CN108350855A - 水力发电装置和发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种水力发电装置包括制动力产生单元，被配置成对水轮机(1)的旋转施加制动力，和控制器(100)，被配置成控制所述制动力生成单元以反复增加和减小所述制动力以改变所述水轮机(1)的转速。改变所述水轮机(1)的所述转速帮助流走粘着在水轮机叶片的碎片等。优选地，所述制动力产生单元包括被配置成将制动力施加到所述水轮机(1)的旋转轴的电、机械或流体型制动设备(12)。优选地，所述制动力产生单元包括被配置成通过所述水轮机(1)的旋转产生电力的发电机(3)，以及通过改变从所述发电机(3)提取的电力来增加/减小所述制动力的所述控制器(100)。这个配置能够使小型水力发电装置在抑制其成本的同时容易地针对碎片和异物而进行维护。

Description

水力发电装置和发电系统
技术领域
本发明涉及水力发电装置和发电系统，并且更具体地涉及控制小型水力发电装置。
背景技术
水力发电装置是使用流水的动能发电的系统。水力发电装置主要包括通过接收水流而旋转的水轮机，耦合到水轮机并将旋转能量转换为电能的发电机，以及控制发电机和水轮机的输出的控制设备。从发电机提取的最佳功率随着流速而变化，并且因此，控制设备测量流速、水轮机的转速或发电机的发电电压，确定从发电机提取的最佳功率，并且控制发电机使得由发电机发电的电量与最佳值一致。
从上游漂浮并到达发电机的垃圾、水生植物、树枝、绳索和其他类似物会缠在水轮机中，导致发电量减少。出于这个原因，针对这些碎片的对策对水力发电很重要。例如，优选在水轮机的上游安装用于去除碎片的设备。
日本专利申请特开2013-189837号(专利文献1)和日本专利申请特开2014-202093号(专利文献2)公开了防止碎片阻碍水力发电的对策的技术。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利特开No.2013-189837
[专利文献2]日本专利特开No.2014-202093
发明内容
技术问题
日本专利特开No.2013-189837(专利文献1)公开了在水轮机位置的水路上游中安装碎片清除设备以用于去除异物的示例。然而，对于可以容易地安装在水路中的小型水力发电装置，由于其成为增加成本的因素，因此难以使用这种大型的碎片清除设备。由于这个原因，可以设想在例如小型水力发电装置中安装诸如梳形过滤器等简单的碎片去除器。
一些碎片和水生植物可以流入具有简单的碎片去除器的小型水力发电装置的水轮机。已经流到水轮机的一些碎片通过水轮机，而其他碎片被水轮机的水轮机刀片(或叶片)捕获。由水轮机刀片捕获的碎片通过由水轮机刀片转动时产生的水压力和离心力以及由水流引起的水压等压向水力涡轮机刀片，并且碎片因此粘附到水轮机刀片。粘着在水轮机上的大量碎片和水生植物会导致发电能力下降。因此，简单的碎片去除器不能作为防止碎片的完美对策，并且需要定期操作以去除粘着在水轮机上的碎片。
另一方面，在日本专利申请特开No.2014-202093(专利文献2)中，提出了使发电机用作电动机，将水轮机刀片作为粉碎异物的粉碎刀片来粉碎和去除碎片的方法。这种方法可以在不明显增加成本的情况下去除碎片。然而，日本专利申请特开No.2014-202093(专利文献2)中公开的小型水力发电装置具有以下两个问题：
首先，为了驱动发电机作为电动机，有必要提供具有逆变器功能的控制设备。由于用于一般发电机的控制设备仅具有整流器电路和直流/直流转换器的功能，因此难以容易地添加这样的功能。其次，通过使用逆变器使发电机起到电动机的功能不是最初预期的目的，即发电，而是功耗。为了使发电机起到消耗电力的电动机的功能，是与本来的目的即发电相反的动作，是不需要的操作。此外，还需要确保用于使发电机用作电动机的电源。
本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的目的是提供一种小型的水力发电装置，该水力发电装置容易防止碎片和异物，同时抑制成本。
问题的解决方案
总之，本发明是一种水力发电装置，包括：水轮机；制动力产生单元，被配置成将制动力施加到水轮机的旋转；以及控制器，被配置成控制制动力产生单元，以重复增加和减小制动力以改变水轮机的转速或停止水轮机的旋转。
优选地，制动力产生单元包括被配置成将制动力施加到水轮机的旋转轴的电、机械或流体型制动设备。控制器被配置成通过重复进行致动制动设备来施加制动以及退动制动设备来释放制动而增加和减小制动力。
优选地，制动力产生单元包括发电机，该发电机被配置成通过水轮机的旋转来产生动力。控制器被配置成通过改变从发电机提取的功率来增加/减小制动力。
优选地，控制器在重复增加和减少制动力的情况下控制制动力产生单元，使得包括制动力增加/减小的第一时间段的时间段和制动力增加/减小的与第一时间段在时间长度上不同的第二时间段的时间段。
优选地，所述控制器被配置成执行制动力控制，以在建立操作条件时控制所述制动力产生单元重复增加和减小所述制动力，并且操作条件包括由水力发电单元产生的电量降低到阈值以下。
优选地，所述控制器被配置成执行制动力控制，以在建立操作条件时控制所述制动力产生单元重复增加和减小所述制动力，并且操作条件包括水轮机的转速降低到阈值以下。
优选地，所述控制器被配置成执行制动力控制，以在建立操作条件时控制所述制动力产生单元重复增加和减小所述制动力，并且操作条件包括水力发电装置的电压降低到阈值以下。
优选地，所述控制器被配置成执行制动力控制，以在建立操作条件时控制所述制动力产生单元重复增加和减小所述制动力，并且操作条件包括从刚刚执行完制动力控制起经过了预定的时间段。
优选地，控制器被配置成执行制动力控制以控制制动力产生单元以在建立第一至第四操作条件中的至少两个时重复增加和减小制动力。第一操作条件包括由水力发电单元产生的电量减小到第一阈值以下。第二操作条件包括水轮机的转速降低到第二阈值以下。第三操作条件包括水力发电装置的电压降低到第三阈值以下。第四操作条件包括从刚刚执行完制动力控制起经过了预定的时间。
发明的有益效果
根据本发明，小型水力发电装置允许在抑制其成本增加的同时去除粘着到其水轮机上的碎片等，并且因此可以防止产生减少的电量。
附图说明
图1是示出第一至第三实施例中共同的水力发电装置的示意性形状的前视图。
图2是示出第一至第三实施例中共同的水力发电装置的示意性形状的侧视图。
图3是示出根据第一实施例的水力发电装置的配置的框图。
图4是用于说明图3的配置例中CPU如何控制继电器的流程图。
图5是示出根据第二实施例的水力发电装置的配置的框图。
图6是用于说明为了去除粘着在图5的水轮机上的碎片而应用的控制的流程图。
图7是示出根据第三实施例的水力发电装置的配置的框图。
图8是用于说明为了去除粘着在图7的水轮机上的碎片而应用的控制的流程图。
图9是示出根据第四实施例的水力发电装置的示意性形状的前视图。
具体实施方式
以下，将参照附图以实施例更具体地描述本发明。在以下附图中，一致或对应的部件被一致地标识并不冗余地描述。
图1是示出第一至第三实施例中共同的水力发电装置的示意性形状的前视图。图2是示出第一至第三实施例中共同的水力发电装置的示意性形状的侧视图。
参考图1和图2，水力发电装置包括水轮机1、齿轮箱2、和发电机3。水轮机1具有水平轴型、螺旋桨式旋转叶片并且通过水流旋转。发电机3通过齿轮箱2耦合到水轮机。当水轮机1旋转，发电机3的旋转轴也旋转。
[第一实施例]
图3是示出根据第一实施例的水力发电装置的配置的框图。参考图3，根据第一实施例的水力发电装置包括水轮机1、发电机3、转速检测器6和控制设备100。
水轮机1根据流水的力旋转。发电机3耦合到水轮机1。当水轮机1旋转时发电机3发电。发电机3是三相同步发电机，并且它的输出以三相交流来输出。发电机3的三相交流输出由整流电路4转换成直流。电阻器11通过继电器5连接到该直流电压输出。当继电器5断开时，直流输出被精确地输出到后续阶段的直流/交流转换器10。另一方面，当继电器5导通时，整流输出具有通过电阻器11连接的正极线和负极线，并且电阻器11消耗功率。如果电阻器11具有足够小的电阻值，则电阻器11消耗大的功率并且将增加发电机3中的制动力。
虽然本文将发电机3为三相同步发电机的情况作为具体示例进行描述，但是本发明不将发电机限制为任何类型，并且可以使用任何类型的发电机，诸如三相感应发电机和直流发电机可以与对应于发电机的类型的控制设备组合使用。
用于水轮机的控制设备100可以测量发电机3的状态，并且当碎片缠绕时，控制设备100可以观察水轮机1的转速降低和发电量的减少。此时，控制装置100执行控制以重复向发电机3施加制动以及从发电机3释放制动(降低和增加其转速)。当水轮机1转速降低时，水轮机叶片缓慢转动，这又降低了水压和离心力，并且与水轮机叶片缠绕的碎片和水生植物从水轮机1浮起。另一方面，当水轮机1转速增加时，水轮机1的旋转加速，因此，水压和离心力增加，并且对碎片和水生植物施加更强的力，从而将粘着到水轮机叶片的碎片转移。当重复向发电机3施加制动和从发电机3释放制动时，水轮机叶片上的碎片等容易从水力涡轮机叶片浮起，并且由水流的力推动下游碎片的作用使得下游的碎片等流动。
图4是用于说明图3的配置例中CPU如何控制继电器的流程图。该流程图表示从预定时间间隔控制发电机的主程序调用并由此执行的过程。参考图3和图4，在步骤S1，CPU7确定用于碎片去除操作的条件是否建立。
当碎片粘着到水轮机1上的可能性增加时，碎片去除操作的条件建立。例如，当下列条件(1)至(4)中的任何一个建立时，CPU7确定用于碎片去除操作的条件建立。当条件(1)至(4)中的两个或更多条件的组合被建立时，CPU7可以确定满足碎片去除操作的条件。
条件(1)：水力发电装置产生减少到阈值以下的量的电力。条件(2)：转速检测器6检测到水轮机1以降低到低于阈值的速度旋转。条件(3)：水力发电装置产生减少到阈值以下的电压的电力。条件(4)：自上次建立(或取消)碎片去除操作的条件以来，已经过了预定时间段。
如果在步骤S1中确定碎片去除操作的条件未建立(S1中为“否”)，则CPU7进入步骤S9。在这种情况下，控制返回到主程序。
另一方面，如果在步骤S1中确定了碎片去除操作的条件成立(S1中为“是”)，则CPU7执行如步骤S2至S8所示的碎片去除操作。
在碎片去除操作中，CPU7控制继电器驱动电路8以重复地导通和断开继电器5。更具体地，在步骤S2中，CPU7清除所包含的计数器。这个计数器是计数重复执行次数的计数器。随后，在步骤S3中，CPU7控制继电器驱动电路8以开启继电器5。一旦继电器5已经开启，则在步骤S4中，CPU7等待设定的时间段(例如1至3秒)。当继电器5导通时，整流输出具有通过电阻器11连接的正极线和负极线，并且电阻器11消耗功率。如果电阻器11具有足够小的电阻值，则电阻器11消耗大的功率并且将导致发电机3中的大的制动力。
随后，在步骤S5中，CPU7控制继电器驱动电路8以关闭继电器5。一旦继电器5已经关闭，则在步骤S6中，CPU7等待设定的时间段(例如1至3秒)。当继电器5关闭时，经整流的输出通过直流/交流转换器10输出。在这种情况下，发电机3具有比当电阻器11消耗功率小的负载。
随后，CPU7在步骤S7递增计数器，并且在步骤S8中确定计数器是否已经计数达到上限值(设定的增加/减少的重复次数)的值。如果在步骤S8中计数值未达到上限值，则CPU7使处理返回到步骤S3并再次开启继电器。
另一方面，如果在步骤S8中计数值达到上限值，则控制进行到步骤S9，并且因此一个碎片去除操作结束。
在第一实施例中，电阻器11消耗的功率被增加/减少以改变耦合到水力发电装置的水力涡轮机1的发电机3的负载。这改变了发电机3的转速并因此改变了连接到发电机3的水轮机1的转速。通过在加速时向异物施加力并在减速时将异物浮起并在水流的作用下使异物向下游流动，可以去除粘着到水轮机1的异物。这具有恢复由于异物而减少的发电量的效果。
[第二实施例]
图5是示出根据第二实施例的水力发电装置的配置的框图。参考图5，根据第而实施例的水力发电装置包括水轮机1、发电机3、转速检测器6和控制设备100A。
控制设备100A包括CPU7A、整流电路4、直流/直流转换器9、直流/交流转换器10。水轮机1、发电机3、整流电路4和转速检测器6与图3所示的相同，因此不再重复描述。
CPU7A向直流/直流转换器9输出电流命令信号SA。响应于电流命令信号SA的命令，直流/直流转换器9从整流器电路4的输出提取电力，并且将根据该命令的电流输出到直流/交流转换器10。因此，直流/直流转换器9输出增加的电压。直流/交流转换器10将电力输出到后续阶段。当直流/直流转换器9输出增加的电压时，直流/交流转换器10被配置为通过向后续阶段输出更多功率来抑制直流/直流转换器9的输出电压的增加。
可以从水轮机1中提取的最佳功率由水轮机1所接收的水流速度来确定。流速基本上与发电机3的转速成比例。最佳功率可以通过检测发电机3的转速来确定。如果从发电机3提取的功率超过最佳功率，则发电机3以减小的速度旋转。此时，与发电机3耦合的水轮机1也以减小的速度旋转。相反，如果从发电机3提取的功率小于最佳值，例如零，则发电机3以增加的速度旋转，并且耦合到发电机3的水轮机1也以增加的速度旋转。
因此，增加/减少从发电机3提取的功率可以增加/减少水轮机1的转速。
图6是用于说明为了去除粘着在图5的配置的水轮机上的碎片而应用的控制的流程图。参考图5和图6，在步骤S11，CPU7A确定是否建立了用于碎片去除操作的条件。
当碎片粘着到水轮机1上的可能性增加时，建立碎片去除操作的条件。作为具体条件(条件(1)至(4)或其组合)，可以应用第一实施例中描述的那些条件，因此它们将不被重复描述。
如果在步骤S11中确定碎片去除操作的条件未建立(S11中为“否”)，则CPU7A进入步骤S19。在这种情况下，控制返回到主程序。
另一方面，如果在步骤S11中确定了碎片去除操作的条件成立(S11中为“是”)，则CPU7A执行如步骤S12至S18所示的碎片去除操作。
在第二实施例中，作为碎片去除操作，CPU7A增加/减小发送到直流/直流转换器9的电流命令值。例如，当CPU7A通过转速检测器6检测到发电机3减速旋转时，CPU7A输出电流指令信号SA，以允许输出电流重复最大值和零，以反复使水轮机1加速和减速。
具体地，在步骤S12中，CPU7A清除所包含的计数器。这个计数器是计数重复执行次数的计数器。随后，在步骤S13中，CPU7A设置电流命令信号SA，使得直流/直流转换器9使其输出电流最大化，然后在步骤S14中，CPU7A等待设定的时间段(例如1至3秒)。当直流/直流转换器9输出最大化的输出电流时，大功率被消耗，并且在发电机3中将产生大的制动力。
随后，在步骤S15中，CPU7A设置电流命令信号SA，使得直流/直流转换器9使其输出电流为零，然后在步骤S16中，CPU7A等待设定的时间段(例如1至3秒)。在这种情况下，发电机3的负载比电流指令信号SA被设定为最大电流时小，因此发电机3以增加的速度旋转。
随后，CPU7A在步骤S17递增计数器，并且在步骤S18中确定计数器是否已经计数达到上限值(设定的增加/减少的重复次数)的值。如果在步骤S18中计数值还没有达到上限值，则CPU7A使处理返回到步骤S13，以设置电流指令信号SA以再次使输出电流最大化。
另一方面，如果在步骤S18中计数值达到上限值，则控制进行到步骤S19，并且因此一个碎片去除操作结束。
在第二施例中，直流/直流转换器9的电流命令值被增加/减少以改变与水力发电装置的水力涡轮机1耦合的发电机3的负载。这改变了发电机3的转速并因此改变了连接到发电机3的水轮机1的转速。通过在加速时向异物施加力并在减速时将异物浮起并在水流的作用下使异物向下游流动，可以去除粘着到水轮机1的异物。这具有恢复由于异物而减少的发电量的效果。
[第三实施例]
在第一和第二实施例中，水轮机1通过增加/减少发电机3的负载而具有增加/减少的转速。代替这样的控制，可以将与发电机3分离的制动装置12设置到水轮机的旋转轴以产生制动力。
图7是示出根据第三实施例的水力发电装置的配置的框图。参考图7，根据第三实施例的水力发电装置包括水轮机1、发电机3、转速检测器6、制动设备12、和控制设备100B。
控制设备100B包括CPU7B、整流电路4和直流/交流转换器10。水轮机1、发电机3、整流电路4和转速检测器6与图3所示的相同，因此不再重复描述。
作为制动设备12，可以使用通过摩擦将动能转换成热的机械制动器。例如，电磁制动器或盘式制动器可以用作制动设备12。
在第三实施例中，水轮机1能够以增加/减小的速度旋转或者通过增大/减小由制动设备12产生的制动力而停止。
图8是用于说明为了去除粘着在图7的配置的水轮机上的碎片而应用的控制的流程图。参考图7和图8，在步骤S21，CPU7B确定是否建立了用于碎片去除操作的条件。
当碎片粘着到水轮机1上的可能性增加时，建立碎片去除操作的条件。作为具体条件(条件(1)至(4)或其组合)，可以应用第一实施例中描述的那些条件，因此它们将不被重复描述。
如果在步骤S21中确定碎片去除操作的条件未建立(S21中为“否”)，则CPU7B进入步骤S29。在这种情况下，控制返回到主程序。
另一方面，如果在步骤S21中确定了碎片去除操作的条件成立(S21中为“是”)，则CPU7B执行如步骤S22至S28所示的碎片去除操作。
在第三实施例中，作为碎片去除操作，CPU7B增加/减小由制动设备12产生的制动力。例如，当CPU7B通过转速检测器6检测到发电机3减速旋转时，CPU7B向制动设备12输出命令信号，以使制动力重复最大值和零，以反复使水轮机1加速和减速。
具体地，在步骤S22中，CPU7B清除所包含的计数器。这个计数器是计数重复执行次数的计数器。随后，在步骤S23中，CPU7B设定命令信号SB以使制动设备12产生制动力(或施加制动)。随后，在步骤S24中，CPU7B等待应用制动器的设定时间段(例如1至10秒)。
随后，在步骤S25中，CPU7B设定命令信号SB以防止制动设备12产生制动力(或释放制动)。随后，在步骤S26中，CPU7B在释放制动的情况下等待设定时间段(例如1至10秒)。
随后，CPU7B在步骤S27递增计数器，并且在步骤S28中确定计数器是否已经计数达到上限值(设定的增加/减少的重复次数)的值。如果在步骤S28中计数值未达到上限值，则CPU7B使处理返回到步骤S23并再次施加制动。
另一方面，如果在步骤S28中计数值达到上限值，则控制进行到步骤S29，并且因此一个碎片去除操作结束。
在第三实施例中，制动设备12被安装用于耦合到水力发电装置的水轮机1的发电机3，并且制动设备12被重复地打开和关闭。这改变了发电机3的转速并因此改变了连接到发电机3的水轮机1的转速。通过在加速时向异物施加力并在减速时将异物浮起并在水流的作用下使异物向下游流动，可以去除粘着到水轮机1的异物。这具有恢复由于异物而减少的发电量的效果。
第三实施例的制动设备12可以添加到第一实施例或第二实施例的配置，并且用于改变从发电机3提取的功率的控制和用于改变制动设备12的制动力的控制可以结合在一起。
虽然在第一到第三实施例中，步骤S4，S14，S24中的设定时间段和步骤S6，S16，S26中的设定时间段在重复它们直到计数器达到上限值为止时具有固定值，设定时间段可以替代地变化。
碎片和水生植物具有各种尺寸和形状，并且当水轮机以快速变化的速度旋转时，一些碎片趋于易于脱落，而当水轮机在长时期以不同的速度旋转时，其他碎片趋于容易脱落。改变重复使用和释放制动器的节奏，以及应用和释放制动器的大小，而不是将它们固定到一个确定的值，允许处理各种大小和形状的异物。
更具体地，预定改变设定的时间段的模式并将其存储在存储器中，并且在图4、图6和图8的流程图中，当循环完成时，从存储器读取设定的时间段并设定为允许水轮机1的转速以任何期望的变化模式改变。可以通过实验确定允许碎片容易脱落的变化模式并采用。
[第四实施例]
第一至第三实施例已经通过参考作为发电装置的示例被描述，该发电装置通过具有图1和图2所示的水平轴型、螺旋桨式旋转叶片的水力涡轮机接收流水而产生动力。在第四实施例中将描述本发明也可应用于通过具有垂直轴型旋转叶片的水轮机接收流水而产生动力的发电装置。
图9是示出根据第四实施例的水力发电装置的示意性形状的前视图。参考图4，根据第四实施例的水力发电装置包括水轮机1A和发电机3。水轮机1A具有垂直轴型旋转叶片并且通过水流旋转。发电机3连接至水轮机1A的旋转轴。当水轮机1A旋转，发电机3的旋转轴也旋转。
图3至图8所示的控制设备和流程图也同样结合适用于图9的水轮机1A。图3至图8所示的控制装置和流程图在第一至第三实施例中已经被描述，因此将不会重复描述。
如图9所示，虽然垂直轴型水轮机1A是直线叶片型，并且作为实例被示出为上下端部向旋转轴弯曲的叶片的配置，但不特别限定于此。例如，可以是诸如Darrieus型、giromill型、Savonius型、错流型、桨型、S型转子型等。
根据第四实施例的水力发电装置还允许发电机3以变速旋转并且水轮机1A耦合到发电机3以变速旋转。通过在加速时向异物施加力并在减速时将异物浮起并在水流的作用下使异物向下游流动，可以去除粘着到水轮机1A的异物。这具有恢复由于异物而减少的发电量的效果。
尽管有些部分与上面的描述重叠，但是第一至第四实施例将最终总结如下：本实施例的水力发电装置具备水轮机1，被配置成对水轮机1的旋转施加制动力的制动力生成单元和被配置成控制制动力生成单元以反复增加和减小制动力以改变水轮机1的转速的控制设备100、100A、100B。
改变水轮机1的转速或使水轮机1停止转动有助于流走粘着在水轮机叶片上的碎片等。
优选地，如图7所示，制动力产生单元包括被配置成将制动力施加到水轮机1的旋转轴的电型或机械型制动设备12。控制设备100B通过重复致动制动设备12来施加制动并且使制动装置12退动以释放制动器来增加和减小制动力。
优选地，如图3、5和7所示，制动力产生单元包括发电机3，被配置成通过水轮机1的旋转来发电。控制设备100、100A、100B通过改变从发电机3提取的电力来增加/减少制动力。
优选地，控制设备100、100A和100B在重复增加和减少制动力的情况下控制制动力产生单元，使得包括在制动力增加/减小的第一时间段(例如，1至3秒)的时间段和制动力增加/减小的与第一时间段在时间长度上不同的第二时间段(例如，5至10秒)。注意，第一和第二时间段不限于上述示例，并且可以是不同时间段。
因此，确定时间段允许处理具有不同尺寸和形状的各种类型的碎片和异物。
优选地，控制设备100、100A和100B被配置为执行制动力控制，以控制当建立图1、4和8的碎片去除操作条件(S1、S11、S21中为是)时制动力产生单元重复增加和减小制动力。碎片去除操作的条件包括水力发电装置产生的功率降低到阈值以下。
优选地，控制设备100、100A和100B被配置为执行制动力控制，以控制当建立图1、4和8的碎片去除操作条件(S1、S11、S21中为是)时制动力产生单元重复增加和减小制动力。碎片去除操作的条件包括水轮机1以低于阈值的速度旋转。
优选地，控制设备100、100A和100B被配置为执行制动力控制，以控制当建立图1、4和8的碎片去除操作条件(S1、S11、S21中为是)时制动力产生单元重复增加和减小制动力。碎片去除操作的条件包括水力发电装置产生的功率的电压降低到阈值以下。
优选地，控制设备100、100A和100B被配置为执行制动力控制，以控制当建立图1、4和8的碎片去除操作条件(S1、S11、S21中为是)时制动力产生单元重复增加和减小制动力。碎片去除操作的条件包括从刚刚执行制动力控制开始经过了预定的时间在这种情况下，不管发电量的变化如何，以预定的时间间隔执行碎片去除操作。
优选地，控制设备100、100A和100B被配置成执行制动力控制以控制制动力产生单元以在建立随后的第一至第四操作条件中的至少两个时重复增加和减小制动力。第一操作条件包括水力发电装置产生的功率降低到第一阈值以下。第二操作状态包括水轮机1以低于阈值的速度旋转。第三操作条件包括水力发电装置产生的功率电压降低到第三阈值以下。第四操作条件包括从刚刚执行完制动力控制起经过了预定的时间。
因此，设定启动操作的条件可以防止由于碎片等粘着到水轮机叶片而导致的发电量的显著减少。
优选地，期望水轮机1的转速优选从预定转速反复增加和减小制动力，以获得用于水轮机1的足够的速度变化范围。水轮机1以长时间显著变化的流速接收水，并且在降雨量小的季节中可以显著降低。因此，水轮机1的转速也降低，并且水轮机1具有减小的转速，即使反复增减制动力的操作，水轮机1的转速变化范围也小，并且在某些情况下可能不能获得预定的碎片去除效果。在水轮机1的转速降低的情况下，期望从发电机3提取的功率减小(发电负载减小)以增加水轮机1的转速，并且之后执行第一至第四实施例的碎片去除操作。
优选地，如图1至3所示，水轮机1具有水平轴型螺旋桨式旋转叶片。
优选地，如图9所示，水轮机1A具有垂直轴型旋转叶片。优选地，通过在执行洋流发电、潮汐发电或波浪发电转换的发电系统中使用上述水力发电装置中的任何一个将流水拥有的动能转化为电力，可以防止由碎片引起的发电量的减少。
在上述实施例中，可以通过在发电机或制动设备中产生增加/减小的制动力并改变水轮机的转速去除异物。在这种情况下，有两个优点，如下：
第一个优点是制动功能允许水轮机以变化的速度旋转，并且还可以实现用于不具有逆变器功能(电机驱动功能)的水力发电的控制器。
第二个优点是，由于制动功能的存在允许实现碎片去除操作，并且在执行碎片去除操作时，产生了减少的功率量，然而，功率从未被消耗，并且发电机原来预期的功能即发电功能不会受到损害，并且在碎片去除操作期间用于电动机的电源也是不必要的。
应该明白的是本文公开的实施例仅为说明目的而描述，而不在任何方面限制本发明。本发明的范围由权利要求的各项而不是由上述实施例所限定，且旨在包括等同于权利要求的各项的意义和范围内的任何变形。
附图标记列表
1、1A：水轮机；2：齿轮箱；3：发电机；4：整流电路；5：继电器；6：转速检测器；8：继电器驱动电路；9：直流/直流转换器；10：直流/交流转换器；11：电阻器；12：制动设备；100,100A，100B：控制设备。

Claims (13)

1.一种水力发电装置，包括：
水轮机；
制动力产生单元，被配置成向所述水轮机的旋转施加制动力；以及
控制器，被配置成控制所述制动力产生单元以重复增加和减小所述制动力以改变所述水轮机的转速或停止所述水轮机转动。
2.根据权利要求1所述的水力发电装置，其中
所述制动力产生单元包括被配置成将制动力施加到所述水轮机的旋转轴的电、机械或流体型制动设备；并且
所述控制器被配置成通过重复进行致动所述制动设备以施加制动以及退动所述制动设备以释放制动而增加和减小制动力。
3.根据权利要求1或2所述的水力发电装置，其中
所述制动力产生单元包括发电机，所述发电机被配置成通过所述水轮机的旋转来产生功率，并且
所述控制器被配置成通过改变从所述发电机提取的功率来增加/减小所述制动力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水力发电装置，其中，所述控制器在重复增加和减小所述制动力的情况下控制所述制动力产生单元，使得包括所述制动力增加/减小的第一时间段的时间段和所述制动力增加/减小的与所述第一时间段在时间长度上不同的第二时间段的时间段。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力发电装置，其中，
所述控制器被配置成执行制动力控制以控制所述制动力产生单元以在建立操作条件时重复增加和减小所述制动力，并且
所述操作条件包括由所述水力发电单元产生的电量减小到阈值以下。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力发电装置，其中，
所述控制器被配置成执行制动力控制以控制所述制动力产生单元以在建立操作条件时重复增加和减小所述制动力，并且
所述操作条件包括所述水轮机的转速降低到阈值以下。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力发电装置，其中，
所述控制器被配置成执行制动力控制以控制所述制动力产生单元以在建立操作条件时重复增加和减小所述制动力，并且
所述操作条件包括所述水力发电装置的电压降低到阈值以下。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力发电装置，其中，
所述控制器被配置成执行制动力控制以控制所述制动力产生单元以在建立操作条件时重复增加和减小所述制动力，并且
所述操作条件包括从刚刚执行完所述制动力控制起经过了预定的时间段。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力发电装置，其中，
所述控制器被配置成执行制动力控制以控制所述制动力产生单元以在建立第一至第四操作条件中的至少两个时重复增加和减小所述制动力，
所述第一操作条件包括由所述水力发电单元产生的电量减小到第一阈值以下，
所述第二操作条件包括所述水轮机的转速降低到第二阈值以下，
所述第三操作条件包括所述水力发电装置的电压降低到第三阈值以下，并且
所述第四操作条件包括从刚刚执行完所述制动力控制起经过了预定的时间段。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的水力发电装置，其中，使从所述发电机中提取的功率减小，以增加所述水轮机的所述转速，并且之后所述制动力产生单元被控制以重复增加和减小所述制动力。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的水力发电装置，其中，所述水轮机具有水平轴型螺旋桨式旋转叶片。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的水力发电装置，其中，所述水轮机具有垂直轴型旋转叶片。
13.一种发电系统，通过使用权利要求1至12中任一项所述的水力发电装置进行洋流发电或潮汐发电，以将流水具有的动能转化为电力。
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