JP2003284392A - 発電水車の保護方法とその制御装置 - Google Patents
発電水車の保護方法とその制御装置Info
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Abstract
回収して広範囲に利用するため、水車発電機の出力側に
インバータを設置し、該インバータによって発電電力を
直流に変換して前記系統連携装置に直流送電し、該系統
連携装置を介して電源へ帰還させるとき、無負荷運転時
に水車の回転が設計値以上になった場合に、この発電電
力はインバータ内の直流平滑コンデンサ−の充電電圧を
過上昇させ、素子が破壊する可能性がある。 【解決手段】上記目的を達成するため、水の位置エネル
ギーを回収できる部位に設けた水車と、該水車前後に設
置した自動弁と該水車をバイパスする位置に設置した自
動弁と、前記水車の発生するトルクによって回転駆動さ
れ電力を発生する発電機との構成とし、前記発電機の発
電した電力が予め定めた値を上回ったとき、前記発電機
から前記インバータへの電力供給を停止するようにし
た。
Description
どの用済み後、水の未利用エネルギーを回収する水車発
電装置の保護運転方法及びその制御装置に関する。
電力を利用して熱源機を運転し、製造した熱を蓄熱槽に
貯めておき、空調負荷が発生する昼間に、貯めていた熱
を汲み出して負荷である空調機に送って空調する蓄熱式
空調システムが広く採用されている。
テム構成図である。
システムとしての構成を説明すると、1は蓄熱槽16の
水を汲み上げて送水管17を介して熱源機4に送水する
揚水ポンプ、2は該揚水ポンプ1を駆動する電動機、1
7は前記揚水ポンプ1と熱源機4とを接続する送水管、
3は商用電源、5は前記熱源機4が製造する熱量を調整
する二方弁、18は前記熱源機4から出た水を蓄熱槽1
6に戻す送水管、6は送水管18に備わる膨張タンクで
ある。29はフート弁、25は仕切弁、27は逆止め弁
である。
システムとしての構成を説明すると、7は蓄熱槽16の
水(熱)を汲み上げて送水管19を介して空調負荷群1
0(例えばエアーハン10aやファンコイル10b等の
複数の空調機で構成されている)に送水する揚水ポン
プ、8は該揚水ポンプ7を駆動する両軸形電動機であり
一端を前記揚水ポンプ7と軸継手14を介して直結さ
れ、これを駆動する。他端は水車9とクラッチ13を介
して接続している。また、同水車9は、空調機群10か
ら吐出した水の位置エネルギーを回収できる部位に設け
る。15は商用電源(前記商用電源3と同じであっても
良い)、11は前記空調負荷群10の負荷量を調整する
二方弁、20は前述した空調機群10で用済みとなった
揚水を蓄熱槽16に戻す送水管、12は同送水管20に
備わる膨張タンクであり、サイホンを破壊して送水の落
差(送水が持つ位置エネルギー)が水車にかかるように
している。また、膨張タンク12の代わりに真空破壊弁
を設けることもある。24は、送水が水車9を出た後、
蓄熱槽16に戻すための送水管である。48は水車9を
通らずにバイパスさせる送水管である。これらの送水管
には仕切弁21〜23を設ける。即ち、揚水ポンプ7に
よって空調機群10に送水された揚水は、用済みになっ
た後、水車9に送水される。水車9は、揚水の位置エネ
ルギーで運転して動力を発生し、前述した両軸形電動機
8に伝達する。両軸形電動機8の負荷は、揚水ポンプ7
の負荷よりこの分だけ軽くなる。この後、水車9を出た
揚水は、蓄熱槽16へ戻る。26は仕切弁、28は逆止
め弁、30はフート弁である。
を示したものである。図の縦軸上部のH(m)は、ポンプ
の場合には全揚程、水車の場合には有効落差を示し、図
の縦軸下部のP(kW)は両方共通に動力を示している。ま
た、横軸は水量Qを示している。曲線AはポンプのQ−
H性能カーブであり、曲線Cは水車を運転しない場合の
軸動力曲線である。図5に示す送水系統において、揚水
ポンプ7のみを運転して水量Q0を送水するには全揚程
H0を必要とし、この時の運転点は曲線A上のO4点に
なる。この時消費する動力は、ポンプ軸動力で示すL1
であり、運転点は曲線C上のO1点である。又、曲線B
は水車9の有効落差(水車前後の圧力ヘッド差)を示
し、水量Q0を流した時、水車9の前後に圧力差ヘッド
(有効落差)H1を発生し、この位置エネルギーを吸収
し次に示す動力L3を発生することを意味する。
時の動力カーブである。水量Q0の時、水車9の発生す
る動力はL3である。この場合、動力回収率(L3/L
1)は約20〜30%程度である。そしてこの時の運転
点は曲線D上のO2点であり、消費する動力はL1に対
しL3だけ軽減され、ポンプ軸動力で示すL2となる。
この動力L2に対応するエネルギーは商用電源15から
電力として供給される。
ムの一次側システムにおいても、熱源機通過後の揚水の
位置エネルギー回収システムを同様に構成し、有効に活
用している例もある。即ち、図5に示す揚水ポンプ1を
駆動する電動機2を両軸にし、反ポンプ側に水車9を接
続して、熱源機4から出た水を前記水車で受けて、この
落差で水車を運転し、水車が発生したトルクを前記電動
機2に伝達し、この電動機2の負荷(この場合、揚水ポ
ンプ1)を軽減している。これの公知例として特開昭5
0−128801(動力回収ポンプ装置)、特開昭50
−49701(動力回収ポンプ装置)等がある。また、
ダムや水田など水路に水車を用いて発電する水車発電の
公知例としては特開平5−10245(外輪駆動式水車
発電機)がある。
ルギーを水車発電により回収して広範囲に利用するた
め、水車発電機の出力側にインバータを設置し、該イン
バータによって発電電力を直流に変換して前記系統連携
装置に直流送電し、該系統連携装置を介して電源へ帰還
させる方式を採用しようとしたとき、無負荷運転時に水
車の回転が設計値以上になった場合に、この発電電力は
インバータ内の直流平滑コンデンサ−の充電電圧を過上
昇させ、素子が破壊する可能性があることが判明した。
車の安定な運転ができてインバータの素子が破壊するこ
とのない信頼性の高い水車発電装置を提供することにあ
る。
め、水の位置エネルギーを回収できる部位に設けた水車
と、前記水車の発生するトルクによって回転駆動され電
力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接続し直流
電力を発生するインバータと、該インバータからの直流
電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還する系統連
携装置を備えた発電水車において、前記発電機の発電し
た電力が予め定めた値を上回ったとき、前記発電機から
前記インバータへの電力供給を停止するようにした。
実施態様において次のように作用する。 1)運転している水車、発電機、インバータ、系統連携
装置は、前記水車の回転数が設計値を超えて上昇すると
発電機の発生電力も規定値以上に上昇する。これに伴っ
てインバータ内のフライホイルダイオードを通して、同
じくインバータ内にある直流平滑コンデンサ−に充電す
る。ここで充電された直流電力は前述したように系統連
携装置に流れ、ここで潮流調波して電源側へ帰還する。
直流電圧設定手段には前述したインバータの素子が破壊
しないように保護するためのレベル値が予め設定してい
る。そして、前述した直流電圧検出手段がこれを検出す
ると、自動弁AV1(67)、自動弁AV2(68)が
閉じ、自動弁AV3(66)が開く。これにより、発電
は停止する。 2)運転している水車、発電機、インバータ、系統連携
装置は、前記水車の回転数が設計値を超えて上昇すると
発電機の発生電力も規定値以上に上昇する。これに伴っ
てインバータ内のフライホイルダイオードを通してイン
バータ内にある直流平滑コンデンサーを充電する。ここ
で充電された直流電力は前述したように系統連携装置に
流れ、ここで潮流調波して電源側へ帰還する。直流電圧
設定手段には前述したインバータの素子が破壊しないよ
うに保護するためのレベル値が予め設定している。そし
て、前述した直流電圧検出手段がこれを検出すると、発
電機とインバータの間に設けているスイッチが遮断す
る。これにより、発電は停止する。 3)運転している水車、発電機、インバータ、系統連携
装置は、前記水車の回転数が設計値を超えて上昇すると
発電機の発生電力も規定値以上に上昇する。これに伴っ
てインバータ内のフライホイルダイオードを通して、同
じくインバータ内にある直流平滑コンデンサーに充電す
る。ここで充電された直流電力は前述したように系統連
携装置に流れ、ここで潮流調波して電源側へ帰還する。
直流電圧設定手段には前述したインバータの素子が破壊
しないように保護するためのレベル値が予め設定してい
る。そして、前述した直流電圧検出手段がこれを検出す
ると、前記インバータと系統連携装置の直流電圧間
(P,N)に設けているスイッチが閉じて抵抗器が接続
される。これにより、設計地値を越えた電力は抵抗器で
消費される。更に、別の実施態様の場合、前記インバー
タと系統連携装置と並列に設けたスイッチが閉じてこの
下に設置している抵抗器と接続される。
4により説明する。
したものである。図1は蓄熱式空調システムの発明部分
の構成を示したもので、図5に示した従来技術に相当す
る部分の他のシステム構成品は図示を省略してある。図
1において、9は水の位置エネルギーを回収できる部位
に設けた水車、34は水車9の発生するトルクによって
回転駆動され電力を発生する発電機、18は配管、18
a、18bはそれぞれ水車入口、出口配管、48は水車
へ流れる揚水をバイパスするバイパス管、51は水車入
口の圧力を検出する圧力センサー、50は同じく圧力
計、67、68はそれぞれ前記水車入口配管18a、出
口配管18bに取付けられ自動弁、同様に66はバイパ
ス管48に取付けられた自動弁である。35は発電機3
4の発電電力をケーブル59を介して取り込み直流に変
換するインバータであり、主としてインバータ部IN
V、コンバータ部CON、平滑コンデンサーC、直流電
圧を検出するためのシャント抵抗R、インバータを制御
する制御部CU、インバータを保護するためのレベル値
を予め設定する設定手段S、入出力端子I/Oから構成
される。36は系統連携装置(回生コンバータ)、EL
B1、ELB2はそれぞれ漏電遮断器、32、43はそ
れぞれ電力量計(WH1、WH2)、46は各種負荷
群、3は電源である。
バータ)36とは互いに直流正側電圧端子P,直流負側
電圧端子Nをそれぞれケーブル38,39にて接続す
る。又、R,Sは制御母線であり、56(AV1),5
7(AV2),58(AV3)は前述した自動弁67
(AV1)、68(AV2)、66(AV3)を駆動す
るリレーであって前述したインバータ制御部CUからの
指令により入出力端子I/Oを介して開閉制御される。
このように構成したものにおいて、通常は自動弁66が
閉じ、自動弁67,68が開いている。水車9に揚水が
流れて、規定水量、規定落差が生じると発電機34は規
定の電力を発生する。インバータ35はこれを引き込み
インバータ部INVのフライホイルダイオードDを通し
てインバータ内にある直流平滑コンデンサ−Cに充電す
る。即ち、発電機34で発生した交流電力がここで直流
電力に変換され蓄えられたのである。この直流電力をケ
ーブル38,39を通して系統連携装置(回生コンバー
タ)36に直流送電する。ここで潮流調波して電源3側
へ帰還する。
の水量が流れると、異常な発電電力が発生し前述した直
流電圧P,Nが異常に昇圧してしまう恐れが生じる。そ
こで、インバータ35内の制御部CUは、シャント抵抗
R間の電圧を取り込んで、予めインバータ35の素子破
壊等を保護するために直流電圧設定手段Sに設定してい
るレベル値と比較し、これ以上の場合は、I/Oより6
7、68を閉め、66を開く信号を出力する。これによ
って、発電は停止する。尚、前記インバータ内の制御部
CUは、前述の検出、比較を逐次実行して、前記設定レ
ベルを下回った場合には前記67,68,66を元に戻
して、通常の発電運転に戻す。
タ、系統連携装置を保護することができる。図2は、本
発明第二の実施例の構成図を示す。図1と同記号で示す
もの同じものなので説明を省く。60〜62は図1で示
した自動弁66〜68を手動操作弁にしたものである。
又、発電機34とインバータ35をつなぐケーブル59
の途中にスイッチ(電磁開閉器)63を設け、インバー
タ35の制御部CUがI/Oを通してリレーXをONす
る信号を発したとき発電機34とインバータ35間を遮
断する。SSはスイッチである。即ち、何らかの異常で
水車9に設計値以上の水量が流れると異常な発電電力が
発生し、前述した直流電圧P,Nが異常に昇圧してしま
う恐れが生じる。そこで、インバータ35内の制御部C
Uは、シャント抵抗R間の電圧を取り込んで、予めイン
バータ35の素子破壊等を保護するために直流電圧設定
手段Sに設定しているレベル値と比較し、これ以上の場
合は、I/OよりリレーXをONする信号発しスイッチ
63を遮断する。これによって、発電機34とインバー
タ35間を遮断して発電を停止する。このようにして第
一の実施例と同じ効果が得られる。
す。図2と同記号で示すもの同じものなので説明を省
く。同図では、図2で示したスイッチ63を除いて代わ
りにインバータ35と系統連携装置36の直流電圧端子
P,NにリレーXの接点Xaを介して抵抗器RXを取り
付けたものである。即ち、発電異常が発生した場合、イ
ンバータ35内の制御部CUは、シャント抵抗R間の電
圧を取り込んで、予めインバータ35の素子破壊等を保
護するために直流電圧設定手段Sに設定しているレベル
値と比較し、これ以上の場合は、I/OよりリレーXを
ONする信号発し、その接点xaを閉じて抵抗器RXを
接続する。これによって、異常に上昇したインバータ3
5と系統連携装置36の直流電圧が抵抗器RXによって
消費される。このようにして第一の実施例と同じ効果が
得られる。図4は、本発明第四の実施例の構成図を示
す。図3と同記号で示すもの同じものなので説明を省
く。同図では、図3で示した直流電圧端子P,Nに設け
た抵抗器RXの代わりに、インバータ35と系統連携装
置36と並行して取り付け、これの負荷となるようにス
イッチ(電磁開閉器)65Tを介して、抵抗器RTを取
り付けたものである。これの作動、効果は第三の実施例
の作動と同じであるから説明を省く。
する代わりに発電機34とインバータ35間に電流検出
手段を設けて、ここの電流を検出しても同様に利用する
ことができる。
かの異常が発生して異常な発電が生じても、インバータ
及び系統連携装置をこの異常から確実に保護することが
できる。
転特性図を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、前記水車の発生するトルクによって回転駆
動され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接
続し直流電力を発生するインバータと、該インバータか
らの直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還す
る系統連携装置を備えた発電水車において、前記発電機
の発電した電力が予め定めた値を上回ったとき、前記発
電機から前記インバータへの電力供給を停止するように
したことを特徴とする発電水車の保護方法。 - 【請求項2】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車前後に設置した自動弁と該水車をバ
イパスする位置に設置した自動弁と、前記水車の発生す
るトルクによって回転駆動され電力を発生する発電機
と、該発電機の出力端に接続し直流電力を発生するイン
バータと、該インバータからの直流電力を受けて交流電
力に変換し電源側へ帰還する系統連携装置を備えた発電
水車において、前記インバータと系統連携装置の直流電
圧を検出し、前記直流電圧が予め設定した値を上回った
とき、前記水車前後に設置した自動弁を閉じ、前記水車
をバイパスする位置に設置した自動弁を開くようにした
ことを特徴とする発電水車の保護方法。 - 【請求項3】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動
され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接続
し直流電力を発生するインバータと、該発電機と該イン
バータとの間にあって両者を開閉接続する開閉器と、該
インバータからの直流電力を受けて交流電力に変換し電
源側へ帰還する系統連携装置を備えた発電水車におい
て、前記インバータと系統連携装置の直流電圧を検出
し、前記直流電圧が予め設定した値を上回ったとき、前
記開閉器を開路して電路を遮断するようにしたことを特
徴とする発電水車の保護方法。 - 【請求項4】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動
され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接続
し直流電力を発生するインバータと、該インバータから
の直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還する
系統連携装置と、前記直流電圧間にスッチを介して取り
付けた抵抗器を備えた発電水車において、前記インバー
タと系統連携装置の直流電圧を検出し、予め設定した値
を上回ったとき前記スッチ閉じて抵抗器を接続するよう
にしたことを特徴とする発電水車の保護方法。 - 【請求項5】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動
され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接続
し直流電力を発生するインバータと、該インバータから
の直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還する
系統連携装置と、該系統連携装置と並列に開閉器を介し
て接続した抵抗器を備えた発電水車において、前記イン
バータと系統連携装置の直流電圧を検出し、予め設定し
た値を上回ったとき前記スッチ閉じて抵抗器を接続する
ようにしたことを特徴とする発電水車の保護方法。 - 【請求項6】請求項2〜5において直流電圧を検出する
代わりにインバータ保護電流設定手段と発電機とインバ
ータの間に設けられた電流検出手段で電流を検出し、を
設け、前記電流検出手段の検出した電流が前インバータ
保護電流設定手段の予め設定した設定値を上回ったとき
時保護動作を行うようにしたことを特徴とする発電水車
の保護方法。 - 【請求項7】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、前記水車の発生するトルクによって回転駆
動され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接
続し直流電力を発生するインバータと、該インバータか
らの直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還す
る系統連携装置と、前記発電機の発電した電力が予め定
めた値を上回ったとき前記発電機から前記インバータへ
の電力供給を停止する手段を備えたことを特徴とする発
電水車の制御装置。 - 【請求項8】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車前後に設置した自動弁と該水車をバ
イパスする位置に設置した自動弁と、前記水車の発生す
るトルクによって回転駆動され電力を発生する発電機
と、該発電機の出力端に接続し直流電力を発生するイン
バータと、該インバータからの直流電力を受けて交流電
力に変換し電源側へ帰還する系統連携装置と、前記イン
バータと系統連携装置の直流電圧を検出する検出手段
と、直流電圧設定手段と、前記発電機の発電した電力に
よって前記直流電圧を検出する検出手段が前記直流電圧
設定手段で設定した値を上回ったとき前記水車前後に設
置した自動弁を閉じ前記水車をバイパスする位置に設置
した自動弁を開く手段を備えたことを特徴とする発電水
車の制御装置 - 【請求項9】水の位置エネルギーを回収できる部位に設
けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動
され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接続
し直流電力を発生するインバータと、該発電機と該イン
バータとの間にあって両者を開閉接続する開閉器と、該
インバータからの直流電力を受けて交流電力に変換し電
源側へ帰還する系統連携装置と、前記インバータと系統
連携装置の直流電圧を検出する検出手段と、直流電圧設
定手段と、前記発電機の発電した電力によって前記直流
電圧を検出する検出手段が前記直流電圧設定手段出設定
した値を上回ったとき前記開閉器を開路して電路を遮断
する手段を備えたことを特徴とする発電水車の制御装
置。 - 【請求項10】水の位置エネルギーを回収できる部位に
設けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆
動され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接
続し直流電力を発生するインバータと、該インバータか
らの直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還す
る系統連携装置と、前記インバータと系統連携装置の直
流電圧を検出する検出手段と、直流電圧設定手段と、前
記直流電圧間にスッチを介して取り付けた抵抗器と、前
記発電機の発電した電力によって前記直流電圧を検出す
る検出手段が前記直流電圧設定手段出設定した値を上回
ったとき前記スッチ閉じて抵抗器を接続する手段を備え
たことを特徴とする発電水車の制御装置 - 【請求項11】水の位置エネルギーを回収できる部位に
設けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆
動され電力を発生する発電機と、該発電機の出力端に接
続し直流電力を発生するインバータと、該インバータか
らの直流電力を受けて交流電力に変換し電源側へ帰還す
る系統連携装置と、該系統連携装置と並列に開閉器を介
して接続した抵抗器と、前記インバータと系統連携装置
の直流電圧を検出する検出手段と、直流電圧設定手段
と、前記発電機の発電した電力によって前記直流電圧を
検出する検出手段が前記直流電圧設定手段出設定した値
を上回ったとき前記スッチ閉じて抵抗器を接続する手段
を設けたことを特徴とする発電水車の制御装置 - 【請求項12】請求項8〜11において直流電圧を検出
する代わりにインバータ保護電流設定手段と発電機とイ
ンバータの間に電流検出手段を設け、前記電流検出手段
の検出した電流が前インバータ保護電流設定手段の設定
値を上回ったとき保護動作を行うようにしたことを特徴
とする発電水車の制御装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002087385A JP4109882B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 水車発電システム及び水車発電装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002087385A JP4109882B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 水車発電システム及び水車発電装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003284392A true JP2003284392A (ja) | 2003-10-03 |
JP4109882B2 JP4109882B2 (ja) | 2008-07-02 |
Family
ID=29233598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002087385A Expired - Lifetime JP4109882B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 水車発電システム及び水車発電装置の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4109882B2 (ja) |
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