(57)【要約】【課題】            ダミー負荷を用いることなく、逆潮流を防止することができる水力発電方法を提供する。【解決手段】        外部の電力系統と連系された発電機を送水管路２に介設した水車により駆動し、送水管路２に設けた入口弁５を開閉操作することにより発電機の発電電力を制御する水力発電方法において、前記発電電力が外部電力系統に逆潮流しない上限の値よりも小さな制御電力値を設定し、前記発電電力が制御電力値を超えた場合に入口弁５を閉方向に動作させる。【選択図】          図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の電力系統と連系された発電機を送水管路に介設した水車により駆動し、送水管路に設けた水車弁を開閉操作することにより発電機の発電電力を制御する水力発電方法において、前記発電電力が外部電力系統に逆潮流しない上限の値よりも小さな制御電力値を設定し、前記発電電力が制御電力値を超えた場合に水車弁を閉方向に動作させることを特徴とする水力発電方法。
【請求項２】
制御電力値よりも小さい第２の制御電力値を設定し、発電電力が第２の制御電力値を超えた場合に、水車弁を現開度に維持するか、または水車弁を閉方向に動作させることを特徴とする請求項１に記載の水力発電方法。
【請求項３】
インバータを用いて発電機の励磁周波数を変えることにより水車回転数を制御し、水車に流れる水車流量または水車に作用する水車有効落差に応じて前記水車回転数を予め定めた適正な回転数に制御することを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電方法。
【請求項４】
発電機の起動時において、水車弁を開方向に動作させて、水車流量が予め設定する水車最小流量に達した時点、または水車有効落差が予め設定する水車最小有効落差に達した時点からインバータによる発電機の励磁を始めて発電を開始することを特徴とする請求項３に記載の水力発電方法。
【請求項５】
発電機の停止時において、水車弁を閉方向に動作させ、発電電力が予め定めた所定値となった時点でインバータによる発電機の励磁を止めることを特徴とする請求項３に記載の水力発電方法。
【請求項６】
水車の上流側と下流側を連通するバイパス管路に設けたバイパス弁を開閉操作することにより、送水管路を流れる全体流量、または送水管路における水車の下流側圧力を制御量として、制御量を所定の制御目標値に保つことを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電方法。
【請求項７】
水車弁またはバイパス弁の少なくとも何れかの開閉操作において制御目標値に所定幅の制御不感帯を設定することを特徴とする請求項６に記載の水力発電方法。
【請求項８】
送水管路に介設した水車と、この水車により駆動し外部の電力系統と連系された発電機と、送水管路に設けた水車弁と、水車の上流側と下流側に連通して水車と並列に設けるバイパス管路と、バイパス管路に設けたバイパス弁と、発電機の発電電力を監視するとともに前記発電電力に応じて水車弁を開閉操作し、かつバイパス弁を開閉操作して送水管路を流れる全体水量または送水管路における水車の下流側圧力を所定値に維持する制御手段を備え、制御手段に前記発電電力が外部電力系統に逆潮流しない上限の値よりも小さい制御電力値を設定し、制御手段は前記発電電力が制御電力値を超えた場合に水車弁を閉方向に動作させるとともに、バイパス弁を開方向に動作させることを特徴とする水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電方法および装置に関し、上水道や工業用水等の導水・送水・配水管路等において余剰圧力を利用して発電を行う技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の水力発電装置としては、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、水圧管の出口に水車を設け、この水車により回転駆動される発電機に対してダミー負荷を設けるもので、需要側負荷に反比例する出力電流をダミー負荷に流して発電機にかかる全負荷を一定に制御するようにしたものであって、電流量検出手段によりダミー負荷に流れる電流量を検出し、この電流量検出手段の検出値を電流量設定値の所定範囲内に保つように、コントローラによって水車の上流側に介在させた電動式入口弁の開度を自動制御するものである。
【０００３】
また、特許文献２に記載するものは、商用電力系統に連系された水力発電装置において、負荷減少による商用電力系統への逆潮流を防止するために、発電機の出力ラインに並列に接続した模擬負荷の負荷量を入力信号によって調整するものであって、受電電力計からの信号を入力する制御器によって、発電中に受電電力が実負荷の変動にかかわらず設定値以下にならないように模擬負荷量を調節のための信号を出力するものである。
【特許文献１】特開平７−２１７５２６号公報
【特許文献２】実開平１−１８０８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
商用電力系統に連系された水力発電装置で発電する発電電力が施設内の消費電力（電力負荷）を超えると、商用電力系統への逆潮流が発生する。系統連系において逆潮流が発生する場合には、系統保護のための付帯装置が必要となり、コストが高くなるため、小規模な水力発電装置では、採算を考えると逆潮流の発生を防止することが必要となる。そのために一般的にダミー負荷を用いた方法が行われているが、逆潮流を防止するためにダミー負荷を用いた場合でも、ダミー負荷という新たな機器が必要となるためコストアップとなる。
【０００５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、ダミー負荷を用いることなく、逆潮流を防止することができる水力発電方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の水力発電方法は、外部の電力系統と連系された発電機を送水管路に介設した水車により駆動し、送水管路に設けた水車弁を開閉操作することにより発電機の発電電力を制御する水力発電方法において、前記発電電力が外部電力系統に逆潮流しない上限の値よりも小さな制御電力値を設定し、前記発電電力が制御電力値を超えた場合に水車弁を閉方向に動作させるものである。
【０００７】
請求項２に係る本発明の水力発電方法は、制御電力値よりも小さい第２の制御電力値を設定し、発電電力が第２の制御電力値を超えた場合に、水車弁を現開度に維持するか、または水車弁を閉方向に動作させるものである。
【０００８】
請求項３に係る本発明の水力発電方法は、インバータを用いて発電機の励磁周波数を変えることにより水車回転数を制御し、水車に流れる水車流量または水車に作用する水車有効落差に応じて前記水車回転数を予め定めた適正な回転数に制御するものである。
【０００９】
請求項４に係る本発明の水力発電方法は、発電機の起動時において、水車弁を開方向に動作させて、水車流量が予め設定する水車最小流量に達した時点、または水車有効落差が予め設定する水車最小有効落差に達した時点からインバータによる発電機の励磁を始めて発電を開始するものである。
【００１０】
請求項５に係る本発明の水力発電方法は、発電機の停止時において、水車弁を閉方向に動作させ、発電電力が予め定めた所定値となった時点でインバータによる発電機の励磁を止めるものである。
【００１１】
請求項６に係る本発明の水力発電方法は、水車の上流側と下流側を連通するバイパス管路に設けたバイパス弁を開閉操作することにより、送水管路を流れる全体流量、または送水管路における水車の下流側圧力を制御量として、制御量を所定の制御目標値に保つものである。
【００１２】
請求項７に係る本発明の水力発電方法は、水車弁またはバイパス弁の少なくとも何れかの開閉操作において制御目標値に所定幅の制御不感帯を設定するものである。
請求項８に係る本発明の水力発電装置は、送水管路に介設した水車と、この水車により駆動し外部の電力系統と連系された発電機と、送水管路に設けた水車弁と、水車の上流側と下流側に連通して水車と並列に設けるバイパス管路と、バイパス管路に設けたバイパス弁と、発電機の発電電力を監視するとともに前記発電電力に応じて水車弁を開閉操作し、かつバイパス弁を開閉操作して送水管路を流れる全体水量または送水管路における水車の下流側圧力を所定値に維持する制御手段を備え、制御手段に前記発電電力が外部電力系統に逆潮流しない上限の値よりも小さい制御電力値を設定し、制御手段は前記発電電力が制御電力値を超えた場合に水車弁を閉方向に動作させるとともに、バイパス弁を開方向に動作させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電電力が電力上限値を超えないように水車弁を開閉操作することにより、ダミー負荷を用いることなく逆潮流を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図９に示すように、水力発電装置１は送水管路２の流量調整弁３および流量計４の下流側に介設しており、内部に収納した水車装置で誘導発電機を駆動して発電するインライン形のものである。
【００１５】
水力発電装置１の上流側には水車弁としての入口弁５と水車流量計６を設けており、水力発電装置１と並列に設けるバイパス管路７が水力発電装置１の一次側と二次側に連通し、バイパス管路７にバイパス弁８を設けている。また、水力発電装置１の下流側には出口弁９を設けている。
【００１６】
水力発電装置１を制御する制御装置（図示省略）は、入口弁（水車弁）５およびバイパス弁８の動作方向（開方向又は閉方向）と、動作状態（動作又は停止）の指示を所定の時間インターバル毎に出力して前記弁を開閉操作するとともに、誘導発電機に与える励磁周波数を水車装置に流れる水車流量に応じて可変制御する。
【００１７】
以下に上記した構成における作用を説明する。尚、初期状態において入口弁５は全閉、バイパス弁８は全開状態となっている。図１に示すように、水力発電装置１をスタートさせると、制御装置は運転状態フラグを停止状態とした後（Ｓ１−１）、下記のメインルーチンを行う。
【００１８】
このメインルーチンにおいて、流量調整弁３を自動調整するのか、手動調整するのかを確認し（Ｓ１−２）、自動または手動によって流量調整弁流量制御（Ｓ１−３）、（Ｓ１−４）を行って流量調整弁３により送水管路２を流れる全体流量を調整し、その後に水力発電装置１を自動運転するのか、手動運転するのかを確認し（Ｓ１−５）、水力発電装置１の自動運転（Ｓ１−６）または手動運転（Ｓ１−７）を行う。
【００１９】
制御装置は、自動運転（Ｓ１−６）において、図２に示すように、運転スイッチの入力（ＯＮ）を確認して（Ｓ２−１）、起動運転（Ｓ２−２）を行い、その後に運転状態フラグを定常運転状態とし（Ｓ２−３）、運転状態フラグが定常運転状態であることを確認し（Ｓ２−４）、定常運転（Ｓ２−５）を行い、停止スイッチの入力を確認した時に（Ｓ２−６）、停止運転（Ｓ２−７）を行う。
【００２０】
起動運転（Ｓ２−２）では、図３に示すように、入口弁５とバイパス弁８の動作方向を指示するとともに、弁動作を指示し（Ｓ３−１）、水車最小流量として例えば４ｍ３／ｍｉｎを最小流量設定値として設定する（Ｓ３−２）。水車最小流量は、誘導電動機が発電機として機能するのに必要な最小水車流量である。
【００２１】
そして、バイパス弁８を閉動作するとともに、入口弁５を開動作しつつ、水力発電装置１の水車装置に流れる水車流量を水車流量計６で測定する。水車装置に流れる水車流量が水車最小流量に達した時点で（Ｓ３−３）、水車流量−回転数制御（Ｓ３−４）を開始し、水車流量−回転数制御（Ｓ３−４）により、水車最小流量に対する適正励磁周波数の励磁出力を誘導発電機に与えて、適正励磁周波数に応じた同期回転数で発電を開始する（Ｓ３−５）。水車流量−回転数制御（Ｓ３−４）の詳細は後述する。
【００２２】
次に、入口弁５が全開したか、バイパス弁８が全閉したかを確認し（Ｓ３−６）し、前記何れかの状態であれば、入口弁５を停止し（Ｓ３−７）、バイパス弁８を停止する（Ｓ３−８）。
【００２３】
入口弁５とバイパス弁８が両方ともリミットに達していない場合は、弁によって流量制御を行う弁動作インターバルであるかを確認する（Ｓ３−９）。
そして、弁動作インターバルであるときに、発電電力が逆潮流しないように、発電電力の上限値を規制する制御を行う。このため、電力上限値よりも小さな値を制御電力値として設定する上位電力値を、発電電力が超えているか否かを確認する（Ｓ３−１０）。上位電力値（制御電力値）は電力上限値から安全値Ｐｗ１を減算した値である。尚、電力上限値は消費電力の平均的な経時変化パターンなどをもとにして予め設定しても良いが、負荷の現在消費電力を測定しその都度設定されるものであっても良い。
【００２４】
発電電力が上位電力値を超えている場合には、入口弁５を閉動作させる（Ｓ３−１１）。このことにより、応答の遅い水車流量を操作量とした制御であっても発電電力が電力上限値を超える前に水車流量を減らし、発電電力を小さくする方向の制御を行うことで逆潮流の発生を防止することができる。
【００２５】
発電電力が上位電力値以下である場合には、送水管路２の流量を設定流量に維持する制御を行う。このため、流量計４で測定する送水管路２の全体流量と設定流量とを比較し（Ｓ３−１２）、全体流量が設定流量を超える場合に、入口弁５を停止し（Ｓ３−１３）、バイパス弁８を閉動作させる（Ｓ３−１４）。全体流量が設定流量と等しい場合に、入口弁５を開動作させ（Ｓ３−１５）、バイパス弁８を閉動作させる（Ｓ３−１６）。全体流量が設定流量以下である場合に、入口弁５を開動作させ（Ｓ３−１７）、バイパス弁８を停止させる（Ｓ３−１８）。
【００２６】
定常運転（Ｓ２−５）では、図４に示すように、流量制御（Ｓ４−１）を行い、水車流量−回転数制御（Ｓ４−２）を行う。
流量制御（Ｓ４−１）では、図５に示すように、弁動作インターバルであるかを確認し（Ｓ５−１）、弁動作インターバルにおいて、発電電力が電力上限値に近い値として設定する上位電力値（電力上限値−Ｐｗ１）を超えているか否かを確認する（Ｓ５−２）。
【００２７】
発電電力が上位電力値（電力上限値−Ｐｗ１）を超えている場合には、逆潮流を防止するための制御を行う。すなわち、図６に示すように、起動時と同様に入口弁５を閉動作させることにより、応答の遅い水車流量を操作流量とした制御であっても、電力上限値を超える前に、水車流量を減らし、発電電力を小さくする方向の制御を行うことで逆潮流の発生を防止することができる。また、同時に送水管路２の全体流量を所定値に保つために、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ６−１）。
【００２８】
そして、送水管路２の流量を設定流量に維持するために、流量計４で測定する送水管路２の全体流量（制御量）と設定流量（制御目標値）とを比較し（Ｓ６−２）、全体流量（制御量）と設定流量（制御目標値）との差Δｆが制御不感帯（許容幅）内（−Ｈ１≦Δｆ≦Ｈ１）であるときに、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止する（Ｓ６−３）。全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より少ない場合には、バイパス弁８を開動作させ（Ｓ６−４）、全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より多い場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ６−５）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ６−６）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ６−７）。
【００２９】
このように、制御不感帯を設けることにより、ノイズ等の外乱により弁を駆動するモータが常に動作して過熱することを防止できる。
上位電力値を超えていない場合には、第２の制御電力値である準上位電力値（電力上限値−Ｐｗ２）を超えているか否かを確認する（Ｓ５−３）。準上位電力値（第２の制御電力値）は電力上限値から安全値Ｐｗ２（Ｐｗ２＞Ｐｗ１）を減算した値である。
【００３０】
発電電力が準上位電力値以下である場合には、送水管路２の流量を設定流量に維持する制御を行う。このため、流量計４で測定する送水管路２の全体流量と設定流量とを比較し（Ｓ５−４）、全体流量と設定流量との差Δｆが制御不感帯（許容幅）内（−Ｈ１≦Δｆ≦Ｈ１）であるときには、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止して（Ｓ５−５）、現流量を維持して発電することで全体流量の変動に伴う電力変動を抑制する。
【００３１】
全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より少ない場合には、入口弁５が全開であるか否かを確認し（Ｓ５−６）、全開であるときにバイパス弁８を開動作させ（Ｓ５−７）、入口弁５が全開でない場合に入口弁５を開動作させる（Ｓ５−８）。全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より多い場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ５−９）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ５−１０）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ５−１１）。
【００３２】
発電電力が準上位電力値以上で、上位電力値以下である場合には、発電電力が増加しないように水車流量の増加を抑制するために、入口弁５を停止するか、閉方向に動作させるかのいずれかの操作のみを行うことにより、さらに確実に逆潮流を防止することができる。また、送水管路２の流量を設定流量に維持するためのバイパス弁の操作を同時に行う。
【００３３】
このため、流量計４で測定する送水管路２の全体流量と設定流量とを比較し（Ｓ５−１２）、全体流量と設定流量との差Δｆが制御不感帯（許容幅）内（−Ｈ１≦Δｆ≦Ｈ１）であるときに、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止する（Ｓ５−１３）。全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より少ない場合には、バイパス弁８を開動作させ（Ｓ５−１４）、全体流量が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より多い場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ５−１５）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ５−１６）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ５−１７）。
【００３４】
起動運転時および定常運転時の水車流量−回転数制御（Ｓ３−４）、（Ｓ４−２）は、図７に示すように、回転数を変更する操作を行う回転数制御インターバルであるかを確認し（Ｓ７−１）、回転数制御インターバルであるときに、適正な励磁周波数を計算する（Ｓ７−２）。この励磁周波数は、予め定めた水車流量と適正回転数との関係において現在水車流量に対する適正な同期回転数（磁界回転数）を求め、この適正な同期回転数（磁界回転数）を実行するのに必要な励磁周波数として求める。尚、適正回転数として、現在水車流量において発電電力が最大となる回転数を用いることができる。この計算した励磁周波数計算値を励磁周波数として設定し（Ｓ７−３）、適正励磁周波数の励磁出力を誘導発電機に与え、適正励磁周波数に応じた同期回転数で発電を継続する。
【００３５】
停止運転（Ｓ２−７）は、図８に示すように、入口弁５を閉方向に動作させるとともに、バイパス弁８を開方向に動作させ（Ｓ８−１）、発電電力が０になったか否かを確認する（Ｓ８−２）。発電電力が０になった時点で、インバータを停止して発電を停止し（Ｓ８−３）、発電電力が０になるまで水車流量−回転数制御を行って発電を継続する（Ｓ８−４）。発電電力が上位電力値を超えるか否かを確認し（Ｓ８−５）、上位電力値を超える場合には入口弁５を閉動作させる（Ｓ８−６）。このことにより、停止運転においても前述と同様に逆潮流の発生を防止することができる。そして、入口弁５が全閉したか、バイパス弁８が全開したかを確認し（Ｓ８−７）、入口弁５が全閉し、かつバイパス弁８が全開したら入口弁５を停止し（Ｓ８−８）、バイパス弁８を停止する（Ｓ８−９）。
【００３６】
入口弁５が全閉してバイパス弁８が全開するまでは、送水管路２の流量を設定流量に維持するための制御を行う。このため、弁によって流量制御を行う弁動作インターバルであるかを確認し（Ｓ８−１０）、弁動作インターバルにおいて、流量計４で測定する送水管路２の全体流量と設定流量とを比較し（Ｓ８−１１）、全体流量が設定流量より多い場合に入口弁５を閉動作させ（Ｓ８−１２）、バイパス弁８を停止する（Ｓ８−１３）。全体流量が設定流量と等しい場合には、入口弁５を閉動作させ（Ｓ８−１４）、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ８−１５）。全体流量が設定流量より少ない場合には、入口弁５を停止し（Ｓ８−１６）、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ８−１７）。
【００３７】
図１０は本発明の他の実施の構成を示すものであり、図９における水車流量計６を設けないものである。この場合には、図７の水車流量−回転数制御は行えないが、発電電力の上限を規制する制御は行うことができる。
【００３８】
図１１は本発明の他の実施の構成を示すものであり、図９における流量調整弁３を用いずに、水車流量−回転数制御および発電電力の上限を規制する制御を行うことができる。
図１２は本発明の他の実施の構成を示すものであり、図９におけるバイパス弁８の位置に流量調整弁３を配置するものであり、図７の水車流量−回転数制御は行えないが、発電電力の上限を規制する制御は行うことができる。
【００３９】
図１３は本発明の他の実施の構成を示すものであり、水力発電装置１の一次側および二次側に圧力計１１、１２、１３を設けることにより、送水管路２の圧力を制御しながら発電を行うことが可能となる。
【００４０】
この構成においては、図１に示したフローの流量調整弁を圧力制御弁に、流量制御を圧力制御に置き換えたフローを用いる制御を行う。
制御装置は、自動運転（Ｓ１−６）において、図２に示すように、運転スイッチの入力（ＯＮ）を確認して（Ｓ２−１）、起動運転（Ｓ２−２）を行い、その後に運転状態フラグを定常運転状態とし（Ｓ２−３）、運転状態フラグが定常運転状態であることを確認し（Ｓ２−４）、定常運転（Ｓ２−５）を行い、停止スイッチの入力を確認した時に（Ｓ２−６）、停止運転（Ｓ２−７）を行う。
【００４１】
起動運転（Ｓ２−２）では、図１５に示すように、バイパス弁８を閉動作するとともに、入口弁５を開動作しつつ、水力発電装置１の水車装置に作用する有効落差を圧力計１１、１２によって測定する（Ｓ１５−１）。
【００４２】
水車装置に作用する水車有効落差が最小有効落差（電動機が発電機として機能するのに必要な有効落差）に達した時点で（Ｓ１５−２）、有効落差−回転数制御（Ｓ１５−３）を開始し、有効落差−回転数制御（Ｓ１５−３）により、最小有効落差に対する適正励磁周波数の励磁出力を誘導発電機に与えて、適正励磁周波数に応じた同期回転数で発電を開始する（Ｓ１５−４）。有効落差−回転数制御（Ｓ１５−３）の詳細は後述する。
【００４３】
次に、入口弁５が全開したか、バイパス弁８が全閉したかを確認し（Ｓ１５−５）し、入口弁５を停止し（Ｓ１５−６）、バイパス弁８を停止する（Ｓ１５−７）。
入口弁５とバイパス弁８が両方とも上記のリミットに達していない場合は、弁によって二次圧制御を行う弁動作インターバルであるかを確認する（Ｓ１５−８）。
【００４４】
そして、弁動作インターバルにおいて発電電力の上限を規制する制御を行う。このため、電力上限値よりも小さな値として設定する上位電力値を、発電電力が超えているか否かを確認する（Ｓ１５−９）。上位電力値（制御電力値）は電力上限値から安全値Ｐｗ１を減算した値である。
【００４５】
発電電力が上位電力値を超えている場合には、入口弁５を閉動作させ（Ｓ１５−１０）、発電電力が上位電力値以下である場合には、二次圧力を設定二次圧力に維持する制御を行う。このため、圧力計１２又は圧力計１３で測定する二次圧力（制御量）と設定二次圧力（制御目標値）とを比較し（Ｓ１５−１１）、二次圧力が設定二次圧力を超える場合に、入口弁５を停止し（Ｓ１５−１２）、バイパス弁８を閉動作させる（Ｓ１５−１３）。二次圧力が設定二次圧力と等しい場合に、入口弁５を開動作させ（Ｓ１５−１４）、バイパス弁８を閉動作させる（Ｓ１５−１５）。二次圧力が設定二次圧力以下である場合に、入口弁５を開動作させ（Ｓ１５−１６）、バイパス弁８を停止させる（Ｓ１５−１７）。
【００４６】
定常運転（Ｓ２−５）では、図１６に示すように、二次圧一定制御（Ｓ１６−１）を行い、有効落差−回転数制御（Ｓ１６−２）を行う。
二次圧一定制御（Ｓ１６−１）では、図１７に示すように、二次圧力の調整制御を行う二次圧一定制御インターバルであるかを確認し（Ｓ１７−１）、二次圧一定制御インターバルにおいて、発電電力が電力上限値より小さな値として設定する上位電力値（電力上限値−Ｐｗ１）を超えているか否かを確認する（Ｓ１７−２）。上位電力値を超えていない場合には、準上位電力値（電力上限値−Ｐｗ２）を超えているか否かを確認する（Ｓ１７−３）。準上位電力値（第２の制御電力値）は電力上限値から安全値Ｐｗ２（Ｐｗ２＞Ｐｗ１）を減算した値である。
【００４７】
発電電力が準上位電力値以下である場合には、二次圧力を設定二次圧力に維持する制御を行う。このため、圧力計１２又は圧力計１３で測定する二次圧力と設定二次圧力とを比較し（Ｓ１７−４）、その差ΔＰが制御不感帯（許容幅）内（−Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ１）であるときには、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止して（Ｓ１７−５）、現圧力を維持して発電する。
【００４８】
二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定二次圧力より少ない場合には、入口弁５が全開であるか否かを確認し（Ｓ１７−６）、全開であるときにバイパス弁８を開動作させ（Ｓ１７−７）、入口弁５が全開でない場合に入口弁５を開動作させる（Ｓ１７−８）。二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定二次圧力より大きい場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ１７−９）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ１７−１０）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ１７−１１）。このように、制御不感帯を設けることにより、ノイズ等の外乱により弁を駆動するモータが常に動作して過熱することを防止できる。
【００４９】
発電電力が準上位電力値以上で、上位電力値以下である場合には、二次圧力を設定二次圧力に維持しつつ、発電電力が増加しないように有効落差の増加を抑制し、電力の変動を抑制する制御を行う。
【００５０】
このため、圧力計１２又は圧力計１３で測定する二次圧力と設定二次圧力とを比較し（Ｓ１７−１２）、二次圧力と設定二次圧力との差ΔＰが制御不感帯（許容幅）内（−Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ１）であるときに、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止する（Ｓ１７−１３）。二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定二次圧力より少ない場合には、バイパス弁８を開動作させ（Ｓ１７−１４）。二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定二次圧力より大きい場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ１７−１５）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ１７−１６）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ１７−１７）。
【００５１】
発電電力が上位電力値（電力上限値−Ｐｗ１）を超えている場合には、逆潮流を防止するために、発電電力の上限を規制する制御を行う。このため、図１８に示すように、入口弁５を閉動作させるとともに、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ１８−１）。
【００５２】
そして、二次圧力を設定二次圧力に維持するために、圧力計１２又は圧力計１３で測定する二次圧力と設定二次圧力とを比較し（Ｓ１８−２）、二次圧力と設定二次圧力との差ΔＰが制御不感帯（許容幅）内（−Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ１）であるときに、入口弁５を停止するとともに、バイパス弁８を停止する（Ｓ１８−３）。二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定流量より少ない場合には、バイパス弁８を開動作させ（Ｓ１８−４）、二次圧力が制御不感帯（許容幅）を超えて設定二次圧力より大きい場合には、バイパス弁８が全閉であるか否かを確認し（Ｓ１８−５）、全閉であるときに入口弁５を閉動作させ（Ｓ１８−６）、バイパス弁８が全閉でない場合にバイパス弁８を閉動作させる（Ｓ１８−７）。
【００５３】
水車有効落差−回転数制御は、図１９に示すように、回転数を変更する操作を行う回転数制御インターバルであるかを確認し（Ｓ１９−１）、回転数制御インターバルであるときに、適正な励磁周波数を計算する（Ｓ１９−２）。この励磁周波数は、予め定めた水車有効落差と適正回転数との関係において現在水車有効落差（圧力計１１の測定値−圧力計１２の測定値）に対する適正な同期回転数（磁界回転数）を求め、この適正な同期回転数（磁界回転数）を実行するのに必要な励磁周波数として求める。尚、適正回転数として、現在水車有効落差において発電電力が最大となる回転数を用いることができる。この計算した励磁周波数計算値を励磁周波数として設定し（Ｓ１９−３）、適正励磁周波数の励磁出力を誘導発電機に与え、適正励磁周波数に応じた同期回転数で発電を継続する。
【００５４】
停止運転（Ｓ２−７）は、図２０に示すように、バイパス弁８を開動作させるとともに、入口弁５を閉動作させ（Ｓ２０−１）、発電電力が０になった否かを確認する（Ｓ２０−２）。発電電力が０になった時点で、インバータを停止して発電を停止し（Ｓ２０−３）、発電電力が０になるまで水車有効落差−回転数制御を行って発電を継続する。発電電力が上位電力値を超えるか否かを確認し（Ｓ２０−４）、上位電力値を超える場合には入口弁５を閉動作させる（Ｓ２０−５）。そして、入口弁５が全閉したか、バイパス弁８が全開したかを確認し（Ｓ２０−６）、入口弁５が全閉し、かつバイパス弁８が全開したら入口弁５を停止し（Ｓ２０−７）、バイパス弁８を停止する（Ｓ２０−８）。
【００５５】
入口弁５が全閉し、かつバイパス弁８が全開するまでは、二次圧力を設定二次圧力に維持するための制御を行う。このため、弁によって二次圧力制御を行う弁動作インターバルであるかを確認し（Ｓ２０−９）、弁動作インターバルにおいて、二次圧力と設定二次圧力とを比較し（Ｓ２０−１０）、二次圧力が設定二次圧力より大きい場合に入口弁５を閉動作させ（Ｓ２０−１１）、バイパス弁８を停止する（Ｓ２０−１２）。二次圧力が設定二次圧力と等しい場合には、入口弁５を閉動作させ（Ｓ２０−１３）、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ２０−１４）。二次圧力が設定二次圧力より小さい場合には、入口弁５を停止し（Ｓ２０−１５）、バイパス弁８を開動作させる（Ｓ２０−１６）。
【００５６】
図１４は送水管２の圧力を制御する本発明の他の実施の構成を示すものであり、図１３における圧力調整弁１０を用いずに水車有効落差−回転数制御および発電電力の上限を規制する制御を行うことができる。また、水車有効落差を測定する方法として、２つの圧力計の差を求めるものではなく、差圧計を用いても良い。尚、図９から図１４における出口弁９は、水力発電装置１のメンテナンス用の弁であり、通常時は全開されている。また、圧力計や流量計の前後には適宜メンテナンス用のバルブを介設してもよい。さらに、制御を簡便にするためには準上位電力値（電力上限値−ＰＷ２）による制御を省略しても良い。また、誘導発電機以外の永久磁石形発電機を用いても良い。ここで、上位電力値や準上位電力値を用いた発電電力の上限を規制する制御の効果は図９の場合と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態における水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図２】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図３】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図４】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図５】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図６】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図７】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図８】同水車流量に基づく制御を示すフローチャート図
【図９】本発明の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１０】本発明の他の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１１】本発明の他の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１２】本発明の他の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１３】本発明の他の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１４】本発明の他の実施の形態における水力発電装置を示すフローシート図
【図１５】本発明の他の実施の形態における有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【図１６】同有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【図１７】同有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【図１８】同有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【図１９】同有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【図２０】同有効落差に基づく制御を示すフローチャート図
【符号の説明】
【００５８】
１  水力発電装置
２  送水管路
３  流量調整弁
４  流量計
５  入口弁
６  水車流量計
７  バイパス管路
８  バイパス弁
９  出口弁
１０  圧力制御弁
【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】
2007016637.tif 000009
【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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