JP2019106801A - 水力発電システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】事前測定を行うことなく適切な出力電力の制御が行え、かつ失速状態となっても、失速状態から正常な発電状態に復帰させることができて、大きな発電電力を得ることが可能となり、かつ電力制御のオンオフの繰り返し状態となるハンチングを防止できる水力発電システムおよび制御システムを提供する。【解決手段】水車１、発電機３、および制御装置４を備える。制御装置４は、ＭＰＰＴ制御等を行う基本制御手段で基本的な制御を行う。出力電力値および回転数値により規定された失速境界条件Ｄにより失速と判定されない範囲における最大電力で発電機３の出力電力を制限する発電電力制限制御手段２０を備える。失速境界条件Ｄにはヒステリシス領域となる失速境界領域を設定する。【選択図】図２

Description

この発明は、水力発電装置を失速状態に陥らないようにし、大きな発電電力を得る水力発電システムおよび制御方法に関する。

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。水力発電装置の主な構成要素として、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を備える。
発電機より取り出す最適な電力は、流速により変化するため、前記制御装置は、流速、水車の回転速度、あるいは発電機の発電電圧を計測して、発電機より取り出す最適な電力を決定し、発電機の発電電力と最適値が一致するように制御する。

発電機より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制御する為には、事前に水路に水力発電機を設置して流速、発電電力、発電特性を計測し、最適値を設定して制御マップ等によってテーブル特性を作成する必要がある。そのため、水力発電システムの稼働までに、計測作業などのコストアップの要因が生じる。

事前の計測、最適値の設定作業を無くす方法として、山登り方等によるＭＰＰＴ制御と呼ばれる最大電力点追従制御で水力発電を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ＭＰＰＴ制御は、風力発電でも用いられている（例えば、特許文献２）。

特開２０１６−１８５００６号公報 特開２０１０−２００５３３号公報

水力発電制御装置にＭＰＰＴ制御を適用すると、水車の回転数が低下し発電電力も低下してしまう失速状態に陥ることが有り、ＭＰＰＴ制御を水力発電に適用することが困難となっている。
前記特許文献２では、風力発電におけるＭＰＰＴ制御ではあるが、失速に対処する制御が提案されている。すなわち、ＭＰＰＴ制御によって発電機の最適な動作点を探しにいく毎に、出力電圧の時間微分または出力電流の時間微分を算出して、前記動作点における出力電力と算出した出力電力の時間微分との関係が失速境界条件を満たすか否かによって失速を判定する。失速と判定されたときは、発電機の負荷を開放または軽減する。

しかし、発電機の負荷を開放または軽減することで、前記失速境界条件を満たさなくなったときに、負荷を元の値に戻すと、また直ぐに失速境界条件を満たすことになり、電力制限のオンオフの繰り返し状態となるハンチングが生じることがある。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、事前測定を行うことなく適切な出力電力の制御が行え、かつ失速状態となっても、失速状態から正常な発電状態に復帰させることができて、大きな発電電力を得ることが可能となり、かつ電力制御のハンチングを防止できる水力発電システムおよび制御方法を提供することである。

この発明の水力発電システムは、
水力で回転する水車１と、この水車１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３と、この発電機３の出力電力を調整して水車１の回転数を制御する制御装置４を備えた水力発電機システムであって、
前記制御装置４は、
前記発電機３の出力電力値を検出する出力電力検出手段１６と、
検出された前記出力電力値を記憶する出力電力記憶手段１７と、
前記発電機３の回転数を検出する回転数検出手段１８と、
検出された前記回転数を記憶する回転数記憶手段１９と、
前記記憶された出力電力値および回転数を用いて出力電力を制御する基本制御手段１３と、
前記出力電力値および回転数値により失速境界条件Ｄが設定されていて、前記失速境界条件Ｄにより失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限する発電電力制限制御手段２０とを備え、
前記失速境界条件Ｄは、失速と判定する失速判定領域Ａと非失速と判定する非失速判定領域Ｂとが、前記出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線ａ，ｂによって区分され、かつ前記判定曲線ａ，ｂには、前記基本制御手段１３の出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線ａと、前記基本制御手段１３の出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線ｂとがあって、両曲線ａ，ｂ間がヒステリシス領域の失速境界領域Ｃとなる。

この構成によると、前記制御装置４は、基本的には発電電力等を監視し、定められた制御規則に従って出力電力を制御することで水車１の回転数を制御する。
この間、前記発電電力制限制御手段２０により、失速境界条件Ｄに照らして失速と判定されない範囲における最大電力で発電機３の出力電力を制限する。この場合に、前記失速境界条件Ｄとして、ヒステリシス領域の失速境界領域Ｃを設けたため、発電電力制限制御手段２０による失速判定のオンオフの繰り返し状態となるハンチングが防止され、安定して電力制限が行える。

この発明システムにおいて、前記制御装置４は、前記基本制御手段１３が、前記発電機３の出力変動に対して、最大電力動作点を追従制御するＭＰＰＴ制御手段１３であり、前記発電電力制限制御手段２０は、前記ＭＰＰＴ制御手段１３の制御サイクル毎に判定および出力電力の制限を行うようにしてもよい。
最大電力動作点を追従制御するＭＰＰＴ制御によると、水車１が設置される現地での流速や水車回転数の事前計測作業を省略しても効率の良い発電が行える。しかし、水力発電システムにＭＰＰＴ制御を適用すると、その制御だけでは、水車１の回転数が低下し、発電電力も低下してしまう失速状態になり、正常状態に復帰させることができない場合がある。これにつき、この発明の水力発電システムによると、発電電力制限制御手段２０により失速判定を行い、失速時は出力電力の制限を行うため、失速状態の復帰が行えて、失速による発電電力低減を大きく生じさせることなく、ＭＰＰＴ制御による効率的な制御が行える。

前記ＭＰＰＴ制御手段１３を備える場合に、前記発電機３の出力電力をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段１５を備え、前記ＭＰＰＴ制御手段１３は、演算結果となる前記動作点の出力を前記ＰＷＭ制御手段１５に対してデューティー比（Ｄｕｔｙ１）で与え、前記発電電力制限制御手段２０は、前記出力電力を制限する場合、前記ＭＰＰＴ制御手段１３が出力するデューティー比（Ｄｕｔｙ１）から所定のデューティー比（Ｄｕｔｙ２）だけ減算したデューティー比（Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２）で前記ＰＷＭ制御手段１５を動作させるようにしてもよい。
この構成の場合、失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限することが、簡単な制御で行える。

この発明の水力発電システムの制御方法は、水力で回転する水車１と、この水車１の回転エネルギーを電気エネルギーに変える発電機３と、この発電機３の出力電力を調整して水車１の回転数を制御する制御装置４を備えた水力発電システムに適用される制御方法であって、
前記制御装置４による基本の制御として、前記発電機３の出力電力値および回転数を用いて、定められた規則に従い出力電力を制御し、
前記発電機３の出力電力値および回転数値により失速境界条件Ｄを設定しておき、
前記制御装置４の前記基本の制御の制御サイクル毎に、前記発電機３の出力電力値および回転数値から、前記失速境界条件Ｄにより失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限する電力制限過程（Ｓ７）を含み、
前記失速境界条件Ｄは、失速と判定する失速判定領域Ａと非失速と判定する非失速判定領域Ｂとが、前記出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線ａ，ｂによって区分され、かつ前記判定曲線ａ，ｂには、出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線ａと、出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線ｂとがあって、両曲線ａ，ｂ間がヒステリシス領域の失速境界領域Ｃとなる。

この発明の制御方法によると、この発明の水力発電システムにつき前述したと同様に、失速状態が生じても正常な発電状態に復帰させることができ、大きな発電電力を得ることが可能となる。また、ヒステリシス領域の失速境界領域Ｃを設けるため、失速判定による電力制御のハンチングが防止される。

この発明方法において、前記制御装置４は、前記基本の制御として、前記発電機３の出力変動に対して、最大電力動作点を追従制御するＭＰＰＴ制御を行い、ＭＰＰＴ制御の制御サイクル毎に、前記発電機３の出力電力値および回転数値から、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限するようにしてもよい。
ＭＰＰＴ制御によると、現地での流速や水車回転数の事前計測作業を省略しても効率の良い発電が行えるが、その制御だけでは、失速状態になった場合に正常状態に復帰させることができない場合がある。これにつき、この発明方法によると、失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限するため、失速による発電電力低減を大きく生じさせることなく、ＭＰＰＴ制御による効率的な制御が行える。

この発明の水力発電システムは、水力で回転する水車と、この水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、この発電機の出力電力を調整して水車の回転数を制御する制御装置を備えた水力発電機システムであって、前記制御装置は、前記発電機の出力電力値を検出する出力電力検出手段と、検出された前記出力電力値を記憶する出力電力記憶手段と、前記発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、検出された前記回転数を記憶する回転数記憶手段と、前記記憶された出力電力値および回転数を用いて出力電力を制御する基本制御手段と、
前記出力電力値および回転数値により失速境界条件が設定されていて、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機の出力電力を制限する発電電力制限制御手段とを備え、
前記失速境界条件は、失速と判定する失速判定領域と非失速と判定する非失速判定領域とが、出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線によって区分され、かつ前記判定曲線には、前記基本制御手段の出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線と、前記基本制御手段の出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線とがあって、両曲線間がヒステリシス領域の失速境界領域となるため、事前測定を行うことなく適切な出力電力の制御が行え、かつ失速状態となっても失速状態から正常な発電状態に復帰させることができて大きな発電電力を得ることが可能となり、かつ電力制御のハンチングを防止することができる。

この発明の水力発電システムの制御方法は、水力で回転する水車と、この水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変える発電機と、この発電機の出力電力を調整して水車の回転数を制御する制御装置を備えた水力発電システムに適用される水力発電システムの制御方法であって、前記制御装置による基本の制御として、前記発電機の出力電力値および回転数を用いて、定められた規則に従い出力電力を制御し、前記発電機の出力電力値および回転数値により失速境界条件を設定しておき、前記制御装置の前記基本の制御の制御サイクル毎に、前記発電機の出力電力値および回転数値から、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機の出力電力を制限する電力制限過程を含み、前記失速境界条件は、失速と判定する失速判定領域と非失速と判定する非失速判定領域とが、前記出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線によって区分され、かつ前記判定曲線には、出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線と、出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線とがあって、両曲線間がヒステリシス領域の失速境界領域となるため、事前測定を行うことなく適切な出力電力の制御が行え、かつ失速状態となっても失速状態から正常な発電状態に復帰させることができて大きな発電電力を得ることが可能となり、かつ電力制御のハンチングを防止することができる。

この発明の一実施形態に係る水力発電システムの概略を示す説明図である。 同水力発電システムの概念構成を示すブロック図である。 失速判定領域と非失速判定領域の参考例となる失速閾値制御グラフの説明図である。 同実施形態に設定される失速判定領域、非失速判定領域、および失速境界領域を示す失速閾値制御グラフである。 同水力発電システムで行う制御方法の手順を示す流れ図である。 同水力発電システムで用いる水力発電機の他の例の概略説明図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この水力発電システムは、水平軸型（プロペラ型）水力発電機の例である。水路（図示せず）を流れる水の運動エネルギーにより水車１が回転し、水車１の主軸２が発電機３を回転させる。発電機３は、例えば永久磁石を使用した三相同期発電機であり、主軸２にカップリング（図示せず）等で連結されている。主軸２と発電機３の間に、図６の例のように増速機２５が設けられていてもよい。
発電機２に負荷を接続して出力をとると、水車１に発電機３からトルクがかかり、水車１の回転が制動される。負荷電力を重くすると水車３の回転速度は遅くなり、負荷電力を軽くすると水車３の回転速度は速くなる。
発電機３の負荷として、制御装置４を介して負荷回路５が接続され、制御装置４は、流速に応じて発電機３のトルクを増減させ、水車が最適な回転数で回転するように制御している。制御装置４には、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等が使用される。負荷回路５は電気機器や負荷系統である。

図２は、制御装置４の具体例を示す。制御装置４は、発電機３の発電電力を負荷回路５に供給する主回路部６と、この主回路部６を制御する制御回路部７とを備え、この他に、発電電力を蓄えるバッテリー８を備えている。
主回路部６は、バッテリー８と発電３との間に、順に介在した整流器９、コンバータ１０、電流計１１、電圧計２１、およびスイッチング手段１２を有する。

整流器９は、発電機３の発電した三相交流の電力を直流に整流する機器であり、半導体スイッチング素子のハーフブリッジ回路で構成されている。
コンバータ１０は、例えば昇圧チョッパからなる。
スイッチング手段１２は、前記整流がなされた直流電力をオンオフしてバッテリー８に供給する出力電力を切り換える手段である。スイッチング手段１２は、半導体スイッチング素子であっても、有接点スイッチであってもよい。スイッチング手段１２は、ＰＷＭ制御手段１５が出力する制御信号によってオンオフの切換が可能である。

バッテリー８と負荷回路５とは並列であり、発電機３の発電電力をバーテリー８へ充電しながら、負荷回路５に給電することができる。
前記主回路部６は、発電機３の出力側にバッテリー８と負荷回路５とを並列に接続しているため、出力電圧は略一定になる。したがって、スイッチング手段１２の開閉でコンバータ１０の出力電流のデューティー比を調整することによって、発電機３の出力電力を調整することができる。

制御回路部７は、コンピュータ等からなり、この例では、基本制御手段であるＭＰＰＴ制御手段１３で基本の制御を行い、水車１の失速に対する制御を失速対応制御手段１４で行う。ＭＰＰＴ制御手段１３および失速対応制御手段１４は、いずれも、ＰＷＭ制御手段１５によるパルス幅制御で前記スイッチング手段１２を開閉制御する。すなわち、開時間と閉時間の和に対する閉時間の割合であるデューティー比を制御する。これにより、出力電力を調整する。
なお、制御回路部７は、ＭＰＰＴ制御手段１３とは別の制御方法を採る基本制御手段で基本的な制御を行うようにしてもよい。

ＭＰＰＴ制御手段１３は、発電機３の出力電力の変動に対して、発電機３の動作点が常に制御上の最大出力動作点を追従するように変化させることで、発電機３から最大の出力を取り出す制御を行う手段である。前記最大出力動作点は、ＭＰＰＴ制御手段１３でサンプリング毎に得られる動作点のうち、電流計１１で検出される負荷回路５への出力最大となる動作点である。

失速対応制御手段１４は、出力電力検出手段１６、出力電力記憶手段１７、回転数検出手段１８、回転数記憶手段１９、および発電電力制限制御手段２０を有する。
失速対応制御手段１４は、ＭＰＰＴ制御手段１３で前記動作点を探しに行く毎に、発電電力制限制御手段２０により失速境界条件Ｄと照合し、失速と判定される場合は出力電力の制限を行う。

出力電力検出手段１６は、発電機３の出力電力値を検出する手段であり、例えば前記電流計１１で検出された電流値、および電圧計２１で検出された電圧値を取り込み、電流値に電圧値を掛けた値を演算して出力電力値とする。電圧値は、バッテリー８の電圧値となる。電力計（図示せず）を設けて検出してもよい。
出力電力記憶手段１７は、出力電力検出手段１６で検出された出力電力を記憶する。記憶する出力電力値は、出力電力検出手段１６で電力検出を行う毎に更新する。
回転数検出手段１８は、発電機３に備えられた回転検出器（図示せず）のパルス等による検出出力を取り込み、発電機３の回転数を演算することなどで、発電機３の回転数を検出する。この回転数は、単位時間当たりの回転数であり、換言すれば回転速度である。前記回転検出器は、発電機３の回転数に換算できる箇所であれば、どこに設けられていてもよい。
回転数記憶手段１９は、回転数検出手段１８で検出した回転数を記憶する。記憶する回転数は、回転数記憶手段１９で回転数を検出する毎に更新する。

発電電力制限制御手段２０は、出力電力値および回転数値により失速境界条件Ｄが設定されていて、出力電力記憶手段１７に記憶されている出力電力および回転数記憶手段１９に記憶されている回転数を失速境界条件Ｄと照合し、前記失速境界条件Ｄにより失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機３の出力電力を制限する。出力電力の制限は、前記ＰＷＭ制御手段１５によりスイッチング手段１２を開閉させて制御するデューティー比を低下させることで行う。

前記失速境界条件Ｄは、図４に示すように、失速と判定する失速判定領域Ａと非失速と判定する非失速判定領域Ｂとが、前記出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線ａ，ｂによって区分されている。前記判定曲線ａ，ｂには、出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線ａと出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線ｂとがあって、両曲線ａ，ｂ間がヒステリシス領域の失速境界領域Ｃとなる。

図５と共に、図４の制御回路部７の制御動作を説明する。同図の制御は、ＭＰＰＴ制御手段１３が動作点を探しに行く毎に繰り返される。
回転数演算過程（Ｓ１）では、回転数検出手段１８により発電機３の回転数Ｎを演算し、回転数の検出値とする。電力演算過程（Ｓ２）では、出力電力検出手段１６により発電機３の出力電力値Ｐを演算して出力電力の検出値とする。
回転数記憶過程（Ｓ３）および電力記憶過程（Ｓ４）では、前記の検出された回転数Ｎおよび出力電力値Ｐを、回転数記憶手段１９出および力電力記憶手段１７にそれぞれ記憶する。 回転数と電力の演算（Ｓ１，Ｓ２）は、いずれを先に行ってもよい。

この後、ＭＰＰＴ制御手段１３は、ＭＰＰＴ制御過程（Ｓ５）で、前記の記憶された回転数Ｎおよび出力電力値ＰからＭＰＰＴ制御の演算を行って、最適電力である最大電力Ｐｍａｘを求め、ＰＷＭ制御過程（Ｓ６）で、前記最大電力Ｐｍａｘとなるデューティー比（Ｄｕｔｙ１）を演算する。

発電電力制限制御過程（Ｓ７）では、発電電力制限制御手段２０により、前記の検出され記憶された回転数Ｎおよび出力電力値Ｐを、図４の失速閾値制御グラフで規定された失速境界条件Ｄと照合して、失速状態にあるか否かを判定し、失速状態にある場合は出力電力を制限する指令を出力する。

ＰＷＭ制御過程（Ｓ８）は、基本的にはＭＰＰＴ制御手段１３から指令されたデューティー比（Ｄｕｔｙ１）で、ＰＷＭ制御手段１５によるＰＷＭ制御で出力電力の制御を行う。発電電力制限制御過程（Ｓ７）で失速状態にあると判定された場合は、ＰＷＭ制御のデューティー比を低下させる。具体的には、ＰＷＭ制御の現在のデューティー比（Ｄｕｔｙ１）から、減算用のデューティー比（Ｄｕｔｙ２）だけ減算したデューティー比（Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２）とする。減算用のデューティー比（Ｄｕｔｙ２は、図４の失速閾値制御グラフと照合して算出する。
例えば、図４の失速閾値制御グラフの判定曲線ａ，ｂと「出力電力値」とを比較して求める。

発電電力制限制御過程の、失速閾値制御マップのロジックを説明する。
計測した出力電力現在値Ｐpv[Ｗ]及び回転数Ｎpv[rpm]と、図４失速閾値制御マップの
回転数現在値Ｎpvに対応した、電力閾値上限Ｐa、及び電力閾値下限Ｐbと、上記の出力電力Ｐpvとを比較して、Ｄｕｔｙ２を決定する。
(1) Ｐpv（電力計測値）＞Ｐa（閾値上限）の時
Ｄｕｔｙ＝Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２
Ｄｕｔｙ２＝３％など予め設定した制御定数値
(2) Ｐpv（電力計測値）＝Ｐa（閾値上限）の時
Ｄｕｔｙ＝Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２
Ｄｕｔｙ２＝２％など予め設定した制御定数値
(3) Ｐa（閾値上限）＞Ｐpv（電力計測値）＞Ｐb（閾値下限）の時、
Ｄｕｔｙ＝Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２
Ｄｕｔｙ２＝１％など予め設定した制御定数値
(4) Ｐpv（電力計測値）≦Ｐb（閾値下限）の時、
Ｄｕｔｙ＝Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２
Ｄｕｔｙ２＝０％、予め設定した制御定数値

水力発電システムで制御装置４によってＭＰＰＴ制御で最大電力点を追従していると、水車１が失速状態に陥ることが有り、発電電力の大幅な低下を招くこととなる。
しかし、上記のように、失速状態を発電電力制限制御手段２０で判定し、デューティー比を低下させて発電電力を低下させることで、正常な発電状態とすることが出来る。これにより、大きな発電電力を得ることが可能となる。

上記のように失速状態を判定する場合に、図３のように失速判定領域Ａと非失速と判定する非失速判定領域Ｂとが１本の判定曲線ｄで区分されていると、失速と判定して負荷電力を低減または開放し、非失速状態となった後、水流の流速等は大きな変化がないため、再び失速し、失速判定のオンオフの繰り返し状態となるハンチングを生じることがある。

しかし、この実施形態では、前記失速境界条件として、図４のように、失速と判定する失速判定領域Ａと非失速と判定する非失速判定領域Ｂとが、２本の判定曲線ａ，ｂによって区分されている。すなわち、前記判定曲線には、出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線ａと、出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線ｂとが定められていて、両曲線間はヒステリシス領域の失速境界領域Ｃとして定められている。
失速判定曲線ａで判定するか、復帰判定曲線ｂで判定するかは、前回の制御サイクルにおいて、非失速状態と失速状態のいずれであったかをフラグ等の記憶しておき、前回が非失速状態であったときは失速判定曲線ａを用いて判定し、前回が失速状態であったときは復帰判定曲線ｂを用いて判定する。
前回の制御サイクルで失速と判定された場合、前記出力電力の失速判定曲線ａ以下となっても、失速判定状態を維持し、復帰判定曲線ｂよりも低下すると、非失速状態であると判定する。そのため、失速判定のオンオフの繰り返し状態となるハンチングが防止され、制御が安定する。

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。

１…水車
３…発電機
４…制御装置
５…負荷回路
６…主回路部
７…制御回路部
８…バッテリー
１３…ＭＰＰＴ制御手段（基本制御手段）
１４…失速対応制御手段
１５…ＰＷＭ制御手段
１６…出力電力検出手段
１７…出力電力記憶手段
１８…回転数検出手段
１９…回転数記憶手段
２０…発電電力制限制御手段
Ｄ…失速境界条件

Claims (5)

1. 水力で回転する水車と、この水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、この発電機の出力電力を調整して水車の回転数を制御する制御装置を備えた水力発電機システムであって、
   前記制御装置は、
   前記発電機の出力電力値を検出する出力電力検出手段と、
   検出された前記出力電力値を記憶する出力電力記憶手段と、
   前記発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、
   検出された前記回転数を記憶する回転数記憶手段と、
   前記記憶された出力電力値および回転数を用いて出力電力を制御する基本制御手段と、
   前記出力電力値および回転数値により失速境界条件が設定されていて、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機の出力電力を制限する発電電力制限制御手段とを備え、
   前記失速境界条件は、失速と判定する失速判定領域と非失速と判定する非失速判定領域とが、出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線によって区分され、かつ前記判定曲線には、前記基本制御手段の出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線と、前記基本制御手段の出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線とがあって、両曲線間がヒステリシス領域の失速境界領域となる、
   水力発電システム。
2. 請求項１に記載の水力発電システムにおいて、前記制御装置は、基本制御手段が、前記発電機の出力変動に対して、最大電力動作点を追従制御するＭＰＰＴ制御手段であり、前記発電電力制限制御手段は、前記ＭＰＰＴ制御手段の制御サイクル毎に判定および出力電力の制限を行う水力発電システム。
3. 請求項２に記載の水力発電システムにおいて、前記発電機の出力電力をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段を備え、前記ＭＰＰＴ制御手段は、演算結果となる前記動作点の出力を前記ＰＷＭ制御手段に対してデューティー比（Ｄｕｔｙ１）で与え、前記発電電力制限制御手段は、前記出力電力を制限する場合、前記ＭＰＰＴ制御手段が出力するデューティー比（Ｄｕｔｙ１）から所定のデューティー比（Ｄｕｔｙ２）だけ減算したデューティー比（Ｄｕｔｙ１−Ｄｕｔｙ２）で前記ＰＷＭ制御手段１５を動作させる水力発電システム。
4. 水力で回転する水車と、この水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変える発電機と、この発電機の出力電力を調整して水車の回転数を制御する制御装置を備えた水力発電システムに適用される水力発電システムの制御方法であって、
   前記制御装置による基本の制御として、前記発電機の出力電力値および回転数を用いて、定められた規則に従い出力電力を制御し、
   前記発電機の出力電力値および回転数値により失速境界条件を設定しておき、
   前記制御装置の前記基本の制御の制御サイクル毎に、前記発電機の出力電力値および回転数値から、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機の出力電力を制限する電力制限過程を含み、
   前記失速境界条件は、失速と判定する失速判定領域と非失速と判定する非失速判定領域とが、前記出力電力値および回転数値の関係を示す判定曲線によって区分され、かつ前記判定曲線には前記出力電力値が上昇したときに失速と判定する失速判定曲線と前記出力電力値が低下したときに非失速と判定する復帰判定曲線とがあって、両曲線間がヒステリシス領域の失速境界領域となる、
   水力発電システムの制御方法。
5. 請求項３に記載の水力発電システムの制御方法において、前記制御装置は、前記基本の制御として、前記発電機の出力変動に対して、最大電力動作点を追従制御するＭＰＰＴ制御を行い、ＭＰＰＴ制御の制御サイクル毎に、前記発電機の出力電力値および回転数値から、前記失速境界条件により失速と判定されない範囲における最大電力で前記発電機の出力電力を制限する水力発電システムの制御方法。

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