JP2022054110A - Pump/hydraulic power generating device and hydraulic power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ兼用水力発電装置及び水力発電システムに関する。 The present invention relates to a hydroelectric power generation device that also serves as a pump and a hydroelectric power generation system.
従来、モータの駆動によりポンプの羽根車を回転させるポンプ装置が知られている。また、ポンプを水車として用い、水車の羽根車を逆回転させて発電機を駆動する水力発電装置が知られている。 Conventionally, a pump device for rotating an impeller of a pump by driving a motor is known. Further, a hydroelectric power generation device is known in which a pump is used as a water turbine and an impeller of the water turbine is rotated in the reverse direction to drive a generator.
ポンプ装置及び水力発電装置は、羽根車を用いる点と、羽根車に連動する回転子及び固定子を有する回転電機(モータ、発電機)を用いる点とで似ているものの、用途がポンプ(揚水、給水、排水など)又は発電というように異なっている。また、ポンプ装置は、モータの入力側がインバータ回路に接続されている。一方、水力発電装置は、発電機の出力側が整流回路に接続されている。すなわち、ポンプ装置及び水力発電装置は、それぞれ用途及び周辺回路が互いに相違している。 Pumping devices and hydroelectric power generators are similar in that they use impellers and rotary electric machines (motors, generators) that have rotors and stators that work with the impellers, but their use is pumps (pumping). , Water supply, drainage, etc.) or power generation. Further, in the pump device, the input side of the motor is connected to the inverter circuit. On the other hand, in the hydroelectric power generation device, the output side of the generator is connected to the rectifier circuit. That is, the pump device and the hydroelectric power generation device have different uses and peripheral circuits, respectively.
このようなポンプ装置及び水力発電装置は、互いの相違により、周辺のインバータ回路及び整流回路を含んでポンプ装置と水力発電装置とを兼用したポンプ兼用水力発電装置やシステムを実現することが困難となっている。 Due to the difference between such a pump device and a hydroelectric power generation device, it is difficult to realize a pump device and a hydroelectric power generation device or a system that includes a peripheral inverter circuit and a rectifying circuit and also serves as a pump device and a hydroelectric power generation device. It has become.
本発明は、周辺のインバータ回路及び整流回路を含むポンプ兼用水力発電装置及び水力発電システムを実現することを目的とする。 An object of the present invention is to realize a hydroelectric power generation device and a hydroelectric power generation system that also serve as a pump and include a peripheral inverter circuit and a rectifier circuit.
本発明の一態様に係るポンプ兼用水力発電装置は、インバータ部と、モータ兼用発電機と、ポンプ兼用逆転水車とが一体的に設けられている。
前記インバータ部は、スイッチング素子にダイオードが逆並列接続された複数のアームがブリッジ接続されてなるインバータ回路を含んでいる。
前記モータ兼用発電機は、前記インバータ回路に電気的に接続されている。
前記ポンプ兼用水車は、前記モータ兼用発電機に機械的に接続されている。
ここで、前記インバータ回路は、前記ポンプ兼用逆転水車により前記モータ兼用発電機が駆動された発電時には、前記モータ兼用発電機で発電された交流電源を前記ダイオードにより直流電源に変換する。
The pump-combined hydroelectric power generation device according to one aspect of the present invention is integrally provided with an inverter unit, a motor-combined generator, and a pump-combined reversing turbine.
The inverter unit includes an inverter circuit in which a plurality of arms in which diodes are connected in antiparallel to a switching element are bridge-connected.
The motor-combined generator is electrically connected to the inverter circuit.
The pump-combined water turbine is mechanically connected to the motor-combined generator.
Here, the inverter circuit converts the AC power generated by the motor / generator into a DC power source by the diode at the time of power generation in which the motor / generator is driven by the pump / reverse water wheel.
本発明の別の態様に係る水力発電システムは、前記ポンプ兼用水力発電装置と、系統連系インバータとを備えている。
前記インバータ部は、整流回路と、コンデンサと、正側出力端子と、負側出力端子と、を更に含む。
前記整流回路は、商用電源に電気的に接続可能となっている。
前記コンデンサは、前記整流回路における正側出力ラインと負側出力ラインとの間に接続され、且つ前記インバータ回路に並列に接続されている。
前記正側出力端子は、前記正側出力ラインに接続されている。
前記負側出力端子は、前記負側出力ラインに接続されている。
前記コンデンサは、前記直流電源を平滑化する。
前記正側出力端子及び前記負側出力端子は、前記平滑化された直流電源を出力する。
前記系統連系インバータは、前記正側出力端子及び前記負側出力端子から出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を前記商用電源又は個別負荷に供給する。
The hydroelectric power generation system according to another aspect of the present invention includes the pump-combined hydroelectric power generation device and a grid-connected inverter.
The inverter unit further includes a rectifier circuit, a capacitor, a positive output terminal, and a negative output terminal.
The rectifier circuit can be electrically connected to a commercial power source.
The capacitor is connected between the positive output line and the negative output line in the rectifier circuit, and is connected in parallel to the inverter circuit.
The positive output terminal is connected to the positive output line.
The negative output terminal is connected to the negative output line.
The capacitor smoothes the DC power supply.
The positive output terminal and the negative output terminal output the smoothed DC power supply.
The grid interconnection inverter converts the DC power output output from the positive side output terminal and the negative side output terminal into an AC power source, and supplies the converted AC power source to the commercial power source or an individual load.
本発明によれば、周辺のインバータ回路及び整流回路を含むポンプ兼用水力発電装置及び水力発電システムを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a hydroelectric power generation device for both pumps and a hydroelectric power generation system including a peripheral inverter circuit and a rectifier circuit.
以下、図面を参照しながら実施形態の説明を述べる。なお、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号を付し、重複する説明については基本的に省略する。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号及び/又は英小文字を用いることもある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the same or similar reference numerals are given to the elements that are the same as or similar to the described elements, and the duplicated description is basically omitted. For example, when there are multiple identical or similar elements, a common code may be used to explain each element without distinction, and the common code may be used to describe each element separately. In addition, branch numbers and / or lowercase letters may be used.
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係るポンプ兼用水力発電装置を例示する回路図である。図2乃至図4は、それぞれポンプ兼用水力発電装置の外観を例示する正面図、側面図及び平面図である。ポンプ兼用水力発電装置1は、インバータ部10と、モータ兼用発電機20と、ポンプ兼用逆転水車30とが一体的に設けられている。すなわち、ポンプ兼用水力発電装置1は、互いに一体的に設けられたインバータ部10、モータ兼用発電機20及びポンプ兼用逆転水車30を備えている。ここで、「一体的に」とは、インバータ部10、モータ兼用発電機20及びポンプ兼用逆転水車30が「1つの製品として」設けられた構成を意味する。例えば図3中、モータ兼用発電機20の回転子の回転軸と、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転軸とは、互いに同一直線40上に位置するが、これに限定されない。例えば、各々の回転軸が互いに略平行に配置され、且つベルト又は増速機(ギア)といった動力伝達装置を介して接続された場合でも、インバータ部10、モータ兼用発電機20及びポンプ兼用逆転水車30は、動力伝達装置を含めて一体的に設けられている。また、各々の回転軸が同一直線40上に位置する場合でも、各々の回転軸は、互いに軸継手を介さずに直結してもよく、互いに軸継手を介して結合してもよい。また、図3中、インバータ部10は、モータ兼用発電機20に取り付けられているが、これに限らず、ポンプ兼用逆転水車30に取り付けてもよい。あるいは、インバータ部10は、ポンプ兼用逆転水車30を設置した板状部材の上、又はこの板状部材に設けた支持台の上に配置してもよい。この場合でも、インバータ部10、モータ兼用発電機20及びポンプ兼用逆転水車30は、板状部材を含めて一体的に設けられている。また、ポンプ兼用水力発電装置1は、1台に限らず、複数台を並列に稼働させてもよい。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the pump-combined hydroelectric power generation device according to the first embodiment. 2 to 4 are a front view, a side view, and a plan view illustrating the appearance of the hydroelectric power generation device also used as a pump, respectively. The pump-combined hydroelectric
ここで、インバータ部10は、スイッチング素子TrにダイオードDが逆並列接続された複数のアーム13a~13fがブリッジ接続されてなるインバータ回路13を含む。詳しくは、インバータ回路13は、正側出力ライン14に一端が接続されたアーム13a~13cと、当該アーム13a~13cと負側出力ライン15との間に接続されたアーム13d~13fとがブリッジ接続されてなる。アーム13a~13fの各々は、スイッチング素子TrにダイオードDが逆並列接続されてなる。このダイオードDは、「フリーホイールダイオード」又は「還流ダイオード」ともいう。スイッチング素子Trとしては、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)やIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチング素子が適宜、使用可能となっている。また、正側のアームと負側のアームとの組は、交流の相数だけ配置される。図1に示す三相交流(例、三相200V)の例では、正側のアームと負側のアームとの組は、アーム13a、13dの組と、アーム13b、13eの組と、アーム13c、13fの組との3つが配置される。このようなインバータ回路13は、図示しないインバータ制御基板からのゲート駆動信号によるPWM(パルス幅変調)制御により、パルス状(矩形波状)の電圧をモータ兼用発電機20に供給する。補足すると、インバータ回路13は、ゲート駆動信号による可変速制御により、例えば、目標圧力一定制御運転を行うためのパルス状の電圧をモータ兼用発電機20に供給する。インバータ制御基板は、インバータ部に含めてもよく、外部の制御盤(図示せず)に含めてもよい。なお、インバータ部10は、整流回路11、コンデンサ12、正側出力端子P及び負側出力端子Nを更に含んでもよい。また、インバータ回路13は、ポンプ兼用逆転水車30によりモータ兼用発電機20が駆動された発電時には、モータ兼用発電機20で発電された交流電源をダイオードDにより直流電源に変換する。
Here, the
整流回路11は、インバータ入力端子(R,S,T)を介して、商用電源50に電気的に接続可能な回路であり、例えば、三相ブリッジ接続されたダイオード11a~11fからなる。整流回路11は、商用電源50から供給された三相交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を正側出力ライン14と負側出力ライン15との間からコンデンサ12を介してインバータ回路13に供給する。
The
コンデンサ12は、整流回路11における正側出力ライン14と負側出力ライン15との間に接続され、且つインバータ回路13に並列に接続されている。コンデンサ12は、正側出力ライン14と負側出力ライン15との間の直流電圧を蓄電して平滑化する。
The
正側出力端子Pは、正側出力ライン14に接続されている。
The positive output terminal P is connected to the
負側出力端子Nは、負側出力ライン15に接続されている。
The negative output terminal N is connected to the
モータ兼用発電機20は、モータ及び発電機のいずれでも使用可能な回転電機であり、インバータ回路13に電気的に接続されている。また、モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車に機械的に接続されている。具体的には例えば、モータ兼用発電機20は、インバータ回路13に電気的に接続された固定子と、ポンプ兼用逆転水車30に機械的に接続された回転子とを備えている。「機械的に接続」という用語は、モータ兼用発電機20の回転子の回転軸と、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転軸とが直結した構成と、各々の回転軸が動力伝達装置を介して接続されている構成とを包含する。すなわち、モータ兼用発電機20の回転子の回転軸と、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転軸とは、互いに同一直線40上に位置してもよく、互いに同一直線40上に位置しなくてもよい。このようなモータ兼用発電機20は、例えば回転子が永久磁石を備えた、永久磁石式同期モータ兼用発電機としてもよい。
The motor-combined
また、モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30を駆動するモータとして使用される場合、インバータ部10から供給されたパルス状の電圧により回転子を回転させることにより、各々の回転軸を介してポンプ兼用逆転水車30の羽根車を回転させる。
Further, when the motor /
また、モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30に駆動される発電機として使用される場合、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転により、各々の回転軸を介して回転子が回転することで、固定子のコイルに生じた交流電圧をインバータ回路13に供給する。
Further, when the motor /
ポンプ兼用逆転水車30は、ポンプ及び逆転水車のいずれでも使用可能な流体機械であり、例えば、渦巻ポンプ、タービンポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ及び摩擦ポンプ(カスケードポンプ)などの任意のポンプが適宜、使用可能となっている。例えば、ポンプ兼用逆転水車30は、吸込口から羽根車へ流体を導き、回転中の羽根車から出た流体を吐出口に導いて吐出させるケーシングと、ケーシング内に回転可能に収容された羽根車と、羽根車に固定され、当該羽根車に動力を伝える回転軸(主軸)とを備えている。逆に、ポンプ兼用逆転水車30を逆転水車とする場合、ポンプ使用時とは吸込口と吐出口を逆に接続し、吐出口から羽根車へ流体を導き、逆回転する羽根車から出た流体を吸込に導いて吐出させる。この場合、ポンプ兼用逆転水車30が逆転水車となり、モータ兼用発電機20が発電機となって交流電源を発電する。
The reversing
また、ポンプ兼用逆転水車30は、用途に応じた場所に設置されて使用される。すなわち、ポンプ兼用逆転水車30は、モータ兼用発電機20に駆動されるポンプとして使用される場合、例えば、建物の給水配管に設置される。ポンプとしてのポンプ兼用逆転水車30は、直結給水方式又は受水槽方式などの任意の給水方式が適用可能である。例えば、ポンプ兼用逆転水車30は、水道本管に直結され、水道本管を流れる水を直接増圧し、建造物に設けられた蛇口やシャワーヘッド等の供給先に給水する、いわゆる直結増圧型のポンプとして使用可能となっている。あるいは、ポンプ兼用逆転水車30は、水道本管から受水槽に貯められた水を吸い込んで増圧し、建造物に設けられた蛇口やシャワーヘッド等の供給先に給水する、いわゆる加圧ポンプ型のポンプとして使用可能となっている。いずれにしても、ポンプとしてのポンプ兼用逆転水車30は、モータ兼用発電機20に駆動された羽根車の回転により、吸込配管に接続された吸込口31を介して一次側にある水を吸い込んで増圧し、吐出口32から吐出配管を介して二次側の供給先へ給水する。
Further, the reversing
また、ポンプ兼用逆転水車30は、モータ兼用発電機20を駆動する逆転水車として使用される場合、例えば、川や用水路など、水流のある場所に設置される。逆転水車としてのポンプ兼用逆転水車30は、ポンプにおける吐出口32から取り込んだ水流により羽根車を逆回転させてモータ兼用発電機20を駆動し、ポンプにおける吸込口31から水流を吐き出す。
Further, when the pump-combined reversing
次に、以上のように構成されたポンプ兼用水力発電装置の動作例について図5乃至図7を参照しながら説明する。この動作例は、ポンプとして使用する時の動作(図5)と、発電機として使用する時の動作(図6及び図7)とを含んでいる。以下、各動作例を順に述べる。 Next, an operation example of the hydroelectric power generation device that also serves as a pump configured as described above will be described with reference to FIGS. 5 to 7. This operation example includes an operation when used as a pump (FIG. 5) and an operation when used as a generator (FIGS. 6 and 7). Hereinafter, each operation example will be described in order.
(ポンプとして使用する時の動作:図5)
始めに、ポンプ兼用水力発電装置1は、例えば、建物の地下のポンプ室に設置されているとする。また、ポンプ兼用逆転水車30は、建物の給水配管に接続されているとする。ここで、給水配管における一次側の吸込配管としては、例えば、直結給水方式における水道本管としてもよく、受水槽方式における受水槽の吸込配管としてもよい。
(Operation when used as a pump: Fig. 5)
First, it is assumed that the pump-combined hydroelectric
ここで、インバータ部10は、矢印51に示すように、商用電源50から供給された三相交流電圧を変換することにより、得られたパルス状の電圧をモータ兼用発電機20に供給する。詳しくは、インバータ部10の整流回路11は、商用電源50から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を正側出力ライン14と負側出力ライン15との間からコンデンサ12を介してインバータ回路13に供給する。なお、コンデンサ12は、正側出力ライン14と負側出力ライン15との間の直流電圧を平滑化する。
Here, as shown by the
インバータ回路13は、図示しないインバータ制御基板からのゲート駆動信号によるPWM制御により、アーム13a~13fのスイッチング素子Trの各々をオン状態又はオフ状態に切替え制御し、パルス状の電圧をモータ兼用発電機20に供給する。なお、スイッチング素子Trのオンオフ切替え時に、アーム13a~13fのダイオードDは、モータ等の誘導性負荷により生じた逆起電力を、順方向電流を流すことにより消費している。すなわち、ダイオードDは、オンオフ切替え時の逆起電力による過電圧からスイッチング素子Trを保護している。
The
以上のように、インバータ部10は、商用電源50から供給された三相交流電圧を整流回路11、コンデンサ12及びインバータ回路13を介して変換し、得られたパルス状の電圧をモータ兼用発電機20に供給している。
As described above, the
一方、モータ兼用発電機20は、当該パルス状の電圧により駆動され、回転子が回転することにより、ポンプ兼用逆転水車30の回転軸を回転させる。
On the other hand, the motor-combined
ポンプ兼用逆転水車30は、当該回転軸に固定された羽根車が回転することにより、吸込口31を介して一次側にある水を吸い込んで増圧し、吐出口32から吐出配管を介して二次側の供給先へ給水する。
The reversing
このように、ポンプ兼用水力発電装置1は、ポンプとして使用される。
In this way, the pump-combined hydroelectric
(発電機として使用する時の動作:図6及び図7)
始めに、ポンプ兼用水力発電装置1は、例えば、水流のある用水路の上方に設けた小屋に設置されているとする。また、ポンプ兼用逆転水車30は、ポンプ使用時とは吸込口と吐出し口とが逆になるように配管が接続される。例えば、ポンプ兼用逆転水車30は、ポンプにおける吐出口32に接続された吸込配管が用水路内に配置され、ポンプにおける吸込口31に接続された吐出配管が用水路内で吸込配管よりも下流側に配置されているとする。すなわち、ポンプ兼用水力発電装置1は、インバータ部10及びモータ兼用発電機20等の電気系統を用水路の外に位置させた状態で、用水路の水流がポンプ兼用逆転水車30内を流れるように、配置されているとする。なお、この場合、用水路の全ての水流がポンプ兼用逆転水車30内を流れることが好ましい。また例えば、インバータ部10の正側出力端子Pと負側出力端子Nとの間には、系統連系インバータ60が電気的に接続されているとする。なお、系統連系インバータ60としては、電源回生コンバータやパワーコンディショナーなどが適宜、使用可能となっている。系統連系インバータ60は、図6及び図7に示すように、正側出力端子P及び負側出力端子Nから出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を商用電源50又は個別負荷55に供給する。但し、以下の説明では、図6に示す如き、商用電源50に供給(回生)する場合を例に挙げて述べる。また、以下の説明は、ポンプ兼用水力発電装置1と、系統連系インバータ60とを備えた水力発電システムの動作例としてもよい。ここで、系統連系インバータ60は、インバータ回路13と同様の回路構成を有している。例えば、系統連系インバータ60は、スイッチング素子trにダイオードdが逆並列接続された複数のアーム61~66がブリッジ接続されてなる。詳しくは、系統連系インバータ60は、正側出力端子Pに一端が接続されたアーム61~63と、当該アーム61~63と負側出力端子Nとの間に接続されたアーム64~66とがブリッジ接続されてなる。このような系統連系インバータ60は、インバータ回路13と同様のPWM制御により、各スイッチング素子trのオンオフ状態を切替え可能となっている。
(Operation when used as a generator: Fig. 6 and Fig. 7)
First, it is assumed that the pump-combined hydroelectric
ここで、ポンプ兼用逆転水車30は、ポンプにおける吐出口32から取り込んだ水流により羽根車を逆回転させてモータ兼用発電機20を駆動し、ポンプにおける吸込口31から水流を吐き出す。
Here, the pump-combined reversing
モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転により、回転軸が駆動されて回転子が回転することで、固定子に生じた交流電圧をインバータ回路13に供給する。すなわち、モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30により駆動され、交流電源を発電してインバータ回路13に供給する。
The motor /
ここで、インバータ回路13、コンデンサ12及び系統連系インバータ60は、矢印21に示すように、モータ兼用発電機20で発電された交流電源を直流電源に変換して平滑化し、当該平滑化した直流電源を交流電源に変換して商用電源50に回生する。
Here, as shown by the
詳しくは、インバータ回路13は、モータ兼用発電機20で発電された交流電源をダイオードDにより直流電源に変換する。補足すると、インバータ回路13は、モータ兼用発電機20を発電機として使用する発電時には、モータ兼用発電機20を駆動しないのでゲート駆動信号が入力されず、全てのスイッチング素子Trがオフ状態となる。このため、インバータ回路13は、ダイオードDがブリッジ接続された整流回路の等価回路となる。すなわち、インバータ回路13は、モータ兼用発電機20による発電時には、ダイオードDがブリッジ接続された整流回路として動作する。よって、インバータ回路13は、発電された交流電源を当該ダイオードブリッジによって直流電源に変換する。すなわち、ポンプ兼用水力発電装置1を逆転水車として発電させると、直流電源を自動的に作り出すことができる。
Specifically, the
コンデンサ12は、ダイオードDにより変換された直流電源を平滑化する。
The
正側出力端子P及び負側出力端子Nは、当該平滑化された直流電源を系統連系インバータ60に出力する。
The positive side output terminal P and the negative side output terminal N output the smoothed DC power supply to the
系統連系インバータ60は、当該出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を商用電源50に回生する。
The
以上のように、インバータ回路13、コンデンサ12及び系統連系インバータ60は、発電された交流電源を直流電源に変換して平滑化し、当該平滑化した直流電源を交流電源に変換して商用電源50に回生している。
As described above, the
上述したように第1の実施形態によれば、ポンプ兼用水力発電装置は、スイッチング素子にダイオードが逆並列接続された複数のアームがブリッジ接続されてなるインバータ回路を含むインバータ部と、インバータ回路に電気的に接続されたモータ兼用発電機と、モータ兼用発電機に機械的に接続されたポンプ兼用逆転水車とが一体的に設けられている。ここで、インバータ回路は、ポンプ兼用逆転水車によりモータ兼用発電機が駆動された発電時には、モータ兼用発電機で発電された交流電源をダイオードにより直流電源に変換する。 As described above, according to the first embodiment, the pump-combined hydroelectric power generator includes an inverter unit including an inverter circuit in which a plurality of arms in which diodes are connected in antiparallel to a switching element are bridge-connected, and an inverter circuit. An electrically connected motor-combined generator and a pump-combined reversing water wheel mechanically connected to the motor-combined generator are integrally provided. Here, the inverter circuit converts the AC power generated by the motor / generator into a DC power source by the diode at the time of power generation in which the motor / generator is driven by the pump / reverse water wheel.
このように、インバータ回路は、ポンプとしての使用時にはインバータとして動作し、発電機としての使用時には、ダイオードがブリッジ接続された整流回路として動作する。すなわち、ポンプ使用時のインバータ回路が発電機使用時の整流回路を兼用する構成により、周辺のインバータ回路及び整流回路を含むポンプ兼用水力発電装置を実現することができる。また、第1の実施形態によれば、ポンプ兼用水力発電装置という一つの製品を、ポンプ用途だけでなく、ポンプ逆転水車として発電用途にも容易に使うことができる。すなわち、モータポンプとして製造した製品を逆転水車発電機として使用することができる。言い換えると、インバータ駆動モータ直結ポンプと、インバータ搭載ポンプ逆転水車とを兼用化させることができる。また、インバータ部、モータ兼用発電機及びポンプ兼用逆転水車を一体化させた構成により、コンパクト化と、量産性の向上とを図ることができる。補足すると、インバータ回路は、ポンプとしての使用時にはスイッチング素子及びダイオードの両者が用いられる。これに対し、インバータ回路は、発電機としての使用時には、スイッチング素子及びダイオードのうち、ダイオードのみが用いられる。従って、ポンプ兼用水力発電装置という一つの製品を発電用途にのみ用いる場合、インバータ回路のスイッチング素子が使用されないにもかかわらず、実装されていることになる。一方、当該ポンプ兼用水力発電装置は、ポンプ装置と水力発電装置とを別々に管理する場合に比べ、容易に管理できる利点がある。また例えば、当該ポンプ兼用水力発電装置は、ポンプ装置と水力発電装置とを別々に設計する場合に比べ、価格を下げることが可能であり、発電用途で使用しないスイッチング素子が実装されていても、割高な価格になることを防ぐことができる。 As described above, the inverter circuit operates as an inverter when used as a pump, and operates as a rectifier circuit in which a diode is bridge-connected when used as a generator. That is, a configuration in which the inverter circuit when the pump is used also serves as the rectifier circuit when the generator is used makes it possible to realize a hydroelectric power generation device that also serves as a pump and includes a peripheral inverter circuit and a rectifier circuit. Further, according to the first embodiment, one product called a hydroelectric power generation device also used as a pump can be easily used not only for a pump application but also for a power generation application as a pump reversing turbine. That is, the product manufactured as a motor pump can be used as a reversing turbine generator. In other words, the inverter-driven motor direct-coupled pump and the inverter-mounted pump reversing turbine can be used in combination. In addition, by integrating the inverter unit, the generator that also serves as a motor, and the reversing turbine that also serves as a pump, it is possible to reduce the size and improve mass productivity. Supplementally, in the inverter circuit, both a switching element and a diode are used when used as a pump. On the other hand, in the inverter circuit, when used as a generator, only a diode is used among the switching element and the diode. Therefore, when one product called a hydroelectric power generation device that also serves as a pump is used only for power generation, it is mounted even though the switching element of the inverter circuit is not used. On the other hand, the pump-combined hydroelectric power generation device has an advantage that it can be easily managed as compared with the case where the pump device and the hydroelectric power generation device are managed separately. Further, for example, the price of the hydroelectric power generation device that also serves as a pump can be reduced as compared with the case where the pump device and the hydroelectric power generation device are designed separately, and even if a switching element that is not used for power generation is mounted. It is possible to prevent the price from becoming expensive.
また、第1の実施形態によれば、モータ兼用発電機は、永久磁石式同期モータ兼用発電機としてもよい。この場合、前述した作用効果に加え、ポンプ兼用水力発電装置のモータ効率及び発電効率の向上を図ることができる。 Further, according to the first embodiment, the motor combined generator may be a permanent magnet type synchronous motor combined generator. In this case, in addition to the above-mentioned effects, it is possible to improve the motor efficiency and the power generation efficiency of the hydroelectric power generation device that also serves as a pump.
また、第1の実施形態によれば、モータ兼用発電機の回転子の回転軸と、ポンプ兼用逆転水車の羽根車の回転軸とは、互いに同一直線上に位置するようにしてもよい。この場合、前述した作用効果に加え、回転軸間にベルト等を介在させないことから、回転軸間での動力伝達損失を抑制できると共に、装置のコンパクト化を図ることができる。 Further, according to the first embodiment, the rotation shaft of the rotor of the motor-combined generator and the rotation shaft of the impeller of the pump-combined reversing turbine may be positioned on the same straight line with each other. In this case, in addition to the above-mentioned action and effect, since the belt or the like is not interposed between the rotating shafts, the power transmission loss between the rotating shafts can be suppressed and the device can be made compact.
また、第1の実施形態によれば、インバータ部は、商用電源に電気的に接続可能な整流回路と、整流回路における正側出力ラインと負側出力ラインとの間に接続され、且つインバータ回路に並列に接続されたコンデンサと、正側出力ラインに接続された正側出力端子と、負側出力ラインに接続された負側出力端子と、を更に含んでもよい。ここで、コンデンサは、直流電源を平滑化し、正側出力端子及び負側出力端子は、平滑化された直流電源を出力する。この場合、前述した作用効果に加え、ポンプ使用時における整流回路及びコンデンサ等をインバータ部が更に含むので、ポンプ兼用水力発電装置のインバータ部において、ポンプの構成要素を兼用する度合いを大きくすることができる。また、正側出力端子及び負側出力端子をインバータ部が更に含むので、発電により得られた直流電源をインバータ部の外に出力することができる。 Further, according to the first embodiment, the inverter unit is connected between a rectifier circuit that can be electrically connected to a commercial power source and a positive output line and a negative output line in the rectifier circuit, and is an inverter circuit. A capacitor connected in parallel with the capacitor, a positive output terminal connected to the positive output line, and a negative output terminal connected to the negative output line may be further included. Here, the capacitor smoothes the DC power supply, and the positive side output terminal and the negative side output terminal output the smoothed DC power supply. In this case, in addition to the above-mentioned effects, the inverter section further includes a rectifier circuit, a capacitor, and the like when the pump is used. can. Further, since the inverter unit further includes the positive side output terminal and the negative side output terminal, the DC power source obtained by power generation can be output to the outside of the inverter unit.
また、第1の実施形態によれば、上述したポンプ兼用水力発電装置と、当該正側出力端子及び当該負側出力端子から出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を商用電源又は個別負荷に供給する系統連系インバータとを備えた水力発電システムを設けてもよい。この場合、前述した作用効果に加え、周辺のインバータ回路及び整流回路を含むポンプ兼用水力発電装置を備えた水力発電システムを実現できると共に、発電により得られた交流電源を商用電源又は個別負荷に供給することができる。補足すると、正側出力用端子及び負側出力端子から取り出した直流電源を系統連系インバータを経由して、電力系統へ接続して売電することや、個別負荷へ接続して他機器の電源とすることが可能となるので、発電された電気を有効活用することができる。 Further, according to the first embodiment, the above-mentioned pump-combined hydroelectric power generation device and the DC power source output from the positive side output terminal and the negative side output terminal are converted into an AC power source, and the converted AC power source is used. A hydroelectric power generation system may be provided with a commercial power source or a grid interconnection inverter that supplies individual loads. In this case, in addition to the above-mentioned effects, it is possible to realize a hydroelectric power generation system equipped with a hydroelectric power generation device that also serves as a pump including a peripheral inverter circuit and a rectifying circuit, and supplies the AC power generation obtained by the power generation to a commercial power source or an individual load. can do. Supplementally, the DC power supply taken out from the positive side output terminal and the negative side output terminal can be connected to the power system via the grid interconnection inverter to sell power, or connected to an individual load to supply power to other equipment. Therefore, the generated electricity can be effectively used.
[第1の実施形態の第1変形例]
なお、第1の実施形態は、以下の第1変形例のように変形してもよい。
第1変形例に係る水力発電システムは、配管系統を切り替えずに、ポンプ兼用水力発電装置をポンプ及び発電機の各々として交替的に切り替えて使用する形態である。
[First modification of the first embodiment]
The first embodiment may be modified as in the following first modification.
The hydroelectric power generation system according to the first modification is a mode in which a pump-combined hydroelectric power generation device is alternately switched and used as a pump and a generator without switching the piping system.
具体的には、第1変形例に係る水力発電システムは、上述したポンプ兼用水力発電装置と、ポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用するときの吸込口及び吐出し口にそれぞれ接続された吸込配管及び吐出し配管とを備えている。また、ポンプ兼用逆転水車の羽根車に当該吸込配管から押込圧力が加わる場合、当該羽根車が正転することによりモータ兼用発電機が交流電源を発電する。なお、押込圧力が加わる場合としては、例えば、当該吸込配管が直結給水方式における水道本管である場合などがある。すなわち、上述したポンプ兼用水力発電装置を直結水道方式のポンプとして設置した場合、モータ兼用発電機により駆動するときにはポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用でき、当該駆動しないときにはポンプ兼用逆転水車を水車として使用することができる。補足すると、インバータ部の停止状態でもポンプ兼用逆転水車の吸込口に押込圧力があれば、ポンプが正転運転して発電することはできる。しかしながら、押込圧力により発電したままの状態では直流電源としてコンデンサに蓄電されるのみである。これに対し、予めインバータ部の中間電圧となる直流電源部に正側出力端子P及び負側出力端子Nを設けておけば、直流電源をインバータ部の外に出すことができる。以上の作用効果は、第1変形例に係る水力発電システムが、前述した系統連系インバータを備える場合でも同様に得ることができる。この場合、前述同様に、正側出力用端子及び負側出力端子から取り出した直流電源を系統連系インバータを経由して、電力系統へ接続して売電することや、個別負荷へ接続して他機器の電源とすることが可能となり、発電された電気を有効活用することができる。 Specifically, the hydroelectric power generation system according to the first modification includes the above-mentioned hydroelectric power generation device that also serves as a pump, and suction pipes and discharge pipes that are connected to a suction port and a discharge port when the reversing turbine that also serves as a pump is used as a pump. It is equipped with a discharge pipe. When a pushing pressure is applied to the impeller of the reversing turbine that also serves as a pump from the suction pipe, the impeller rotates in the normal direction and the generator that also serves as a motor generates AC power. When the pushing pressure is applied, for example, the suction pipe may be a water main in a direct water supply system. That is, when the above-mentioned hydroelectric power generator that also serves as a pump is installed as a direct-coupled water pump, the reversing turbine that also serves as a pump can be used as a pump when it is driven by the generator that also serves as a motor, and the reversing turbine that also serves as a pump can be used as a turbine when it is not driven. can do. Supplementally, even when the inverter is stopped, if there is a pushing pressure at the suction port of the reversing turbine that also serves as a pump, the pump can operate in the normal direction to generate electricity. However, in the state where power is generated by the pushing pressure, it is only stored in the capacitor as a DC power source. On the other hand, if the positive side output terminal P and the negative side output terminal N are provided in advance in the DC power supply unit which is the intermediate voltage of the inverter unit, the DC power supply can be taken out of the inverter unit. The above effects can be similarly obtained even when the hydroelectric power generation system according to the first modification is provided with the above-mentioned grid interconnection inverter. In this case, in the same manner as described above, the DC power supply taken out from the positive side output terminal and the negative side output terminal is connected to the power system via the grid interconnection inverter to sell the power, or is connected to the individual load. It can be used as a power source for other devices, and the generated electricity can be effectively used.
[第1の実施形態の第2変形例]
なお、第1の実施形態の第1変形例は、以下の第2変形例のように変形してもよい。
第2変形例に係る水力発電システムは、第1変形例における切り替え使用の形態において、蓄電池を更に備えた形態である。
[Second variant of the first embodiment]
The first modification of the first embodiment may be modified as in the second modification below.
The hydroelectric power generation system according to the second modification is a form further provided with a storage battery in the form of switching use in the first modification.
具体的には、第2変形例に係る水力発電システムは、図8に示すように、第1変形例に係るポンプ兼用水力発電装置1に加え、インバータ部10の正側出力端子P及び負側出力端子Nから出力された直流電源を蓄電する蓄電池70を更に備えている。
Specifically, as shown in FIG. 8, in the hydroelectric power generation system according to the second modification, in addition to the pump-combined hydroelectric
ここで、蓄電池70は、発電時には、コンデンサ12の蓄電容量を超えた直流電源を蓄電し、ポンプ兼用逆転水車30をポンプとして使用するときには、当該蓄電した直流電源を正側出力端子P及び負側出力端子Nを介してインバータ回路13に供給する。
Here, the
すなわち、ポンプ兼用逆転水車を直結水道方式のポンプとして接続した場合、インバータ停止中に吸込口からの押込圧力によって水車とし、水車の正転による発電時にコンデンサ12の蓄電容量を超えた直流電源を蓄電池70が蓄電する。また、ポンプ使用時には、蓄電池70が、当該蓄電した直流電源を正側出力端子P及び負側出力端子Nを介してインバータ回路13に供給し、インバータ回路13がモータ兼用発電機を駆動してポンプ兼用逆転水車の羽根車を回転させる。このように、発電時に、余った直流電源を蓄電池に蓄電し、当該た直流電源を、ポンプ使用時に使用する構成により、発電した電気を有効活用することができる。この蓄電池70を用いた作用効果は、第2変形例に係る水力発電システムが、前述した系統連系インバータを備える場合でも同様に得ることができる。
That is, when a reversing turbine that also serves as a pump is connected as a direct-coupled water turbine, the turbine is turned into a turbine by the pushing pressure from the suction port while the inverter is stopped, and a DC power supply that exceeds the storage capacity of the
<第2の実施形態>
図9は、第2の実施形態に係る水力発電システムを例示する回路図及び同システムの配管系統を例示する模式図であり、図1及び図5と略同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは、主に、異なる部分について述べる。以下の各実施形態も同様にして重複した部分の説明を省略する。
<Second embodiment>
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the hydroelectric power generation system according to the second embodiment and a schematic diagram illustrating the piping system of the system, and substantially the same parts as those in FIGS. 1 and 5 are designated by the same reference numerals. The detailed explanation is omitted, and here, the different parts are mainly described. Similarly, in each of the following embodiments, the description of the duplicated portion will be omitted.
第2の実施形態に係る水力発電システムは、第1の実施形態の第2変形例とは異なり、配管系統を切り替えることにより、ポンプ兼用水力発電装置をポンプ及び発電機の各々として交替的に切り替えて使用する形態である。なお、配管系統以外の構成は、図8に示した如き、第2変形例と同様である。 The hydroelectric power generation system according to the second embodiment is different from the second modification of the first embodiment, and by switching the piping system, the pump / hydroelectric power generation device is alternately switched as each of the pump and the generator. It is a form to be used. The configuration other than the piping system is the same as that of the second modification as shown in FIG.
これに伴い、ポンプ兼用逆転水車30に接続された配管系統は、発電時と、ポンプ使用時(揚水時)との間で配管を切り替え可能となっている。例えば図9に示すように、ポンプ兼用逆転水車30のポンプ使用時における吸込口31には、第1貯水槽80に対して水を吸込/吐出し可能な一次側配管81が接続されている。また、ポンプ兼用逆転水車30のポンプ使用時における吐出口32には、二次側配管82が接続されている。二次側配管82は、三方弁82a及び吐出配管82bを介して第2貯水槽83に水を吐出可能となっている。また、第2貯水槽83の底部と三方弁82aとの間は、流出配管82cを介して接続されている。三方弁82aは、ポンプ使用時には二次側配管82と吐出配管82bとを連通させ、発電時には流出配管82cと二次側配管82とを連通させるように、配管系統を切り替え可能な弁である。なお、第1貯水槽80は、第2貯水槽83よりも上方に配置されるため、上側貯水槽と呼んでもよい。同様に、第2貯水槽83は、下側貯水槽と呼んでもよい。また、第1貯水槽80及び第2貯水槽83は、それぞれ水槽に限らず、池としてもよい。また、一次側配管81、二次側配管82、吐出配管82b及び流出配管82cなどの配管の名称は、便宜的なものであり、適宜、変更してもよい。
Along with this, the piping system connected to the pump-combined reversing
他の構成は、第1の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as in the first embodiment.
次に、以上のように構成された水力発電システムの動作例について図8、図10乃至図12を参照しながら説明する。この動作例は、蓄電池70の蓄電前後において、ポンプとして使用する時の動作(図10及び図12)と、蓄電池70を蓄電可能な発電機として使用する時の動作(図11)とを含んでいる。以下、各動作例を順に述べる。
Next, an operation example of the hydroelectric power generation system configured as described above will be described with reference to FIGS. 8, 10 to 12. This operation example includes an operation when the
(ポンプとして使用する時の動作_蓄電池70の蓄電前:図10)
始めに、三方弁82aは、二次側配管82と吐出配管82bとを連通させているとする。また、蓄電池70は、まだ蓄電されていないとする。
(Operation when used as a pump_Before storage of the storage battery 70: Fig. 10)
First, it is assumed that the three-
ここで、インバータ部10は、図10の矢印51に示すように、商用電源50から供給された三相交流電圧を変換することにより、得られたパルス状の電圧をモータ兼用発電機20に供給する。
Here, as shown by the
モータ兼用発電機20は、当該パルス状の電圧により駆動され、回転子が回転することにより、ポンプ兼用逆転水車30の回転軸を回転させる。
The motor-combined
ポンプ兼用逆転水車30は、当該回転軸に固定された羽根車が回転することにより、矢印84に示すように、吸込口31から水を吸い込んで増圧し、吐出口32から吐き出す。詳しくは、ポンプ兼用逆転水車30は、吸込口31及び一次側配管81を介して第1貯水槽80にある水を吸い込んで増圧し、吐出口32から二次側配管82、三方弁82a及び吐出配管82bを介して第2貯水槽83へ給水する。
As the impeller fixed to the rotating shaft rotates, the pump-combined reversing
このように、水力発電システムは、蓄電池70の蓄電前には商用電源50から供給される三相交流電圧により、ポンプ兼用水力発電装置1をポンプとして使用している。
As described above, in the hydroelectric power generation system, the hydroelectric
(発電機として使用する時の動作_蓄電池70を蓄電:図11)
始めに、三方弁82aは、第2貯水槽83の底部に接続された流出配管82cと、二次側配管82とを連通させているとする。
(Operation when used as a
First, it is assumed that the three-
これにより、第2貯水槽83の水が流出配管82c、三方弁82a及び二次側配管82を通って吐出口32からポンプ兼用逆転水車30に取り込まれる。ポンプ兼用逆転水車30は、矢印85に示すように、当該吐出口32から取り込んだ水流により羽根車を逆回転させてモータ兼用発電機20を駆動し、ポンプにおける吸込口31から一次側配管81を介して第1貯水槽80に水流を吐き出す。
As a result, the water in the second
モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30の羽根車の回転により、回転軸が駆動されて回転子が回転することで、図8に示したように、固定子に生じた交流電圧をインバータ回路13に供給する。すなわち、モータ兼用発電機20は、ポンプ兼用逆転水車30により駆動され、交流電源を発電してインバータ回路13に供給する。
In the motor /
ここで、インバータ回路13及びコンデンサ12は、矢印22に示すように、モータ兼用発電機20で発電された交流電源を直流電源に変換して平滑化及び蓄電を行い、蓄電池70は、コンデンサ12の蓄電容量を超えた直流電源を蓄電する。
Here, as shown by the
このように、水力発電システムは、発電時にはポンプ兼用水力発電装置1を発電機として使用しつつ、ポンプ兼用水力発電装置1内のコンデンサ12の蓄電容量を超えた直流電源を蓄電池70に蓄電させている。
As described above, the hydroelectric power generation system uses the pump-combined hydroelectric
(ポンプとして使用する時の動作_蓄電後の放電:図12)
始めに、三方弁82aは、二次側配管82と吐出配管82bとを連通させているとする。蓄電池70は、蓄電完了しているとする。
(Operation when used as a pump_Discharge after storage: Fig. 12)
First, it is assumed that the three-
ここで、蓄電池70は、図12の矢印71に示すように、蓄電した直流電源を図8に示した正側出力端子P及び負側出力端子Nを介してインバータ回路13に供給する。
Here, as shown by the
モータ兼用発電機20は、当該パルス状の電圧により駆動され、回転子が回転することにより、ポンプ兼用逆転水車30の回転軸を回転させる。
The motor-combined
ポンプ兼用逆転水車30は、当該回転軸に固定された羽根車が回転することにより、図12の矢印84に示すように、吸込口31から水を吸い込んで増圧し、吐出口32から吐き出す。すなわち、前述同様に、ポンプ兼用逆転水車30は、吸込口31及び一次側配管81を介して第1貯水槽80にある水を吸い込んで増圧し、吐出口32から二次側配管82、三方弁82a及び吐出配管82bを介して第2貯水槽83へ給水する。
As the impeller fixed to the rotating shaft rotates, the pump-combined reversing
このように、水力発電システムは、蓄電池70の蓄電後には、蓄電池70から供給される直流電源により、ポンプ兼用水力発電装置1をポンプとして使用することができる。
As described above, in the hydroelectric power generation system, after the
上述したように第2の実施形態によれば、水力発電システムは、第1の実施形態に係るポンプ兼用水力発電装置と、正側出力端子及び負側出力端子から出力された直流電源を蓄電する蓄電池とを備えている。ここで、蓄電池は、発電時には、コンデンサの蓄電容量を超えた直流電源を蓄電し、ポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用するときには、蓄電した直流電源を正側出力端子及び負側出力端子を介してインバータ回路に供給する。 As described above, according to the second embodiment, the hydroelectric power generation system stores the pump-combined hydroelectric power generation device according to the first embodiment and the DC power supply output from the positive side output terminal and the negative side output terminal. It is equipped with a storage battery. Here, the storage battery stores DC power that exceeds the storage capacity of the capacitor during power generation, and when the reverse water wheel that also serves as a pump is used as a pump, the stored DC power is transmitted via the positive side output terminal and the negative side output terminal. Supply to the inverter circuit.
従って、第1の実施形態の作用効果に加え、蓄電池を備えた構成により、商用電源を用いる度合いを低減させ、ポンプ使用時の省電力化を図ることができる。 Therefore, in addition to the operation and effect of the first embodiment, the configuration provided with the storage battery can reduce the degree of use of the commercial power source and save power when the pump is used.
[第2の実施形態の変形例]
なお、第2の実施形態は、以下の変形例のように変形してもよい。
変形例に係る水力発電システムは、第1及び第2の実施形態を組み合わせたものであり、図13に示すように、第2の実施形態に係るポンプ兼用水力発電装置1の蓄電池70に並列に、第1の実施形態に係る系統連系インバータ60が接続された形態である。なお、ポンプ兼用逆転水車30は、第2の実施形態に係る切り替え可能な配管系統に接続されている。
[Modified example of the second embodiment]
The second embodiment may be modified as in the following modification.
The hydroelectric power generation system according to the modified example is a combination of the first and second embodiments, and as shown in FIG. 13, in parallel with the
ここで、系統連系インバータ60は、前述同様に、ポンプ兼用水力発電装置1の正側出力端子P及び負側出力端子Nから出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を商用電源50又は個別負荷55に供給する。但し、系統連系インバータ60が接続される正側出力端子P及び負側出力端子Nの両端子間には蓄電池70が接続されている。また、系統連系インバータ60と、商用電源50及び個別負荷55との間には、分電盤58が接続されている。分電盤58は、系統連系インバータ60と商用電源50との間の接続又は切り離しを行う。また、分電盤58は、系統連系インバータ60と個別負荷55との間の接続又は切り離しを行う。
Here, in the
以上のような構成によれば、前述した図10のポンプ動作及び図11の蓄電動作の後、系統連系インバータ60は、蓄電池70から供給される直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を商用電源50又は個別負荷55に供給することができる。
According to the above configuration, after the pump operation of FIG. 10 and the storage operation of FIG. 11 described above, the
従って、本変形例によれば、第1及び第2の実施形態の両者の作用効果を得ることができる。 Therefore, according to this modification, the effects of both of the first and second embodiments can be obtained.
上述の実施形態は、本発明の概念の理解を助けるための具体例を示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な構成要素の付加、削除または転換をすることができる。 The above embodiments are merely specific examples to aid in understanding the concepts of the invention and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiments may be added, deleted or converted with various components without departing from the gist of the present invention.
上述の実施形態では、いくつかの機能部を説明したが、これらは各機能部の実装の一例に過ぎない。例えば、1つの装置に実装されると説明された複数の機能部が複数の別々の装置に亘って実装されることもあり得るし、逆に複数の別々の装置に亘って実装されると説明された機能部が1つの装置に実装されることもあり得る。 Although some functional parts have been described in the above-described embodiment, these are only examples of implementation of each functional part. For example, it is possible that a plurality of functional parts described as being mounted on one device may be mounted on a plurality of separate devices, and vice versa. It is also possible that the functional unit is mounted on one device.
また、以上のようなポンプ兼用水力発電装置及び水力発電システムは、以下の[1]~[6]に示すように、表現してもよい。 Further, the above-mentioned pump-combined hydroelectric power generation device and hydroelectric power generation system may be expressed as shown in the following [1] to [6].
[1]インバータ駆動のモータ直結ポンプを使用し、ポンプ使用時とは吸込口と吐出し口を逆に配管し発電させるポンプ逆転水車において、インバータとモータ(発電機)とポンプ(逆転水車)を一体化し、発電時には発電機(モータ)と接続するインバータ部(インバータ回路)のダイオードを利用して、発電機から発電された交流電源を直流電源に変換する、ポンプ兼用水力発電装置。 [1] Inverter, motor (generator), and pump (reversing water wheel) in a pump reversing water wheel that uses an inverter-driven motor direct connection pump and pipes the suction port and the discharge port in the opposite direction to generate power. A hydraulic power generator that also serves as a pump that converts the AC power generated from the generator into DC power by using the diode of the inverter section (inverter circuit) that is integrated and connected to the generator (motor) during power generation.
[2]上記[1]において、永久磁石式同期発電機(モータ)を使用するポンプ兼用水力発電装置。 [2] In the above [1], a hydroelectric power generator that also serves as a pump and uses a permanent magnet type synchronous generator (motor).
[3]上記[1]又は[2]において、インバータの中間電圧部となる直流電源部にて出力端子(正側P,負側N)を有し、発電された直流電源を出力するポンプ兼用水力発電装置。 [3] In the above [1] or [2], the DC power supply unit, which is the intermediate voltage unit of the inverter, has an output terminal (positive side P, negative side N) and is also used as a pump to output the generated DC power supply. Hydroelectric power generator.
[4]上記[1]乃至[3]のいずれかにおいて、直流電源出力端子から発電出力された直流電源を、電源回生コンバータやパワーコンディショナーなどの系統連系インバータを経由して、電力系統や個別負荷へ接続させるポンプ兼用水力発電装置。 [4] In any of the above [1] to [3], the DC power generated from the DC power output terminal is supplied to the power system or individually via a grid interconnection inverter such as a power regeneration converter or a power conditioner. A hydraulic power generator that also serves as a pump to connect to the load.
[5]上記[1]乃至[4]のいずれかにおいて、ポンプ使用時と同じ吸込口と吐出し口に配管接続し、水道直結増圧ポンプなど押込圧力がある場合、ポンプ停止時に弁を開けることで正転であってもポンプが回転し発電させるポンプ兼用水力発電装置。 [5] In any of the above [1] to [4], connect the pipes to the same suction port and discharge port as when using the pump, and if there is a pushing pressure such as a pressure boosting pump directly connected to the water supply, open the valve when the pump is stopped. As a result, a hydroelectric power generator that also serves as a pump that rotates the pump to generate power even if it rotates in the normal direction.
[6]上記[1]乃至[5]のいずれかにおいて、発電時、コンデンサの蓄電容量を超えた場合、外部接続された蓄電池にて蓄電し、ポンプ駆動に蓄電された電気を使用することができるポンプ兼用水力発電装置。 [6] In any of the above [1] to [5], when the storage capacity of the capacitor is exceeded during power generation, electricity is stored in an externally connected storage battery and the electricity stored in the pump drive can be used. A hydroelectric power generator that can also be used as a pump.
[7]インバータ搭載PMモータ一体ポンプの直流中間電圧部に出力用端子を設け、出力用端子に接続された外付けの電源回生コンバータ又はパワーコンディショナーにより、出力用端子から供給された直流電源から交流電源を作成する水力発電システム。 [7] An output terminal is provided in the DC intermediate voltage section of the PM motor integrated pump equipped with an inverter, and AC is supplied from the DC power supply from the output terminal by an external power regenerative converter or power conditioner connected to the output terminal. A hydraulic power generation system that creates a power source.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. In addition, each embodiment may be carried out in combination as appropriate, in which case the combined effect can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by a combination selected from a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, if the problem can be solved and the effect is obtained, the configuration in which the constituent elements are deleted can be extracted as an invention.
1・・・ポンプ兼用水力発電装置、10・・・インバータ部、11・・・整流回路、11a~11f,D,d・・・ダイオード、12・・・コンデンサ、13・・・インバータ回路、13a~13f,61~66・・・アーム、14・・・正側出力ライン、15・・・負側出力ライン、20・・・モータ兼用発電機、30・・・ポンプ兼用逆転水車、31・・・吸込口、32・・・吐出口、40・・・同一直線、50・・・商用電源、55・・・個別負荷、58・・・分電盤、60・・・系統連系インバータ、70・・・蓄電池、80・・・第1貯水槽、81・・・一次側配管、82・・・二次側配管、82a・・・三方弁、82b・・・吐出配管、82c・・・流出配管、83・・・第2貯水槽、Tr,tr・・・スイッチング素子、P・・・正側出力端子、N・・・負側出力端子。 1 ... Pump combined hydraulic power generator, 10 ... Inverter section, 11 ... Rectifier circuit, 11a to 11f, D, d ... Diode, 12 ... Condenser, 13 ... Inverter circuit, 13a ~ 13f, 61 ~ 66 ... Arm, 14 ... Positive side output line, 15 ... Negative side output line, 20 ... Motor combined generator, 30 ... Pump combined reverse water wheel, 31 ... -Suction port, 32 ... Discharge port, 40 ... Same straight line, 50 ... Commercial power supply, 55 ... Individual load, 58 ... Distribution board, 60 ... Grid interconnection inverter, 70 ... storage battery, 80 ... first water storage tank, 81 ... primary side pipe, 82 ... secondary side pipe, 82a ... three-way valve, 82b ... discharge pipe, 82c ... outflow Piping, 83 ... 2nd water storage tank, Tr, tr ... switching element, P ... positive output terminal, N ... negative output terminal.
Claims (9)
前記インバータ回路に電気的に接続されたモータ兼用発電機と、
前記モータ兼用発電機に機械的に接続されたポンプ兼用逆転水車と
が一体的に設けられたポンプ兼用水力発電装置であって、
前記インバータ回路は、前記ポンプ兼用逆転水車により前記モータ兼用発電機が駆動された発電時には、前記モータ兼用発電機で発電された交流電源を前記ダイオードにより直流電源に変換する、ポンプ兼用水力発電装置。 An inverter unit including an inverter circuit in which multiple arms in which diodes are connected in antiparallel to a switching element are bridge-connected, and
A generator that also serves as a motor that is electrically connected to the inverter circuit,
It is a pump-combined hydroelectric power generator that is integrally provided with a pump-combined reversing turbine mechanically connected to the motor-combined generator.
The inverter circuit is a pump-combined hydroelectric power generation device that converts an AC power source generated by the motor-combined generator into a DC power source by the diode when the motor-combined generator is driven by the pump-combined reversing water turbine.
商用電源に電気的に接続可能な整流回路と、
前記整流回路における正側出力ラインと負側出力ラインとの間に接続され、且つ前記インバータ回路に並列に接続されたコンデンサと、
前記正側出力ラインに接続された正側出力端子と、
前記負側出力ラインに接続された負側出力端子と、
を更に含み、
前記コンデンサは、前記直流電源を平滑化し、
前記正側出力端子及び前記負側出力端子は、前記平滑化された直流電源を出力する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のポンプ兼用水力発電装置。 The inverter section is
A rectifier circuit that can be electrically connected to a commercial power supply,
A capacitor connected between the positive output line and the negative output line in the rectifier circuit and connected in parallel to the inverter circuit.
The positive output terminal connected to the positive output line,
The negative output terminal connected to the negative output line,
Including
The capacitor smoothes the DC power supply and
The positive output terminal and the negative output terminal output the smoothed DC power supply.
The hydroelectric power generator also used as a pump according to any one of claims 1 to 3.
前記正側出力端子及び前記負側出力端子から出力された直流電源を交流電源に変換し、当該変換した交流電源を前記商用電源又は個別負荷に供給する系統連系インバータと
を備えた水力発電システム。 The pump-combined hydroelectric power generation device according to claim 4,
A hydroelectric power generation system including a grid-connected inverter that converts DC power output from the positive output terminal and the negative output terminal into AC power and supplies the converted AC power to the commercial power supply or individual load. ..
を備え、
前記ポンプ兼用逆転水車の羽根車に前記吸込配管から押込圧力が加わる場合、前記羽根車が正転することにより前記モータ兼用発電機が交流電源を発電する、請求項5記載の水力発電システム。 It is equipped with a suction pipe and a discharge pipe connected to the suction port and the discharge port when the reversing turbine that also serves as a pump is used as a pump.
The hydroelectric power generation system according to claim 5, wherein when a pushing pressure is applied to the impeller of the pump-combined reversing turbine from the suction pipe, the impeller rotates in the normal direction and the motor-combined generator generates an AC power source.
前記ポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用するときの吸込口及び吐出し口にそれぞれ接続された吸込配管及び吐出し配管と
を備え、
前記ポンプ兼用逆転水車の羽根車に前記吸込配管から押込圧力が加わる場合、前記羽根車が正転することにより前記モータ兼用発電機が交流電源を発電する、水力発電システム。 The pump-combined hydroelectric power generation device according to any one of claims 1 to 4.
It is equipped with a suction pipe and a discharge pipe connected to the suction port and the discharge port when the reversing turbine that also serves as a pump is used as a pump.
A hydroelectric power generation system in which when a pushing pressure is applied to an impeller of the pump-combined reversing turbine from the suction pipe, the impeller rotates in the normal direction and the motor-combined generator generates an AC power source.
を更に備え、
前記蓄電池は、前記発電時には、前記コンデンサの蓄電容量を超えた前記直流電源を蓄電し、前記ポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用するときには、前記蓄電した直流電源を前記正側出力端子及び前記負側出力端子を介して前記インバータ回路に供給する、請求項4を直接的又は間接的に引用する請求項5乃至7のいずれか一項に記載の水力発電システム。 Further equipped with a storage battery for storing the DC power output output from the positive output terminal and the negative output terminal.
At the time of power generation, the storage battery stores the DC power source exceeding the storage capacity of the capacitor, and when the pump-cum-reversing water wheel is used as a pump, the stored DC power source is used as the positive side output terminal and the negative side. The hydroelectric power generation system according to any one of claims 5 to 7, which directly or indirectly cites claim 4, which is supplied to the inverter circuit via an output terminal.
前記正側出力端子及び前記負側出力端子から出力された直流電源を蓄電する蓄電池と
を備え、
前記蓄電池は、前記発電時には、前記コンデンサの蓄電容量を超えた前記直流電源を蓄電し、前記ポンプ兼用逆転水車をポンプとして使用するときには、前記蓄電した直流電源を前記正側出力端子及び前記負側出力端子を介して前記インバータ回路に供給する、水力発電システム。 The pump-combined hydroelectric power generation device according to claim 4,
It is equipped with a storage battery that stores the DC power output output from the positive output terminal and the negative output terminal.
At the time of power generation, the storage battery stores the DC power source exceeding the storage capacity of the capacitor, and when the pump-cum-reversing water wheel is used as a pump, the stored DC power source is used as the positive side output terminal and the negative side. A hydroelectric power generation system that supplies power to the inverter circuit via an output terminal.
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