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　　beat365·(中国)官方网站水力发电系统pdf水力发电系统(10)包括进行压力控制的控制部(30)，在该压力控制中，控制发电机(12)以调节水轮机(11)的下游侧的流体的压力。压力控制包括一边使发电机(12)进行再生运转一边调节压力的第一控制、和一边使发电机(12)进行动力运转一边调节压力的第二控制。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113424434 A (43)申请公布日 2021.09.21 (21)申请号 1.5 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 (22)申请日 2020.03.18 代理人 徐丹邓毅 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 2019.03.28 JP H02P 9/04 (2006.01) (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2021.08.11 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2020/012138 2020.03.18 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2020/196197 JA 2020.10.01 (71)申请人 大金工业株式会社 地址 日本大阪府大阪市 (72)发明人 须原淳阿部敬宏阪本知己 权利要求书1页 说明书11页 附图11页 (54)发明名称 水力发电系统 (57)摘要 水力发电系统(10)包括进行压力控制的控 制部(30)，在该压力控制中，控制发电机(12)以 调节水轮机(11)的下游侧的流体的压力。压力控 制包括一边使发电机(12)进行再生运转一边调 节压力的第一控制、和一边使发电机(12)进行动 力运转一边调节压力的第二控制。 A 4 3 4 4 2 4 3 1 1 N C CN 113424434 A 权利要求书 1/1页 1.一种水力发电系统，其特征在于： 所述水力发电系统包括水轮机(11)、发电机(12)以及控制部(30)， 所述水轮机(11)布置在供流体流动的流路(4)中， 所述发电机(12)与所述水轮机(11)相连结， 所述控制部(30)进行压力控制，在所述压力控制中，控制所述发电机(12)以调节所述 水轮机(11)的下游侧的流体的压力， 所述压力控制包括一边使所述发电机(12)进行再生运转一边调节所述压力的第一控 制、和一边使所述发电机(12)进行动力运转一边调节所述压力的第二控制。 2.根据权利要求1所述的水力发电系统，其特征在于： 所述控制部(30)在所述压力控制中，控制所述发电机(12)以使所述水轮机(11)的下游 侧的流体的压力收敛于目标压力。 3.根据权利要求1或2所述的水力发电系统，其特征在于： 所述水力发电系统包括与所述水轮机(11)串联布置在所述流路(4)中的电动阀(15)。 4.根据权利要求3所述的水力发电系统，其特征在于： 所述控制部(30)在所述压力控制中，控制所述电动阀(15)以使所述水轮机(11)的工作 点收敛于正常运转区域。 5.根据权利要求3或4所述的水力发电系统，其特征在于： 通过所述发电机(12)进行的压力调节的响应性高于通过所述电动阀(15)进行的压力 调节的响应性。 6.根据权利要求3到5中任一项权利要求所述的水力发电系统，其特征在于： 所述水力发电系统包括旁通流路(8)和减压阀(16)， 所述旁通流路(8)绕过所述水轮机(11)和所述电动阀(15)， 所述减压阀(16)布置在所述旁通流路(8)中，并且该减压阀(16)的开度得到调节，以使 得所述压力达到规定值。 2 2 CN 113424434 A 说明书 1/11页 水力发电系统 技术领域 [0001] 本公开涉及一种水力发电系统。 背景技术 [0002] 专利文献1所公开的水力发电系统包括布置在流路中的水轮机和与水轮机相连结 的发电机。水轮机在流经流路的流体的作用下旋转。当水轮机旋转时，发电机就会被驱动。 被驱动的发电机进行发电。 [0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本公开专利公报特开2014－214710号公报 发明内容 [0006] －发明要解决的技术问题－ [0007] 在水力发电系统中，一般想到的是调节水轮机的下游侧的压力。具体而言，通过控 制再生运转中发电机的扭矩和转速，从而能够调节水轮机的下游侧的压力。然而，仅靠该控 制，所调节的压力的调节范围是有限的。 [0008] 本公开的目的在于：扩大水轮机的下游侧的压力的调节范围。 [0009] －用以解决技术问题的技术方案－ [0010] 第一方面涉及一种水力发电系统，其特征在于：所述水力发电系统包括水轮机11、 发电机12以及控制部30，所述水轮机11布置在供流体流动的流路4中，所述发电机12与所述 水轮机11相连结，所述控制部30进行压力控制，在所述压力控制中，控制所述发电机12以调 节所述水轮机11的下游侧的流体的压力，所述压力控制包括一边使所述发电机12进行再生 运转一边调节所述压力的第一控制、和一边使所述发电机12进行动力运转(powering  operation)一边调节所述压力的第二控制。 [0011] 第一方面的压力控制包括使发电机12进行动力运转的第二控制。当使发电机12进 行动力运转时，能够在比第一控制低的范围内调节水轮机11的下游侧的压力。这样一来，在 压力控制中压力的调节范围就会扩大。 [0012] 第二方面在第一方面的基础上，所述控制部30在所述压力控制中，控制所述发电 机12以使所述水轮机11的下游侧的流体的压力收敛于目标压力。 [0013] 在第二方面中，由于水轮机11的压力的调节范围扩大，所以容易使水轮机11的下 游侧的压力收敛于目标压力。 [0014] 第三方面是在第一或第二方面的基础上的水力发电系统，其特征在于：所述水力 发电系统包括与所述水轮机11串联布置在所述流路4中的电动阀15。 [0015] 在第三方面中，通过调节电动阀15的开度，使压力控制中压力的调节范围进一步 扩大。 [0016] 第四方面是在第三方面的基础上的水力发电系统，其特征在于：所述控制部30在 3 3 CN 113424434 A 说明书 2/11页 所述压力控制中，控制所述电动阀15以使所述水轮机11的工作点收敛于正常运转区域。 [0017] 在第四方面中，通过控制电动阀15，而能够抑制水轮机11的工作点脱离正常运转 区域。 [0018] 第五方面是在第三或第四方面的基础上的水力发电系统，其特征在于：通过所述 发电机12进行的压力调节的响应性高于通过所述电动阀15进行的压力调节的响应性。 [0019] 在第五方面中，通过控制发电机12beat365·(中国)官方网站，而能够使水轮机11的下游侧的压力迅速收敛 于目标压力。并且，通过第二控制，可在更大范围内调节压力。 [0020] 第六方面是在第三到第五方面中任一方面的基础上的水力发电系统，其特征在 于：所述水力发电系统包括旁通流路8和减压阀16，所述旁通流路8绕过所述水轮机11和电 动阀15，所述减压阀16布置在所述旁通流路8中，并且该减压阀16的开度得到调节，以使得 所述压力达到规定值。 [0021] 在第六方面中，由于停电等而使电动阀15关闭时或水轮机11的下游侧的流体的流 量急剧增大时，水轮机11的下游侧的压力降低。随之，减压阀16的开度变大，由此流体经由 旁通流路8被供往下游侧。这样一来，就能够抑制水轮机11的下游侧的压力降低。 附图说明 [0022] 图1是实施方式的水力发电系统和上水道的简要结构图； [0023] 图2是实施方式的水力发电系统的整体结构图； [0024] 图3是水力发电系统的特性曲线是表示流量与压力的关系的曲线图，其示出一次压力、二次压力等各特性曲 线是表示电动阀的开度与损失系数的关系的曲线是与发电机控制相关的流程图； [0028] 图7是与电动阀控制相关的流程图； [0029] 图8是示出实施方式所涉及的压力控制的具体示例的曲线图，在本示例中，禁止动 力运转； [0030] 图9是示出实施方式所涉及的压力控制的具体示例的曲线图，在本示例中，允许动 力运转； [0031] 图10是示出比较例所涉及的压力控制的具体示例的曲线是实施方式的变形例所涉及的水力发电系统和上水道的简要结构图。 具体实施方式 [0033] 下面，参照附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，以下实施方式在本质上仅 为优选的示例，并没有限制本发明、其应用对象或其用途范围的意图。 [0034] (实施方式) [0035] 图1所示的水力发电系统10应用于上水道1。本示例的水力发电系统10应用于上水 道1的末端侧。流过水力发电系统10的水(流体)被供往住宅和大厦等。 [0036] 〈上水道〉 [0037] 上水道1包括配水槽2和流路4。流路4构成配水槽2与住宅等供水对象之间的管道。 4 4 CN 113424434 A 说明书 3/11页 流路4是具有水头且供水流动的水路。 [0038] 流路4包括第一流路5和第二流路6。第一流路5形成在水轮机11的上游侧。第一流 路5形成在配水槽2与水轮机11之间。第二流路6形成在水轮机11的下游侧。第二流路6形成 在水轮机11与供水对象之间。 [0039] 〈水力发电系统〉 [0040] 如图1和图2所示，水力发电系统10包括水轮机11、发电机12、电动阀15以及压力传 感器20。如图2所示，水力发电系统10包括发电机30和并网逆变器50。 [0041] 〈水轮机〉 [0042] 水轮机11布置在流路4的中途。水轮机11包括壳体和收纳在壳体内的叶轮(省略图 示)。在叶轮的中心部，固定有旋转轴13。当水轮机11在流经流路4的水的作用下旋转时，旋 转轴13被驱动着进行旋转。 [0043] 〈发电机〉 [0044] 发电机12通过旋转轴13与水轮机11相连结。发电机12具有转子和定子(省略图 示)。转子是永磁铁埋入式转子。定子具有绕组。 [0045] 当水轮机11旋转时，由水轮机11驱动发电机12。这样一来，发电机12就会进行再生 运转。处于旋转运转中的发电机12进行发电。发电机12发出的电通过电力回路C被供往电力 系统60。电力系统60例如是商用电源。 [0046] 电力回路C构成为可将电力系统60的电供往发电机12，详情后述。当电力系统60的 电通过电力回路C被供到发电机12后，发电机12进行动力运转。处于动力运转中的发电机12 作为驱动水轮机11旋转的电机发挥作用。需要说明的是，在本实施方式中，动力运转时的水 轮机11的旋转方向与再生运转时的水轮机11的旋转方向相同。 [0047] 〈电动阀〉 [0048] 电动阀15与水轮机11串联布置在流路4中。电动阀15布置在第一流路5中。电动阀 15是电机驱动式压力调节阀。由电机调节电动阀15的开度。电动阀15调节水轮机11的有效 水头H。并且，电动阀15调节水轮机11的下游侧的压力即二次压力P2。 [0049] 〈压力传感器〉 [0050] 压力传感器20布置在第二流路6中。压力传感器20是检测水轮机11的下游侧的压 力即二次压力P2的压力检测部。由压力传感器20检测出的二次压力P2被输入发电机 30。 [0051] 〈电力回路〉 [0052] 图2所示的电力回路C具有AC/DC转换器31和并网逆变器50。电力回路C构成为可在 发电机12与电力系统之间进行双向供电。 [0053] AC/DC转换器31设在发电机30中。AC/DC转换器31包括多个开关元件。AC/DC 转换器31将发电机12发出的交流电转换为直流电，并将经转换得到的直流电输出到并网逆 变器50。AC/DC转换器31将从并网逆变器50输出的直流电转换为交流电，并将经转换得到的 交流电输出到发电机12。如上所述，AC/DC转换器31是双向转换器。 [0054] 并网逆变器50具有构成逆变部的多个开关元件。并网逆变器50将从AC/DC转换器 31输出的直流电转换为交流电，并将经转换得到的交流电供往电力系统60。并网逆变器50 将从电力系统供来的交流电转换为直流电，并将经转换得到的直流电输出到AC/DC转换器 5 5 CN 113424434 A 说明书 4/11页 31。如上所述，并网逆变器50为双向逆变器。 [0055] 〈发电机〉 [0056] 图2所示的发电机30构成控制发电机12和电动阀15的控制部。发电机控制 器30具有上述AC/DC转换器31、转速检测部32、水轮机工作点推定部33、压力检测部34、压力 控制部35、发电机控制部36以及阀控制部37。发电机30包括微型计算机和存储装置， 该存储装置中存储有用于指示该微型计算机工作的程序。 [0057] 转速检测部32检测发电机12的转速。由转速检测部32检测出的转速被输出到水轮 机工作点推定部33和发电机控制部36。水轮机工作点推定部33根据发电机12的转速和发电 机12的扭矩指令值来求出水轮机工作点。由压力传感器20检测出的二次压力P2被输入压力 检测部34。 [0058] 压力控制部35根据二次压力P2和预先设定的目标压力Po来生成发电机12的扭矩 指令值。扭矩指令值相当于用以使二次压力P2收敛于目标压力Po的发电机12的扭矩。压力 控制部35将已生成的扭矩指令值输出到发电机控制部36。 [0059] 并且，压力控制部35生成电动阀15的开度指令值。开度指令值相当于用以使水轮 机工作点收敛于正常运转区域的电动阀15的开度。压力控制部35将已生成的开度指令值输 出到阀控制部37。 [0060] 发电机控制部36控制发电机12的扭矩以使二次压力P2收敛于目标压力Po。从压力 控制部35输出的扭矩指令值和从转速检测部32输出的转速被输入发电机控制部36。发电机 控制部36根据所输入的扭矩指令值和转速来计算电压指令值。发电机控制部36根据电压指 令值来控制AC/DC转换器31的开关元件。这样一来，发电机12的扭矩就会收敛于扭矩指令 值。此处，扭矩指令值包括使发电机12进行再生运转的负扭矩指令值和使发电机12进行动 力运转的正扭矩指令值。 [0061] 阀控制部37控制电动阀15的开度以使二次压力P2收敛于目标压力Po。从压力控制 部35输出的开度指令值被输入阀控制部37。阀控制部37根据所输入的开度指令值来将规定 的控制信号输出到电动阀15。这样一来，电动阀15的开度就会收敛于开度指令值。 [0062] 〈水力发电系统和流路的特性〉 [0063] 下面参照图3和图4说明水力发电系统10和流路4的特性。 [0064] 图3是示出水轮机特性的曲线图，即所谓的特性曲线 的有效水头H，横轴表示在水轮机11中流动的流量Qbeat365·(中国)官方网站。有效水头H是用图1所示的总水头Ho减 去相当于流路阻力的水头、电动阀15的压力损失以及二次压力P2而得到的值。总水头Ho是 从配水槽2的液面到流路4的流出端之间的水头。流路阻力相当于流路4的管道阻力。 [0065] 水轮机11的有效水头H和流量Q的关系能够用图3所示的系统损耗曲线(流动阻力 特性线)表示。系统损耗曲线具有有效水头H随流量Q增大而减小的特性。与水轮机11的流量 Q和有效水头H对应的点(水轮机工作点)始终在系统损耗曲线表示等扭矩曲线和等转速曲线。等扭矩曲线的扭矩T的曲线， 沿上下方向延伸。将扭矩T为0的曲线称为飞逸特性曲线RC。等转速曲线的 转速N的曲线，沿左右方向延伸。将转速N为0或达到规定的最低转速的曲线称为水轮机极限 曲线] 将飞逸特性曲线RC与水轮机极限曲线LC之间的区域称为水轮机区域。当水轮机工 6 6 CN 113424434 A 说明书 5/11页 作点在水轮机区域中时，发电机12进行再生运转。从飞逸特性曲线RC越往右则负扭矩越大。 从水轮机极限曲线LC越往上则转速N越大。因此，发电机12存在越往图3的右上方则发电电 力越大的倾向。 [0068] 将飞逸特性曲线RC的左侧的区域称为水轮机制动区域。当水轮机工作点在水轮机 制动区域中时，发电机12进行动力运转。从飞逸特性曲线RC越往左则正扭矩越大。 [0069] 图3示出了空化曲线CC。空化曲线CC是沿着水轮机极限曲线LC延伸且位于该水轮 机极限曲线LC的内侧的曲线。当水轮机工作点在飞逸特性曲线RC与空化曲线CC之间的区域 时，在水轮机11中可能发生空化。另一方面，当水轮机工作点在空化曲线CC与水轮机极限曲 线LC之间的区域(正常运转区域)时，能够不发生空化，而进行正常运转。 [0070] 图4是表示本实施方式的水力发电系统10中的一次压力P1、二次压力P2、电动阀15 的特性的曲线的纵轴表示流体的压力，横轴表示水轮机11的流量Q。 [0071] 图4的一次压力P1示出水轮机11和电动阀15的上游侧的压力。图4所示的电动阀曲 线MC是表示经规定开度下的电动阀15减压后的压力与流量Q之间的关系的曲线。因此，例如 与水轮机工作点(图4所示的空心点)对应的流量Q下的一次压力P1与电动阀曲线的减压量。电动阀曲线MC表现为其开度越大则以沿着一次压力P1延伸的方式成为 越平缓的曲线。电动阀曲线MC表现为其开度越小则以沿着飞逸特性曲线RC延伸的方式成为 越陡峭的曲线] 二次侧特性曲线的下游侧的压力损失与流量的关系的曲线C可以说是将相同流量Q下电动阀曲线MC的压力与系统损耗曲线的有效 水头H的差连结而成的曲线。因此，水轮机工作点始终在二次侧特性曲线C上。二次侧特性 曲线C表现为流量Q越大则越向右下倾倒的平缓曲线。二次侧特性曲线C表现为流量Q越 小则越向左上立起的陡峭曲线所示的水轮机工作点对应的流量Q下，电动阀曲线 MC与二次侧特性曲线示出了上述飞逸特性曲线RC、水轮机极限曲线LC以及空化曲线CC。飞逸特性曲 线RC的左侧的阴影线所示的区域是上述水轮机制动区域(动力区域)。水轮机极限曲线LC与 空化曲线CC之间的区域是正常运转区域。在图4中，水轮机极限曲线的开 度越大则以沿着一次压力P1延伸的方式成为越平缓的曲线。水轮机极限曲线的开度越小则以沿着飞逸特性曲线RC延伸的方式成为越陡峭的曲线中，飞逸特 性曲线的开度越大则越平缓的曲线的开度越小则越陡峭的 曲线所示的各参数的关系作为表和函数等的数据，存储到发电机30的 存储装置中。因此，发电机30能够利用该数据求出各种指标。 [0075] －运转动作－ [0076] 下面说明水力发电系统10的运转动作。 [0077] 〈基本动作〉 [0078] 下面参照图1和图2说明水力发电系统10的基本动作。 [0079] 配水槽2中的水流经流路4。流路4中的水通过电动阀15后，流经水轮机11。当水轮 机11在水流的作用下旋转时，发电机12进行发电。该状态的发电机12进行再生运转。 [0080] 发电机12产生的交流电在AC/DC转换器31中被转换为直流电。在AC/DC转换器31中 7 7 CN 113424434 A 说明书 6/11页 转换而成的直流电在并网逆变器50中被转换为交流电，并供往电力系统60。 [0081] 〈压力控制的问题〉 [0082] 在应用了水力发电系统10的流路4中，需要将水轮机11的二次压力P2维持在目标 压力Po。然而，二次压力P2会随流路4下游侧的水的消耗量的变化而产生变化。例如在深夜， 住宅等的水的消耗量几乎为零。因此，供往住宅等的流量减少，随之二次压力P2有时会急剧 上升。其结果是，可能无法将二次压力P2维持在目标压力Po，无法满足上水道1的要求。 [0083] 如图4所示，降低二次压力P2的控制有以下两种：控制电动阀15，调节电动阀15的 减压量的控制(电动阀控制)；以及控制发电机12，调节水轮机11的减压量的控制(发电机控 制)。 [0084] 通过电动阀15进行的压力调节的响应性远远低于通过发电机12进行的压力调节 的响应性，存在无法迅速降低二次压力P2的问题。具体而言，因为电动阀15由电机驱动，所 以响应性较低。并且，电动阀15具有其开度必须相对较小才能够获得充分的减压量的特性。 该特性助长了通过电动阀15进行的压力调节的响应性下降。 [0085] 图5是示出电动阀的开度(％)与损失系数的关系之一例的曲线图。损失系数是示 出电动阀的减压量的指标。在图5所示的电动阀的特性中，其开度减小到约20％以下时，损 失系数会急剧增大。换言之，电动阀必须开度减小到约20％以下，才能够得到充分的减压 量。因此，在电动阀控制中，当二次压力P2急剧上升时，可能无法使该二次压力P2迅速收敛 于目标压力Po。 [0086] 另一方面，在发电机控制中，存在压力调节的范围有限这一问题。通过发电机12进 行的压力调节的响应性远远高于通过电动阀15进行的压力调节的响应性。因此，在发电机 12的再生运转中，通过减小负扭矩(接近0)，能够减小流量Q，进而能够降低二次压力P2。然 而，需要说明的是，在再生运转中，即使让扭矩T减小到零，二次压力P2有时也不会达到目标 压力Po。 [0087] 在既执行发电机控制又执行电动阀控制的压力控制中，也会产生类似的问题。参 照图10的比较例详细说明这一点。需要说明的是，比较例的水力发电系统具有与图1相同的 构造。 [0088] 图10是与图4对应的曲线、电动阀曲线MC、二次侧特性 曲线C、水轮机极限曲线LC以及飞逸特性曲线一样，空化曲线CC比水轮机极限曲 线LC略靠内侧，未图示。 [0089] 在图10(A)的状态下，a位置的水轮机工作点位于二次侧特性曲线C与目标压力 Po的交点上。因此，二次压力P2维持在目标压力Po上。如果从该状态起，例如住宅等的水的 消耗量几乎变为零，二次压力P2急剧上升，则如图10(B)所示，水轮机工作点从a位置移动到 b位置。 [0090] 为了降低二次压力P2，假设同时进行上述电动阀控制和发电机控制。通过发电机 12进行的压力控制的响应性高于通过电动阀15进行的压力控制的响应性。因此，通过发电 机控制减小发电机12的扭矩，水轮机工作点从b位置移动到f位置。在图10(C)的状态下，f位 置的水轮机工作点位于二次侧特性曲线C与飞逸特性曲线的扭矩 为零，无法一边进行再生运转一边继续降低二次压力P2。 [0091] 另一方面，虽然滞后于发电机12的控制，但电动阀15的开度也逐渐变小。其结果 8 8 CN 113424434 A 说明书 7/11页 是，如图10(D)所示，水轮机工作点从f位置移动到g位置，二次压力P2收敛于目标压力Po。在 水轮机工作点从图10(C)移动到图10(D)的过程中，为了使电动阀15的开度收敛于目标开 度，例如要花费20秒到30秒左右。因此，在比较例的压力控制中，也可能因电动阀15的响应 滞后而无法满足上水道1的要求。 [0092] －本实施方式的压力控制－ [0093] 本实施方式考虑到上述问题，在一边进行再生运转一边调节二次压力P2的第一控 制的基础上，还执行一边进行动力运转一边调节二次压力P2的第二控制。下面参照图3、图6 ～图8详细说明本示例的压力控制。在本示例的压力控制中，以下所述的发电机控制和电动 阀控制在同一期间进行。下面详细说明各控制。 [0094] 〈发电机控制〉 [0095] 图6是与本实施方式的发电机控制相关的流程图。在步骤ST1中，由压力传感器20 检测二次压力P2。在步骤ST2，对压力偏差ΔP和阈值Ps进行比较。压力偏差ΔP是检测出的 二次压力P2与目标压力Po之差(ΔP＝P2－Po)。在步骤ST2中，当压力偏差ΔP大于阈值Ps 时，进入步骤ST3。在步骤ST2中，当压力偏差ΔP在阈值Ps以下时，进入步骤ST4。 [0096] 在步骤ST3中，允许动力运转的标志成立。通过允许动力运转，能够扩大二次压力 P2的调节范围的下限。这样一来，当压力偏差ΔP大于阈值Ps时，也能够使二次压力P2收敛 于目标压力Po。 [0097] 在步骤ST4中，禁止动力运转的标志成立。当压力偏差ΔP在阈值Ps以下时beat365·(中国)官方网站，能够仅 靠再生运转使二次压力P2收敛于目标压力Po。 [0098] 在步骤ST5中，压力控制部35生成扭矩指令值。如上所述，扭矩指令值相当于用于 使二次压力P2收敛于目标压力Po的发电机12的扭矩。在步骤ST5中，当禁止动力运转的标志 成立时，扭矩指令值的范围被限制在从图3的扭矩T＝0到规定的负扭矩值为止的范围。换言 之，扭矩指令值被限制在使发电机12仅进行再生运转的范围。 [0099] 在步骤ST5中，当允许动力运转的标志成立时，在从图3的规定的正扭矩值到规定 的负扭矩值为止的范围内生成扭矩指令值。换言之，扭矩指令值的范围不仅包括发电机12 进行再生运转的区域(水轮机区域)，还包括发电机12进行动力运转的区域(水轮机制动区 域或动力区域)。 [0100] 在步骤ST5中，当允许动力运转的标志成立时，严格来讲，优选为正扭矩指令值设 定上限值，以使水轮机工作点不会到达逆转泵区域。逆转泵区域是发电机12进行动力运转 时，由于正扭矩过大，导致流量Q随水轮机11的旋转而变为负值的区域。当水轮机工作点到 达逆转泵区域时，水会相对于水轮机11的水流的顺流方向逆流。于是，在允许动力运转的第 二控制中，优选对发电机12进行控制，以保证一边进行动力运转一边使流体沿水轮机11的 顺流方向流动。此处所说的“顺流方向”是指在通常状态的流路4中，水从上游侧向下游侧流 动的方向。 [0101] 在步骤ST5中生成扭矩指令值后，进入步骤ST6。在步骤ST6中，发电机12的扭矩收 敛于扭矩指令值，进而使二次压力P2收敛于目标压力Po。 [0102] 当禁止动力运转时，仅执行一边使发电机12进行再生运转一边调节二次压力P2的 第一控制，详情后述。当允许动力运转时，执行一边使发电机12进行再生运转一边调节二次 压力P2的第一控制、和一边使发电机12进行动力运转一边调节二次压力P2的第二控制。 9 9 CN 113424434 A 说明书 8/11页 [0103] 〈电动阀控制〉 [0104] 图7是与本实施方式的电动阀控制相关的流程图。在步骤ST10中，转速检测部32检 测发电机12的转速。在步骤ST11中，水轮机工作点推定部33推定当前的水轮机工作点。水轮 机工作点推定部33例如基于与图3所示的特性曲线相关的数据，根据发电机12的转速N和扭 矩T来求出水轮机工作点。将压力控制部35生成的扭矩指令值用作相当于扭矩T的指标。需 要说明的是，水轮机工作点推定部33例如也能够通过测量水轮机11的流量Q或测量发电机 12产生的电，来求出水轮机工作点。 [0105] 在步骤ST12中，判断在步骤ST11中求出的水轮机工作点是否在正常运转区域。该 判断由压力控制部35进行。如上所述，正常运转区域是指空化曲线CC与水轮机极限曲线LC 之间的区域。在步骤ST12中，如果判断出水轮机工作点在正常运转区域，则不执行通过电动 阀15进行的压力控制。 [0106] 在步骤ST12中，如果判断出水轮机工作点不在正常运转区域，则进入步骤ST13。在 步骤ST13中，压力控制部35生成开度指令值。如上所述，开度指令值相当于用于使水轮机工 作点收敛于正常运转区域的电动阀15的开度。 [0107] 在步骤ST13中生成开度指令值后，进入步骤ST14。在步骤ST14中，电动阀15的开度 收敛于开度指令值。 [0108] 转)〉 〈压力控制的具体示例1(禁止动力运 [0109] 图8是禁止通过动力运转进行压力控制时的控制示例。 [0110] 如图8(B)所示，当二次压力P2从图8(A)的状态开始上升后，水轮机工作点的位置 就从a位置移动到b位置。在本示例中，二次压力P2的增压量相对较小，压力偏差ΔP在阈值 Ps以下。在此情况下，进入图6的步骤ST4，禁止动力运转。因此，在发电机控制中，在从0到规 定的负扭矩值之间的范围内生成扭矩指令值。 [0111] 通过发电机12进行的压力调节的响应性高于通过电动阀15进行的压力调节的响 应性。因此，执行发电机控制时，负扭矩迅速变小，二次压力P2降低。如图8(C)所示，当水轮 机工作点到达c位置时，二次压力P2收敛于目标压力Po。在本示例中，压力偏差ΔP相对较 小。因此，在进行旋转运转的水轮机区域，能够使二次压力P2收敛于目标压力Po。 [0112] 另一方面，在图8(C)的状态下，水轮机工作点大幅度远离水轮机极限曲线LC，从而 脱离正常运转区域。因此，可能发生空化。在此情况下，在图7的步骤ST12中，判断出水轮机 工作点不在正常运转区域，进入步骤ST13。这样一来，电动阀15的开度变小，电动阀15的减 压量变大。于是，电动阀曲线MC、水轮机极限曲线LC以及飞逸特性曲线RC成为陡峭的曲线， 水轮机工作点接近水轮机极限曲线LC。持续进行上述电动阀15的开度调节，直到水轮机工 作点到达正常运转区域为止。其结果是，如图8(D)所示，c位置的水轮机工作点到达正常运 转区域。其结果是，能够抑制空化发生。 [0113] 〈压力控制的具体示例2(允许动力运转)〉 [0114] 图9是允许通过动力运转进行压力控制时的控制示例。 [0115] 如图9(B)所示，当二次压力P2从图9(A)的状态开始上升后，水轮机工作点从a位置 移动到b位置。在本示例中，二次压力P2的增压量相对较大，压力偏差ΔP大于阈值Ps。在此 情况下，进入图6的步骤ST3，允许动力运转。因此，在发电机控制中，在从规定的正扭矩值到 规定的负扭矩值之间的范围内生成扭矩指令值。 10 10 CN 113424434 A 说明书 9/11页 [0116] 通过发电机12进行的压力调节的响应性高于通过电动阀15进行的压力调节的响 应性。因此，当执行发电机控制时，负扭矩迅速变小，二次压力P2降低。 [0117] 在本示例中，压力偏差ΔP相对较大。因此，仅在进行旋转运转的水轮机区域，无法 使二次压力P2收敛于目标压力Po。在此情况下，在动力区域正扭矩增大，二次压力P2进一步 降低。在图9(C)的状态下，水轮机工作点移动到d位置，二次压力P2收敛于目标压力Po。d位 置的水轮机工作点位于动力区域。 [0118] 如上所述，在本实施方式中，在压力偏差ΔP相对较大的条件下，也利用动力区域 使二次压力P2降低。其结果是，能够使相对较高的二次压力P2迅速收敛于目标压力Po，从而 能够满足上水道1的要求。 [0119] 另一方面，在图9(C)的状态下，水轮机工作点大幅度远离水轮机极限曲线LC，从而 脱离正常运转区域。因此，可能发生空化。在此情况下，在图7的步骤ST12中，判断出水轮机 工作点不在正常运转区域，进入步骤ST13。这样一来，电动阀15的开度变小，电动阀15的减 压量变大。于是，电动阀曲线MC、水轮机极限曲线LC以及飞逸特性曲线RC成为陡峭的曲线， 水轮机工作点接近水轮机极限曲线LC。持续进行上述电动阀15的开度调节，直到水轮机工 作点到达正常运转区域为止。其结果是，如图9(D)所示，d位置的水轮机工作点到达正常运 转区域。其结果是，能够抑制空化发生。 [0120] －实施方式的效果－ [0121] 实施方式包括水轮机11、发电机12以及控制部30，水轮机11布置在供流体流动的 流路4中，发电机12与水轮机11相连结，控制部30进行压力控制，在压力控制中，控制发电机 12以调节水轮机11的下游侧的流体的压力(二次压力P2)，压力控制包括一边使发电机12进 行再生运转一边调节所述压力的第一控制、和一边使发电机12进行动力运转一边调节所述 压力的第二控制。 [0122] 在该构成中，能够扩大通过发电机12进行的压力调节的范围。 [0123] 实施方式包括与水轮机11串联布置在流路4中的电动阀15。 [0124] 在该构成中，在控制发电机12的基础上，还调节电动阀15的开度，由此能够扩大二 次压力P2的压力调节范围。 [0125] 在实施方式中，控制部30在压力控制中，控制所述发电机12以使二次压力P2接近 目标压力Po。 [0126] 在该构成中，当二次压力P2相对于目标压力Po大幅度上升时，也能够利用动力区 域使二次压力P2迅速且可靠地收敛于目标压力Po。 [0127] 在实施方式中，控制部30在压力控制中，控制电动阀15以使水轮机工作点收敛于 正常运转区域。 [0128] 在该构成中，当水轮机工作点脱离正常运转区域时，调节电动阀15的开度。因此， 既能够使二次压力P2迅速收敛于目标压力Po，又能够抑制空化发生。 [0129] 在实施方式中，通过发电机12进行的压力调节的响应性高于通过所述电动阀15进 行的压力调节的响应性。因此，首先通过响应性较高且压力调节范围又大的发电机控制，能 够使二次压力P2迅速且可靠地收敛于目标压力Po。另一方面，通过响应性较低的电动阀15， 能够补充调节二次压力P2，从而能够抑制空化发生。 [0130] 在实施方式中，当二次压力P2与目标压力Po之差(压力偏差ΔP)大于阈值Ps时，允 11 11 CN 113424434 A 说明书 10/11页 许进行动力运转的第二控制。因此，在二次压力P2相对较高的条件下，能够使二次压力P2迅 速收敛于目标压力Po。另一方面，当压力偏差ΔP在阈值Ps以下时，禁止进行动力运转的第 二控制。因此，在二次压力P2相对较小的条件下，能够仅靠再生运转使二次压力P2收敛于目 标压力Po。在此情况下，能够使发电机12继续进行发电。 [0131] 〈实施方式的变形例〉 [0132] 图11所示的变形例的水力发电系统10包括旁通流路8和减压阀16。旁通流路8是绕 过电动阀15和水轮机11的流路。旁通流路8的流入端与第一流路5中电动阀15的上游侧相 连。旁通流路8的流出端与第二流路6中压力传感器20的上游侧相连。 [0133] 减压阀16布置在旁通流路8中。减压阀16的开度得到调节，以使得水轮机11的下游 侧的压力(二次压力P2)达到规定值。当水轮机11的下游侧的二次压力P2低于第一值时，减 压阀16通过弹簧等机械地开启，使二次压力P2增大。上述第一值被设定成低于二次压力P2 的目标压力Po。因此，在二次压力P2维持在目标压力Po的正常运转中，减压阀16不会开启。 [0134] 另一方面，当电动阀15因停电或故障等而关闭时，水无法通过电动阀15，就无法向 住宅等供水。在本示例中，当电动阀15关闭而使二次压力P2降低时，减压阀16开启。这样一 来，电动阀15的上游侧的水就会通过减压阀16，在旁通流路8中流动。因此，即使电动阀15因 停电或故障等而关闭，也能够可靠地向住宅等供水。 [0135] 并且，当水轮机11下游侧的水的流量急剧增大时，水轮机11的下游侧的二次压力 P2有时会急剧降低。在此情况下，也通过开启减压阀16，而能够抑制二次压力P2急剧降低。 [0136] (其他实施方式) [0137] 在上述各个方式(也包括变形例)中，也可以采用以下构成。 [0138] 供流体流动的流路4也可以不是管道，而是上侧敞开的槽等。流路4也可以应用于 上水道1以外的部分。在流路4中，也可以不设置配水槽2，而是设置储水槽来代替配水槽2。 流体并非必须是水，例如也可以是空调装置所使用的防冻液。 [0139] 在发电机控制中，通过控制发电机12的扭矩来调节二次压力P2。然而，也可以通过 控制发电机12的转速来调节二次压力P2。在此情况下，也能够执行一边使发电机12进行再 生运转一边调节二次压力P2的第一控制、和一边使发电机12进行动力运转一边调节二次压 力P2的第二控制。 [0140] AC/DC转换器31也可以由矩阵变换器(matrix  converter)或周波变换器 (cycloconverter)构成。AC/DC转换器31也可以与发电机30互相独立地设置。 [0141] 也可以采用蓄电池来代替作为电力系统60的商用电源。进行再生运转的发电机12 发出的电被储存到蓄电池中。通过将蓄电池中的电供往发电机，从而使发电机12进行动力 运转。 [0142] －产业实用性－ [0143] 本公开作为水力发电系统很有用。 [0144] －符号说明－ [0145] 4        流路 [0146] 8        旁通流路 [0147] 10       水力发电系统 [0148] 11       水轮机 12 12 CN 113424434 A 说明书 11/11页 [0149] 12       发电机 [0150] 15        电动阀 [0151] 16       减压阀 [0152] 30       控制部 13 13 CN 113424434 A 说明书附图 1/11页 图1 14 14 CN 113424434 A 说明书附图 2/11页 图2 15 15 CN 113424434 A 说明书附图 3/11页 图3 16 16 CN 113424434 A 说明书附图 4/11页 图4 17 17 CN 113424434 A 说明书附图 5/11页 图5 18 18 CN 113424434 A 说明书附图 6/11页 图6 19 19 CN 113424434 A 说明书附图 7/11页 图7 20 20 CN 113424434 A 说明书附图 8/11页 图8 21 21 CN 113424434 A 说明书附图 9/11页 图9 22 22 CN 113424434 A 说明书附图 10/11页 图10 23 23 CN 113424434 A 说明书附图 11/11页 图11 24 24

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