（15,16）を非通電状態にする。ステップSt5において、有効落差（H）が第２閾値（Hoptmin1）よりも大きい場合、ステップSt2へ移行する。
【００５６】
なお、ここで動作限界曲線は、発電機（22）の回転数が０又は所定の最低回転数に至ることに起因して、発電機（22）により、水車（21）の流量（Q）を流量指令値（Q*）に制御できなくなる運転点の境界である。このため、水車（21）の運転点が動作限界曲線に至ってしまうと、その後は、流量制御を継続して実行できなくなってしまう。このため、本実施形態では、水車（21）の運転点が動作限界曲線に至る場合、水力発電システム（10）が異常状態であると判断されるようになっている。
【００５７】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、電源が喪失していないときは、第２電磁弁（16）は通電されているので閉状態となっている。このため、水は第２分岐管（13）を流れずに、第１分岐管（12）を流れることになる。一方、電源喪失時には、第２電磁弁（16）は通電されずに開状態となるので、水は第２分岐管（13）に流れることになる。したがって、電源喪失時において、発電機コントローラ（40）を停止させても、第２電磁弁（16）が開状態に切り替わり、水が第２分岐管（13）へ案内される。このため、管路（1）を流れる水の流量（Q）や圧力を確保することができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、水力発電システム（10）内の異常として、キャビテーション及び動作限界を検知する第１圧力センサ（23）及び第２圧力センサ（24）を備えている。そして、第１及び第２圧力センサ（23,24）は水車（21）の有効落差を基に異常を検知している。このため、電源の喪失により水が流れる管路（1）が切り替わる前であっても、水力発電システム（10）の異常により、第１分岐管（12）から第２分岐管（13）へ水が流れる管路（1）の切り換えを行うことができる。したがって、管路（1）を流れる水の流量や圧力を確保すると共に、水力発電システム（10）にキャビテーション等の異常が起きた状態で水車（21）に水が流れることを抑制することができる。
【００５９】
さらに、本実施形態によれば、第１分岐管（12）における水車（21）の上流側に、非通電時には閉状態を保ち且つ、通電時には開状態を保つ第１電磁弁（15）が配置されている。このため、電源喪失時には第１電磁弁（15）は通電されずに閉状態となるので、水は第１分岐管（12）を流れない。また、異常検知手段が異常を検知したときには、第１電磁弁（15）を非通電状態にすることで、水が第１分岐管（12）を流れないようにすることができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、開閉弁として電磁弁を使用しているので、低コストかつ簡単な構成で、電源喪失時に、第１分岐管（12）から第２分岐管（13）へ水が流れる管路（1）の切り換えを行うことができる。
【００６１】
−実施形態の変形例１−
上記実施形態では、第１分岐管（12）における、水車（21）の上流側に第１電磁弁（15）を設けていたがこれに限定されない。変形例１では、図５に示すように、第１分岐管（12）における、水車（21）の上流側に第１電磁弁が設けられていない。その場合でも電源喪失時には、第２電磁弁（16）は通電されずに開状態となるので、水は第２分岐管（13）に流れることになる。このため、管路（1）を流れる水の流量（Q）を確保することができる。
【００６２】
−実施形態の変形例２−
変形例２では、図６に示すように、定流量弁や減圧弁等の無電源で機械的に流量又は圧力を調整する第１調整手段（71）が第２分岐管（13）に設けられている。このため、電源喪失時には上記調整手段により機械的に流体の流量又は圧力を調整することができるので、常時、水の流量や圧力を確保することが求められる環境であっても、水力発電システム（10）を用いることができる。さらに、電源供給時には発電機制御部（50）により水車（21）を流れる流体の流量又は圧力を調整することで、電源供給時と電源喪失時のいずれであっても常に管路（1）を流れる流体の流量又は圧力を調整することができる。
【００６３】
−実施形態の変形例３−
変形例３では、図７に示すように、定流量弁や減圧弁等の無電源で機械的に流量又は圧力を調整する第２調整手段（81）が流出管（14）に設けられている。このため、確実に流体の流量又は圧力を調整することができる。
【００６４】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、異常状態として水車（21）のキャビテーションと動作限界とを、圧力センサ（23,24）を用いて検知していたがこれに限定されない。水力発電システム（10）の異常としては、発電機の過負荷、過熱、過速度、ベアリング温度過熱や、ＡＣ／ＤＣコンバータや系統連系インバータの過電圧、過電流、機器異常、温度過熱、地絡等が挙げられる。そして異常検知手段は、これらの異常を検知するものであればよい。
【００６６】
また、電磁弁（15,16）は、電源からスイッチを介して通電可能に構成し、電磁弁制御部（60）にてスイッチを開閉するようにしてもよい。また、開閉弁としては、電磁弁に限られず、通電、非通電に応じて主弁が開閉するものであればよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、流量計（17）を用いて、水車（21）を流れる水の流量（Q）を検出していたが、これに限定されず、流量計（17）を設けなくてもよい。この場合、例えば、発電機の（22）の回転速度とトルク値（T）が分かれば上述した特性マップ（M）を用いることによって水車（21）を流れる水の流量（Q）を知ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明は、水力発電システムについて有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１  管路（流路）
１０  水力発電システム
１２  第１分岐管（主路）
１３  第２分岐管（迂回路）
１５  第１電磁弁（開閉弁）
１６  第２電磁弁（開閉弁）
２１  水車（流体機械）
２２  発電機
２３  第１圧力センサ（異常検知手段）
２４  第２圧力センサ（異常検知手段）
４０  発電機コントローラ（制御装置）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路（1）に配置された流体機械（21）と、該流体機械（21）によって駆動される発電機（22）と、発電機に所定のトルクを発生させる制御装置（40）とを備える水力発電システムであって、
上記流路（1）は、上記流体機械（21）が配置された主路（12）と、該主路（12）と並列に設けられた迂回路（13）とを有し、
上記迂回路（13）に、非通電時には開状態となり且つ、通電時には閉状態になる開閉弁（16）を備え、
上記水力発電システム（10）の異常を検知する異常検知手段（23,24）を備え、
上記異常検知手段（23,24）で異常が検知されると、上記開閉弁（16）への通電を停止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、
上記異常検知手段（23,24）は、上記流体機械（21）の有効落差を基に異常を検知す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または２において、
上記主路（12）に、非通電時には閉状態となり且つ、通電時には開状態になる開閉弁（15）を備え、
上記迂回路（13）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第１調整手段（71）を備え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または２において、
上記流路（1）は、上記主路（12）及び上記迂回路（13）の下流側に、上記主路（12）と上記迂回路（13）とが合流した流出管（14）を有し、
上記流出管（14）に、流体の圧力又は流量を機械的に調整する第２調整手段（81）を備えることを特徴とする水力発電システム。