JP6955217B2 - 流体システム - Google Patents

Description

本開示は、流体システムに関する。

例えば、水車と発電機とを有する水車発電システムは、発電電力を電力系統に出力する。また、このような水車発電システムは、水路の流量を調整する流量調整弁を有している。（例えば、特許文献１参照）。

特許第５９３０８２１号公報

ところで、上述の流量調整弁は、電力系統の交流電力に基づいて給電される電力により動作する。このため、電力系統が停電中の場合、流量調整ができなくなる。流量調整弁への給電に蓄電池を設ける方法がある。しかし、水路に配設される水車発電システムでは、防水・水没対策された大型の蓄電器を必要とするため、システムの大型化又は高コスト化を招き、配管室等の狭い箇所への設置が難しい。

本発明は、水流を制御する機能を有し、狭い配管室への設置を可能とした流体システムを提供することを目的とする。

第１の観点に係る流体システムは、流体が流れる配管（１２）に設置される水力機械（Ｔ）と、前記水力機械（Ｔ）に連結された回転電気機械（Ｇ）と、前記回転電気機械（Ｇ）の出力電力を変換する第１の変換装置（２３）と、電気的に駆動され、前記流体の流量又は圧力を調整する調整弁（２１）と、前記調整弁（２１）に給電する無停電電源装置（４２）と、を有し、少なくとも前記水力機械（Ｔ）と前記調整弁（２１）が、前記配管が配設される配管室の内に設置され、前記無停電電源装置（４２）は前記配管室の外に配置される。

前記第１の観点の流体システムによれば、防水・水没対策が必要で大きな設置面積が必要な無停電電源装置（４２）（ＵＰＳ）を配管室の外に設置するため、狭い配管室に対して流体システムを適用できる。

第２の観点に係る流体システムは、前記第１の変換装置（２３）の出力電力を、電力系統（１３）に応じた電力に変換する第２の変換装置（２４）と、前記無停電電源装置（４２）の入力電力を、前記第２の変換装置（２４）の出力電力と前記電力系統（１３）の電力のいずれか一方に切り換える切換器（４３）と、を有し、前記電力系統（１３）が停電中かつ前記第２の変換装置（２４）の運転中は前記第２の変換装置（２４）の出力電力を前記無停電電源装置（４２）の入力電力とし、前記電力系統（１３）が給電中かつ前記第２の変換装置（２４）の停止中は前記電力系統（１３）の電力を前記無停電電源装置（４２）の入力電力とする。

前記第２の観点の流体システムによれば、電力系統（１３）の電力又は第２の変換装置（２４）の出力電力を無停電電源装置（４２）の入力電力とすることで、小容量の無停電電源装置（４２）を用いることができ、自由度の高い設置を可能とする。

第３の観点に係る流体システムは、前記電力系統（１３）の停電中は、前記無停電電源装置（４２）の充電量又は充電率と負荷電力量の少なくとも一方に応じて前記第２の変換装置（２４）を制御する。

前記第３の観点の流体システムによれば、無停電電源装置（４２）の容量を減らすことができ、さらに小型の無停電電源装置（４２）を用いることができる。
第４の観点に係る流体システムは、前記電力系統（１３）と並列及び解列するための開閉器（３２）を有し、前記第２の変換装置（２４）は、前記開閉器（３２）を介して出力する第１の出力電力と、前記切換器（４３）を介して前記無停電電源装置（４２）に供給する第２の出力電力とを生成する。

第５の観点に係る流体システムは、前記無停電電源装置（４２）の入力電力量と負荷電力量との差を検出する検出手段（３３）を有し、前記第２の変換装置（２４）の停止中は、前記検出手段により検出した電力量差を第１しきい値と比較し、前記電力量差が前記第１しきい値以上のときに前記第２の変換装置（２４）を運転し、前記第２の変換装置（２４）の運転中は、前記検出手段により検出した電力量差を第２しきい値と比較し、前記電力量差が前記第２しきい値以下のときに前記第２の変換装置（２４）を停止する。

前記第５の観点の流体システムによれば、電力系統（１３）との解列時に、第２の変換装置（２４）の運転と停止を制御し、調整弁（２１）の駆動に必要な電力量を第２の出力電力（自立運転電力）により供給できる。

第６の観点に係る流体システムは、前記水力機械（Ｔ）と前記回転電気機械（Ｇ）が配置された前記配管室は地下に設置され、前記無停電電源装置（４２）は地上に設置される。

前記第６の観点の流体システムによれば、無停電電源装置（４２）を水没対応させる必要が無く、小型化できる。
第７の観点に係る流体システムは、前記流体システムと外部システムとの間を電気的に開閉する開閉器（３２）と、前記開閉器（３２）を電気的に開路しているとき、前記無停電電源装置（４２）の入力電力量と負荷電力量との差を検出する検出手段（３３）を有し、前記第１の変換装置（２３）の停止中は、前記検出手段により検出した電力量差を第１しきい値と比較し、前記電力量差が前記第１しきい値以上のときに前記第１の変換装置（２３）を運転し、前記第１の変換装置（２３）の運転中は、前記検出手段により検出した電力量差を第２しきい値と比較し、前記電力量差が前記第２しきい値以下のときに前記第１の変換装置（２３）を停止する。

前記第７の観点の流体システムによれば、第１の変換装置（２３）の出力電力（直流電力）を外部システムに供給する流体システムにおいて、第１の変換装置（２３）の運転と停止を制御し、調整弁（２１）の駆動に必要な電力量を供給できる。

流体システムの構成を示す概略ブロック図。 コンバータの構成を示す概略ブロック図。 系統連系インバータ及び室外設備の構成を示す概略ブロック図。 流体システムの特性マップ。 流体システムの配管構成の一例を示す説明図。 流体システム（系統連系インバータ及び室外設備）の動作説明図。 流体システム（系統連系インバータ及び室外設備）の動作説明図。 流体システム（系統連系インバータ及び室外設備）の動作説明図。 流体システム（系統連系インバータ及び室外設備）の動作説明図。

以下、本発明の実施の形態に係る流体システムについて説明する。
なお、本発明は、以下に記載する例示に限定されるものではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１に示すように、流体システム１１の流体装置１１ａは、配管系統１２に配設された水車（水力機械）Ｔを有している。配管系統１２は、例えば、浄水場から調整池や配水池等に水を送水する送水系の配管である。水車Ｔは、配管室内に配設されている。水車Ｔの回転軸には発電機（回転電気機械）Ｇが連結されている。配管系統１２において、水車Ｔの上流側には電動弁（調整弁）２１と流量計２２とが配設されている。水車Ｔは、配管系統１２に流れる流体（水）により回転する。発電機Ｇは、水車Ｔにより回転駆動され、所定の交流電力（例えば、三相交流電力）を発生する。

電動弁２１は、その開度により、水車Ｔの流入側の圧力又は配管系統１２における流量を調整する。流体装置１１ａは、流量計２２により測定した流量Ｑと目標流量Ｑ＊とに基づいて、又は、圧力センサ５１により測定した水車Ｔの流入側の圧力（一次圧力）ｐ１と圧力センサ５２により測定した水車Ｔの流出側の圧力（二次圧力）ｐ２と目標二次圧力ｐ２＊とに基づいて、水車Ｔと電動弁２１とを制御する。

コンバータ２３は、コンバータ部２３ａとスイッチ部２６と回生抵抗２７とを有している。コンバータ部２３ａは、例えば交流直流変換器であり、発電機Ｇで発電した交流電力を直流電力に変換する。インバータ２４は、例えば直流交流変換器であり、コンバータ部２３ａにより変換された直流電力を交流電力に変換するとともに、電力系統１３と並列及び解列する。

コンバータ部２３ａとインバータ２４との間の直流リンク（ＤＣリンク）２５は、スイッチ部２６を介して回生抵抗２７が接続されている。スイッチ部２６は、例えば、半導体スイッチであり、コンバータ２３の制御器２８（図２参照）により開閉制御される。回生抵抗２７により、ＤＣリンク２５の電圧上昇を抑制する。

インバータ２４は、インバータ部３１と開閉器３２とを有している。インバータ部３１は、コンバータ部２３ａにより変換された直流電力を交流電力に変換する。開閉器３２は、例えば、電磁リレーである。インバータ２４の制御器３３（図３参照）は、開閉器３２を開閉制御する。これにより、インバータ２４は、流体装置１１ａと電力系統１３とを並列及び流体装置１１ａを電力系統１３から解列する。電力系統１３は、例えば、商用電源である。

インバータ部３１は、上記のように変換した交流電力を、第１の出力電力と第２の出力電力として出力する。第１の出力電力は、上述の開閉器３２を介して引込電源盤１４に供給され、第２の出力電力は、直接、引込電源盤１４に供給される。

引込電源盤１４は、水車Ｔが配設された配管室の外側（配管室外）に配設される。例えば、引込電源盤１４は、例えば、電柱等に掛けられ、又は地上に設置される。引込電源盤１４は、電力系統１３から所定電圧の交流電力が供給される。交流電力は、引込電源盤１４から線路負荷としての電力需要家（一般家屋、工場、等）に供給される。

引込電源盤１４には、引込用遮断器４１と、無停電電源装置（ＵＰＳ）４２と、切換器４３とが配設されている。
引込用遮断器４１は、例えば、配電用等の遮断器である。本実施形態において、電力系統１３の交流電力は、引込用遮断器４１を介して切換器４３に供給される。また、この切換器４３には、流体装置１１ａから第２の出力電力が供給される。切換器４３は、共通端子４３ｃと、その共通端子４３ｃが切換接続される接続端子４３ａ，４３ｂを有している。共通端子４３ｃは無停電電源装置４２に接続されている。接続端子４３ａには電力系統１３の交流電力が供給され、接続端子４３ｂにはインバータ２４の第２の出力電力が供給される。

切換器４３は、例えば電磁リレーであり、コイルに対する通電又は非通電によって、共通端子４３ｃを第１の接続端子４３ａと接続する状態と、共通端子４３ｃを第２の接続端子４３ｂと接続する状態とを切り換える。切換器４３は、例えば、インバータ２４の制御器３３（図３参照）により制御される。

図３に示すように、引込用遮断器４１は、直列に接続された遮断器４１ａ，４１ｂを含む。電力系統１３の側の遮断器４１ａは、例えば、過電流遮断機能付き漏電遮断器を用いることができる。流体装置１１ａの側の遮断器４１ｂは、例えば、配線用遮断器を用いることができる。切換器４３の第１の接続端子は、遮断器４１ａと遮断器４１ｂとの間に接続されている。

共通端子４３ｃが第１の接続端子４３ａに接続されると、電力系統１３の交流電力が無停電電源装置４２に供給され、共通端子４３ｃが第２の接続端子４３ｂに接続されると、流体装置１１ａの第２の出力電力が無停電電源装置４２に供給される。無停電電源装置４２の出力電力は、電動弁２１に供給される。電動弁２１と流量計２２は、無停電電源装置４２から供給される電力により動作する。なお、図示しないが、無停電電源装置４２の出力電力は、流量計２２と流体装置１１ａの制御部（図２に示すコンバータ２３の制御器２８と図３に示すインバータ２４の制御器３３等）にも供給されてもよい。

流体装置１１ａは、電力系統１３の状態に応じて、運転を制御する。電力系統１３が給電中、すなわち、交流電力が供給されるとき、流体装置１１ａは、通常運転を実施する。通常運転において、流体装置１１ａは、開閉器３２を電気的に閉路（オン）し、切換器４３の共通端子４３ｃを第１の接続端子４３ａに接続する。この切換器４３を介して、電力系統１３から無停電電源装置４２に交流電力が供給され、無停電電源装置４２を充電するとともに、電動弁２１に駆動電力を供給する。そして、流体装置１１ａは、流量制御を行うとともに、流体のエネルギーを電力として回収する。なお、通常運転において、流体装置１１ａは、二次圧力制御を行うようにしてもよい。

電力系統１３が停電中のとき、流体装置１１ａは、自立運転を実施する。自立運転において、流体装置１１ａは、開閉器３２を電気的に開路（オフ）し、切換器４３の共通端子４３ｃを第２の接続端子４３ｂに接続する。この切換器４３を介して流体装置１１ａの第２の出力電力が無停電電源装置４２に供給され、無停電電源装置４２を充電するとともに、電動弁２１に駆動電力を供給する。そして、流体装置１１ａは、無停電電源装置４２の充電量又は充電率に基づいて、流量又は二次圧力と第２の出力電力を制御する。なお、無停電電源装置４２の負荷電力量に基づいて、制御するようにしてもよい。

流体装置１１ａが配設された配管系統１２が需要家に近い系統である場合、この配管系統１２に流れる流体の流量は、需要の変動の影響を強く受ける。時刻、需要地域によって、発電に必要な流量よりも低下する場合がある。この場合、流体装置１１ａは、自立運転を実施できなくなる。この場合においても、電動弁２１には、無停電電源装置４２から駆動電力が供給されているため、電動弁２１を所定の開度に調整できる。

図３に示すように、インバータ２４は、インバータ部３１と、開閉器３２と、制御器３３とを有している。
制御器３３は、制御指令によりインバータ部３１を制御する。また、制御器３３は、開閉指令により開閉器３２を制御する。

また、制御器３３は、開閉器３２と引込電源盤１４との間の電圧値に基づいて、電力系統１３が給電中か停電中かを判定する。そして、電力系統１３が給電中の場合、電力系統１３から交流電力が給電される。この場合、制御器３３は、切換指令を切換器４３に出力し、電力系統１３の交流電力を無停電電源装置４２に供給するように、切換器４３を制御する。無停電電源装置４２は、電力系統１３の交流電力に基づいて、電動弁２１に駆動電力を供給する。また、無停電電源装置４２は、供給される交流電力を蓄電する。

電力系統１３が停電中の場合、制御器３３は、切換指令を切換器４３に出力し、流体装置１１ａの第２の出力電力を無停電電源装置４２に供給するように、切換器４３を制御する。無停電電源装置４２は、流体装置１１ａの第２の出力電力に基づいて、電動弁２１に駆動電力を供給する。また、無停電電源装置４２は、供給される交流電力を蓄電する。

図５は、配管構成の一例を示す。
この配管構成は、例えば、送水系における流量調整弁に換えて、水車Ｔが設置され、流体のエネルギーを電力として回収する。この配管構成は、水車Ｔが配設されたメイン配管１２ａと、水車Ｔを迂回するバイパス配管１２ｂとを有している。メイン配管１２ａには、流体の流れる方向に沿って、流量計２２、電動弁２１、圧力センサ５１、水車Ｔ、圧力センサ５２が設けられている。流量計２２は、メイン配管１２ａの流量を測定する。電動弁２１は、その開度により、水車Ｔの流入側の圧力（一次圧力）を調整する。圧力センサ５１は、水車Ｔの流入側の圧力（一次圧力）を測定する。水車Ｔは、メイン配管１２ａにおける流量を調整する。圧力センサ５２は、水車Ｔの流出側の圧力（二次圧力）を測定する。バイパス配管１２ｂには、流体の流れる方向に沿って、流量計５３と電動弁５４とが設けられている。流量計５３は、このバイパス配管１２ｂの流量を測定する。電動弁５４は、その開度により、バイパス配管１２ｂにおける流量を調整する。

図４は、流体装置１１ａにおける特性マップＭを示す。
この特性マップＭは、縦軸に水車Ｔの有効落差Ｈ、横軸に水車Ｔに供給される流量Ｑとしている。この特性マップＭにおいて、発電機Ｇは、その負荷をかけずトルク零値（Ｔ＝０）とした場合の無拘束速度曲線と、回転数零値（Ｎ＝０）の等速度曲線との間の領域を水車Ｔが水流により回転する水車領域とする。この水車領域において、発電機Ｇが水車Ｔにより回転駆動されるのを基本とする。

水車領域において、複数の等トルク曲線は、無拘束速度曲線（Ｔ＝０）に沿い、マップ上、流量Ｑの増大に応じてトルク値も増大する。また、複数の等速度曲線は回転数零値(Ｎ＝０)の等速度曲線に沿い、有効落差Ｈが大きくなるほど回転数も上昇する。更に、破線で示した等発電電力曲線は下に凸な二次曲線であって、有効落差Ｈ及び流量Ｑの増大に応じて発電電力も増大する。

そして、特性マップＭには、予め測定し作成した総落差−管路抵抗曲線（システムロスカーブＳ）が流動抵抗曲線として記録されている。このシステムロスカーブＳは、流体装置１１ａの水車Ｔが接続された管路の抵抗に応じた曲線であって、流量Ｑ＝０のとき有効落差Ｈが総落差Ｈｏであり、流量Ｑの増大に応じて有効落差Ｈが二次曲線的に減少する特性を持つ。このシステムロスカーブＳの曲率は、流体装置１１ａの水車Ｔが接続された配管系統に固有の値を持つ。流体装置１１ａの水車Ｔは、このシステムロスカーブＳ上の点を運転点として動作する。流体装置１１ａの有効落差Ｈは、例えば、図５に示す圧力センサ５１により検出した一次圧力ｐ１と、圧力センサ５２により検出した二次圧力ｐ２との差（＝ｐ１−ｐ２）により得られる。

図１に示すコンバータ部２３ａは、流量Ｑと目標流量Ｑ＊とに基づいて、又は、有効落差Ｈと二次圧力ｐ２と目標二次圧力ｐ２＊とに基づいて、トルク制御又は回転数制御を実施する。発電機Ｇのトルク値、回転数の変化により、水車Ｔの動作点が変化する。

インバータ２４は、直流電圧の目標値及び出力電圧の目標値に基づいて、直流電圧制御及び出力電圧制御（パワースイッチング素子に供給する制御信号の振幅、周波数を調整）を実施する。

図３に示すインバータ２４の制御器３３は、無停電電源装置４２の充電量又は充電率に基づいて、インバータ部３１を制御し、インバータ部３１の運転状態を図２に示すコンバータ２３の制御器２８に出力する。例えば、無停電電源装置４２が満充電の場合、インバータ２４の制御器３３は、インバータ部３１を停止し、インバータ部３１の停止状態を図２に示すコンバータ２３の制御器２８に出力する。コンバータ２３の制御器２８は、回生抵抗２７に接続されたスイッチ部２６をオンオフ制御し、コンバータ部２３ａの出力電力を回生抵抗２７により消費する。無停電電源装置４２が満充電ではない場合、インバータ２４の制御器３３は、インバータ部３１を運転し、無停電電源装置４２を充電する。

図４に示す特性マップＭにおいて、Ｄ１は、自立運転時の水車Ｔの動作点の目安である。これに基づき、図５に示すバイパス配管１２ｂを含む配管構造全体の目標流量Ｑ＊（＝Ｑａ）により、メイン配管１２ａとバイパス配管１２ｂとを含む配管構造の全体において、システムロスカーブＳ上の動作点Ｄ２にて運転する。

次に、負荷電力量を用いた場合の制御について説明する。
通常運転において、図３に示す無停電電源装置４２には、電力系統１３から交流電力が供給され、無停電電源装置４２は満充電状態である。

電力系統１３の停電中を検出すると、インバータ２４の制御器３３は、無停電電源装置４２の負荷電力量とインバータ部３１の出力電力量を０にセットし、無停電電源装置４２の負荷電力量（積算値）とインバータ部３１の出力電力量（積算値）を計測する。そして、インバータ２４の制御器３３は、負荷電力量と出力電力量の差（電力量差＝負荷電力量−出力電力量）を算出する。なお、インバータ２４の制御器３３は、負荷電力量と出力電力量の差を直接的又は間接的に検出又は計測するものとしてもよい。

そして、インバータ２４の制御器３３は、電力量差が第１しきい値より大きくなる（負荷電力量−出力電力量＞第１しきい値）と、インバータ部３１を運転し、インバータ部３１の運転状態を図２に示すコンバータ２３の制御器２８に出力する。コンバータ２３の制御器２８は、スイッチ部２６をオフし、回生抵抗２７をＤＣリンク２５から切り離す。また、インバータ２４の制御器３３は、電力量差が第２しきい値より小さくなる（負荷電力量−出力電力量＜第２しきい値）と、インバータ部３１を停止し、インバータ部３１の停止状態を図２に示すコンバータ２３の制御器２８に出力する。コンバータ２３の制御器２８は、スイッチ部２６をオンオフ制御し、コンバータ部２３ａの出力電力を回生抵抗２７により消費する。第１しきい値を第２しきい値より大きく（第１しきい値＞第２しきい値）設定する。インバータ２４の制御器３３は、無停電電源装置４２を充電するのに充分な電力量を出力するように、インバータ部３１を運転する。このように、インバータ２４の制御器３３は、無停電電源装置４２の充電量に応じてインバータ部３１を間欠運転する。充電量は、無停電電源装置４２内部のバッテリに現在、残っている電荷量であり、充電率は、満充電状態の充電量に対する、現在の充電量の比率である。充電率は、０以上１以下の範囲である。負荷電力量と出力電力量の差（＝負荷電力量−出力電力量）が正であれば、充電量又は充電率は、小さくなり、負荷電力量と出力電力量の差（＝負荷電力量−出力電力量）が負であれば、充電量又は充電率は、大きくなる。

なお、インバータ２４の制御器３３は、測定したインバータ部３１の出力電力量に補正係数を乗算し、その乗算結果と負荷電力量との差（＝負荷電力量−出力電力量×補正係数）に基づいて、インバータ部３１を制御するようにしてもよい。補正係数は、例えば、０よりも大きく、１以下の範囲である。また、インバータ部３１の出力電力量は、インバータ部３１の制御用内部データ（例えば、出力電圧と出力電流と運転時間積算値等）を用いて推定するようにしてもよい。

（作用）
次に、本実施形態の流体システム１１の作用を説明する。
図１に示すように、流体システム１１は、配管系統１２に配設された水車Ｔと、水車Ｔに連結された発電機Ｇを有している。流体システム１１のコンバータ部２３ａは、発電機Ｇで発電した電力を直流電力に変換する。配管系統１２には、水車Ｔの上流側に、電動弁２１と流量計２２とが配設されている。電動弁２１は、引込電源盤１４に設けられた無停電電源装置４２から供給される駆動電力に基づいて動作する。引込電源盤１４は、配下室外、例えば地上に設けられている。無停電電源装置４２には、防水・水没等の対策が必要であり、このような対策に応じた無停電電源装置４２は、大きな設置面積を必要とする。また、高コスト化を招く。この無停電電源装置４２は配管室外に配設されている。従って、流体システム１１において、少なくとも水車Ｔと電動弁２１とを、狭い配管室に配設することができる。このため、狭い配管室に対して、流体システム１１を適用できる。

なお、無停電電源装置４２を配管室内に設けることも考えられる。しかし、配管室内に設置する場合、完全密閉構造の筐体を必要とする。このため、既設の配管室では、防水構造の無停電電源装置の配置スペースを確保することが難しく、また、高コスト化を招く。これに対し、本実施形態の流体システム１１は、無停電電源装置４２を配管室外に設けるため、コスト上昇を抑制できる。

図６に示すように、電力系統１３が給電中のとき、切換器４３の共通端子４３ｃが第１の接続端子４３ａに接続され、電力系統１３の交流電力が無停電電源装置４２に供給される。その交流電力により無停電電源装置４２が充電される。無停電電源装置４２の出力電力は、電動弁２１に供給される。

図７に示すように、電力系統１３が停電中のとき、電動弁２１には無停電電源装置４２から駆動のための電力が供給される。このように、電力系統１３が停電中であっても、電動弁２１を制御することができる。

切換器４３の共通端子４３ｃが第２の接続端子４３ｂに接続され、流体システム１１（流体装置１１ａ）による第２の出力電力が無停電電源装置４２に供給される。その交流電力により無停電電源装置４２が充電される。すなわち、流体システム１１の発電により、無停電電源装置４２を充電できる。このため、電力系統１３の交流電力のみにより無停電電源装置４２を充電する場合と比べ、二次電池の容量（蓄電量）の小さな無停電電源装置４２を用いることができる。電力系統１３の交流電力のみにより無停電電源装置４２を充電する場合、電力系統１３の交流電力が復旧するまで電動弁２１に駆動電力を供給する必要があるためである。このように、容量の小さな無停電電源装置４２を用いることで、配管室外の施設（本実施形態では引込電源盤１４）の設置面積の増大を抑制できる。

本実施形態において、流体システム１１は、発電により無停電電源装置４２を充電する。このため、流量Ｑ及び有効落差Ｈがほぼ一定で常に定格電力で発電できる配管系統に設置した流体システムでは、蓄電容量の小さな（例えば、瞬電に対応可能な）無停電電源装置４２を用いることができる。一方、例えば、流量変動により水車Ｔの最低流量以下の期間が長い配管系統では、蓄電容量の大きな無停電電源装置４２を用いる必要がある。このように、設置箇所に応じて流体システムを適宜変更することができる。

図８及び図９に示すように、電動弁２１が水没に対応していない場合、電動弁２１を動作・停止するためのメインコンタクト４５を引込電源盤１４に配設する。このようにすることで、種々の電動弁２１（水没対応、水没未対応）を用いることができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）流体システム１１は、配管系統１２に配設された水車Ｔと、水車Ｔに連結された発電機Ｇを有している。流体システム１１のコンバータ部２３ａは、発電機Ｇで発電した電力を直流電力に変換する。配管系統１２には、水車Ｔの上流側に、電動弁２１と流量計２２とが配設されている。電動弁２１は、引込電源盤１４に設けられた無停電電源装置４２から供給される駆動電力に基づいて動作する。引込電源盤１４は、配下室外、例えば地上に設けられている。無停電電源装置４２には、防水・水没等の対策が必要であり、このような対策に応じた無停電電源装置４２は、大きな設置面積を必要とする。この無停電電源装置４２は配管室外に配設されている。従って、流体システム１１において、少なくとも水車Ｔと電動弁２１とを、狭い配管室に配設することができる。このため、狭い配管室に対して、流体システム１１を適用できる。

（２）電力系統１３が給電中のとき、切換器４３の共通端子４３ｃが第１の接続端子４３ａに接続され、電力系統１３の交流電力が無停電電源装置４２に供給される。その交流電力により無停電電源装置４２が充電される。無停電電源装置４２の出力電力は、電動弁２１に供給される。電力系統１３が停電中のとき、電動弁２１には無停電電源装置４２から駆動のための電力が供給される。このように、電力系統１３が停電しても、電動弁２１を制御することができる。

（３）切換器４３の共通端子４３ｃが第２の接続端子４３ｂに接続され、流体システム１１（流体装置１１ａ）による第２の出力電力が無停電電源装置４２に供給される。その交流電力により無停電電源装置４２が充電される。すなわち、流体システム１１の発電により、無停電電源装置４２を充電できる。このため、電力系統１３の交流電力のみにより無停電電源装置４２を充電する場合と比べ、二次電池の容量（蓄電量）の小さな無停電電源装置４２を用いることができる。電力系統１３の交流電力のみにより無停電電源装置４２を充電する場合、電力系統１３の交流電力が復旧するまで電動弁２１と流量計２２に駆動電力を供給する必要があるためである。このように、容量の小さな無停電電源装置４２を用いることで、配管室外の施設（本実施形態では引込電源盤１４）の設置面積の増大を抑制できる。

（その他の実施形態）
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態は、流量計２２を設置したが、流量計２２を省略し、図４の特性マップＭを用いて配管系統１２における流量Ｑを推定するようにしてもよい。具体的には、例えば、発電機Ｇのトルク値、回転数等を用いて水車Ｔの運転点を推定することで、この運転点に対応する流量Ｑを求めることができる。

・無停電電源装置４２の出力信号により電力系統１３が給電中か停電中かを判定してもよい。例えば、無停電電源装置４２が電力系統１３の停電を示す信号を出力する場合、その信号に基づいて電力系統１３が給電中か停電中かを判定できる。

・切換器４３において、電力系統１３から供給される交流電力に基づいて、電磁リレーを励磁してもよい。この場合、励磁によって共通端子４３ｃが接続される端子（常開接点）に電力系統１３の交流電力を供給し、消磁によって共通端子４３ｃが接続される端子（常閉接点）に流体装置１１ａの第２の出力電力を供給する。電力系統１３が停電すると、消磁によって接続が切り換わる。

・上記実施形態は、交流電力を出力する流体システムとしたが、直流電力を出力する流体システムとしてもよい。この場合、無停電電源装置４２の充電量又は充電率と負荷電力量との少なくとも一方に基づいて、コンバータ２３を運転・停止する。

・上記実施形態は、無停電電源装置４２の負荷電力量とインバータ部３１の出力電力量の差を算出したが、無停電電源装置４２の入力電力量と無停電電源装置４２の出力電力量の差を算出してもよい。

・上記実施形態は、無停電電源装置４２の負荷電力量とインバータ部３１の出力電力量の差を算出したが、電力量の差を直接的又は間接的に検出又は計測するようにしてもよい。また、無停電電源装置４２の入力電力量と無停電電源装置４２の出力電力量の差を直接的又は間接的に検出又は計測するようにしてもよい。

・上記実施形態に対し、無停電電源装置４２を引込電源盤１４と異なる収容箱に収容してもよい。
・上記実施形態に対し、無停電電源装置４２、又は無停電電源装置４２を含む引込電源盤１４の設置場所を、例えば、歩道、民地、公有地（公園等）としてもよい。

・上記実施形態に対し、コンバータ２３とインバータ２４とを一体としてもよい。例えば、サイクロコンバータ又はマトリクスコンバータ等の交流交流変換器で構成してもよい。

・上記実施形態では、少なくとも電動弁２１と水車Ｔとが配管室内に配置されていればよく、例えば、発電機Ｇ、コンバータ２３、インバータ２４、等を配管室外に配設してもよい。

・配管室内の水位に応じて運転するようにしてもよい。例えば、配管室内に水位センサを配設する。例えば、水位センサにより検出した水位が浸水限界高さに達する前に、流体システムを停止する。水位として、例えば、低い側から、順に「水中ポンプの起動水位」、「異常検知水位（ＬＯＷ）」、「異常検知水位（ＨＩ）」、「浸水限界高さ」が設定される。「浸水限界高さ」は、周辺機器を含む流体システムの機器の取付位置のうち、最も低い高さである。なお、上述のように設定された水位に応じて遠隔監視システムで発報するようにしてもよい。

・以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１１ 流体システム
１２ 配管系統（配管）
１３ 電力系統
１４ 引込電源盤
２１ 電動弁（調整弁）
２３ コンバータ（第１の変換装置）
２４ インバータ（第２の変換装置）
２８ 制御器
３２ 開閉器
３３ 制御器（検出手段）
４２ 無停電電源装置（ＵＰＳ）
４３ 切換器
Ｔ 水車（水力機械）
Ｇ 発電機（回転電気機械）

Claims (6)

1. 流体が流れる配管（１２）に設置される水力機械（Ｔ）と、
   前記水力機械（Ｔ）に連結された回転電気機械（Ｇ）と、
   前記回転電気機械（Ｇ）の出力電力を変換する第１の変換装置（２３）と、
   電気的に駆動され、前記流体の流量又は圧力を調整する調整弁（２１）と、
   前記調整弁（２１）に給電する無停電電源装置（４２）と、
   を有する流体システムであって、
   前記第１の変換装置（２３）の出力電力を、電力系統（１３）に応じた電力に変換する第２の変換装置（２４）と、
   前記無停電電源装置（４２）の入力電力を、前記第２の変換装置（２４）の出力電力と前記電力系統（１３）の電力のいずれか一方に切り換える切換器（４３）と、
   前記無停電電源装置（４２）の入力電力量と、負荷電力量または出力電力量との差を検出する検出手段（３３）と、を有し、
   前記電力系統（１３）が停電中かつ前記第２の変換装置（２４）の運転中は前記第２の変換装置（２４）の出力電力を前記無停電電源装置（４２）の入力電力とし、
   前記電力系統（１３）が給電中かつ前記第２の変換装置（２４）の停止中は前記電力系統（１３）の電力を前記無停電電源装置（４２）の入力電力とし、
   前記第２の変換装置（２４）の出力電力を前記無停電電源装置（４２）の入力電力とする場合において、前記第２の変換装置（２４）の停止中は、前記検出手段（３３）により検出した電力量差を第１しきい値と比較し、前記電力量差が前記第１しきい値以上のときに前記第２の変換装置（２４）を運転し、前記第２の変換装置（２４）の運転中は、前記検出手段（３３）により検出した電力量差を第２しきい値と比較し、前記電力量差が前記第２しきい値以下のときに前記第２の変換装置（２４）を停止する、
   流体システム。
2. 前記電力系統（１３）の停電中は、前記無停電電源装置（４２）の充電量又は充電率と負荷電力量の少なくとも一方に応じて前記第２の変換装置（２４）を制御する、
   請求項１に記載の流体システム。
3. 前記電力系統（１３）と並列及び解列するための開閉器（３２）を有し、
   前記第２の変換装置（２４）は、
   前記開閉器（３２）を介して出力する第１の出力電力と、前記切換器（４３）を介して前記無停電電源装置（４２）に供給する第２の出力電力とを生成する、
   請求項１又は２に記載の流体システム。
4. 流体が流れる配管（１２）に設置される水力機械（Ｔ）と、
   前記水力機械（Ｔ）に連結された回転電気機械（Ｇ）と、
   前記回転電気機械（Ｇ）の出力電力を変換する第１の変換装置（２３）と、
   電気的に駆動され、前記流体の流量又は圧力を調整する調整弁（２１）と、
   前記調整弁（２１）に給電する無停電電源装置（４２）と、
   を有する流体システムであって、
   前記流体システムと外部システムとの間を電気的に開閉する開閉器（３２）と、
   前記開閉器（３２）を電気的に開路しているとき、前記無停電電源装置（４２）の入力電力量と、負荷電力量または出力電力量との差を検出する検出手段（３３）と、を有し、
   前記第１の変換装置（２３）の停止中は、前記検出手段（３３）により検出した電力量差を第１しきい値と比較し、前記電力量差が前記第１しきい値以上のときに前記第１の変換装置（２３）を運転し、前記第１の変換装置（２３）の運転中は、前記検出手段（３３）により検出した電力量差を第２しきい値と比較し、前記電力量差が前記第２しきい値以下のときに前記第１の変換装置（２３）を停止する、
   流体システム。
5. 少なくとも前記水力機械（Ｔ）と前記調整弁（２１）が、前記配管が配設される配管室の内に設置され、前記無停電電源装置（４２）は前記配管室の外に配置される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体システム。
6. 前記水力機械（Ｔ）と前記回転電気機械（Ｇ）が配置された前記配管室は地下に設置され、前記無停電電源装置（４２）は地上に設置される、
   請求項５に記載の流体システム。

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