KR20200134245A - 수력 발전 장치 및 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

수력 발전 장치는 수차(1)와, 수차(1)의 회전에 제동력을 부여하는 제동 장치(4)와, 수차(1)의 회전 상태를 나타내는 상태량을 감시하고, 상태량의 변화의 크기가 임계치를 초과한 경우에 제동 장치(4)에 제동력을 발생시키는 제어 장치(100)를 구비한다. 바람직하게는, 제어 장치는 상태량으로서 수차의 회전 속도 또는 수차의 회전 토오크를 감시한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 수로에 떨어진 이물로부터 발전 장치를 보호하는 것이 가능한 수력 발전 장치 및 발전 시스템을 비용을 억제하여 제공할 수 있다.

Description

수력 발전 장치 및 발전 시스템

본 발명은 수력 발전 장치 및 발전 시스템에 관한 것이다.

수력 발전 장치는 유수가 갖는 운동 에너지를 발전에 이용하는 시스템이다. 수력 발전 장치는 주된 구성으로서, 물의 흐름을 받고 회전하는 수차와, 수차와 연결되어 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기와, 발전기의 출력 및 수차를 제어하는 제어 장치를 포함한다. 발전기로부터 취출한 최적인 전력은 유속에 의해 변화하기 때문에, 제어 장치는, 유속 또는 수차의 회전 속도 또는 발전기 발전 전압을 계측하고, 발전기로부터 취출한 최적인 전력을 결정하여 발전기의 전력량과 최적치가 일치하도록 발전기를 제어한다.

상류로부터 발전기에 표착하는 쓰레기, 수초, 나뭇가지, 끈 등은, 수차에 휘감겨 발전량의 저하의 요인으로 된다. 이 때문에, 수력 발전에서는, 쓰레기 대책이 중요하다. 예를 들면, 수차의 상류에 쓰레기를 제거하는 장치를 설치하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 수차 설치 장소보다 상류의 수로에 이물을 제거하는 제진 설비를 설치하는 것이 생각되어질 수 있다. 그렇지만, 소형으로 수로에 간단하게 설치 가능한 소수력 발전 장치에서는, 커다란 제진 설비는 비용 상승의 요인으로 되기 때문에 사용하는 것은 어렵다. 이 때문에, 소수력 발전 장치에는, 예를 들면 빗 형의 필터 등 간이적인 제진기를 설치하는 것이 고려되어지고 있다.

이와 같은 간이적인 제진기를 설치한 경우, 다소의 쓰레기나 수초가 수차에 흘러 들어가는 경우가 있다. 수차에 흘러 도착한 쓰레기는 그대로 그냥 지나치는 것도 있으면, 수차의 수차익(날개)에 걸리는 것도 있다. 수차익에 걸린 쓰레기는, 수차익의 회전에 의한 수압이나 원심력, 수류에 의한 수압에 의해, 수차익에 눌려 붙여진 상태로 되어 벗겨지기 않게 된다. 수차에 부착한 쓰레기나 수초가 증가하면 발전력의 저하를 일으킨다. 따라서 간이적인 제진기는 완전한 쓰레기 대책으로는 되지 않고, 수차에 부착한 쓰레기의 정기적인 제거 작업이 필요해진다.

일본 특개2017-089612호 공보(특허 문헌 1)에는, 이와 같은 소전력 수력 발전 장치의 쓰레기 대책에 관한 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2017-089612호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 제6168269호

유수가 갖는 운동 에너지를 발전에 이용하는 소수력 발전 장치에 있어서, 수로에는 다양한 것이 흘러서 온다. 유목등 큰 쓰레기가 흘러서 온 경우, 회전 날개에 있어서 회전 날개나 기계체가 파손될 가능성이 있다.

종래, 그것 들을 막는 방법으로서, 수력 발전 장치의 상류측에 스크린 등을 두는 것이 있는데 스크린은 고가이고, 또한, 스크린과 수력 발전 장치의 사이에 큰 쓰레기가 떨어진 경우에는 막을 수 없다. 다른 방법으로서, 광전 센서, 레이저 등에 의해, 이물 검출을 행하는 방법은 있지만, 별도의 전원이 필요하고, 기기 비용 등의 비용이 늘어난다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 주된 목적은, 소수력 발전 장치의 제어 회로를 재편성하는 것에 의해, 이물로부터 발전 장치를 보호하는 것이 가능한 수력 발전 장치 및 발전 시스템을 비용을 억제하여 제공하는 것이다.

또한, 일본 특개2017-089612호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 수력 발전 장치에는, 수차의 날개에 부착된 쓰레기를 제거하기 위해 제진용 전자 브레이크가 설치되어 있고, 정기적으로 그 전자 브레이크로 날개의 정지와 회전을 반복하는 제진 브레이크 제어를 행하고 있다.

이와 같은 수력 발전 장치를 상용 전원과 계통 연계하는 것도 검토되고 있다. 이와 같은 수력 발전 장치를 상용 전원과 계통 연계하는 경우, 수차를 계통 연계 인버터(일본에서는 '파워 컨디셔너'라고 불리는 것이 있다)에 접속하여 발전한 전력을 계통에 역 조류 시킨다. 계통 연계 인버터에 수차를 1대 접속하여 발전한 전력을 역 조류 시키는 경우, 정기적으로 제진 제어로 발전기의 회전을 정지시키면, 회전을 정지한 때에 계통 연계 인버터의 입력 전압이 저하한다.

계통 연계 인버터는, 입력 전력이 어느 값보다도 저하되면 대기 상태로 이행하도록 설계되어 있기 때문에, 제진 브레이크를 작동시키면 계통 연계 인버터가 대기 상태로 되는 경우가 있다. 계통 연계 인버터가 일단 대기 상태로 이행하면, 제진 제어가 종료하여 입력 전압이 회복되어도 계통에 재접속하기 까지 잠시 시간을 필요로 하기 때문에, 그 사이 역 조류를 시키는 것이 될수 없게 되어 매전 수입이 감소한다. 또한, 그것을 정기적으로 반복하는 것은 계통에 악영향을 부혀할 가능성이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 계통 연계를 중단하지 않고 쓰레기 등의 제거를 행할 수 있는 수력 발전 장치를 제공하는 것이다.

본 개시에 관한 수력 발전 장치는, 수차와, 수차의 회전에 제동력을 부여하는 제동력 발생부와, 수차의 회전 상태를 나타내는 상태량을 감시하고, 상태량의 변화의 크기가 임계치를 초과하는 경우에 제동력 발생부에 제동력을 발생시키는 제어 장치를 구비한다.

바람직하게는, 제어 장치는 상태량으로써 수차의 회전 속도를 감시한다.

바람직하게는, 제어 장치는 상태량으로써 수차의 회전 토오크를 감시한다.

바람직하게는, 제어 장치는 상태량으로써 수차의 회전 속도 및 회전 토오크를 감시하고, 회전 속도의 변화의 크기가 제1의 임계치를 초과하고, 또한 회전 토오크의 변화의 크기가 제2의 임계치를 초과하는 경우에, 제동력 발생부에 제동력을 발생시킨다.

본 개시는, 다른 국면에서는 수력 발전 장치에 관한다. 수력 발전 장치는, 수차의 회전에 의해 발전한 발전기와, 발전기가 발전한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 중간 노드에 출력하는 AC/DC 변환기와, 중간 노드의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 전력 계통에 역 조류 시키는 계통 연계 기기와, 중간 노드의 직류 전압의 변동을 계통 연계 기기가 역 조류를 유지 가능한 범위로 억제하는 전압 유지 장치를 더 구비한다. 제어 장치는 제동력이 증감하는 것을 반복하도록 제동력 발생부를 제어하는 것에 의해, 수차의 회전 속도를 변동시키든지 또는 수차의 회전을 정지시키는 제진 운전을 실행한다. 제어 장치는 전압 유지 장치의 전압 변동 억제 능력에 응하여 정해진 기간만 제진 운전을 실행한다.

바람직하게는, 전압 유지 장치는 콘덴서 또는 2차 전지이다. 전압 변동 억제 능력은 콘덴서 또는 2차 전지의 용량에 의해 정해지는 능력이다.

바람직하게는, 계통 연계 기기는 계통 연계 인버터이다.

바람직하게는, 전압 유지 장치는 축전 장치와, 중간 노드와 축전 장치를 접속하는 스위치를 포함한다. 제어 장치는 스위치를 폐쇄 상태로 하고 있을 때에, 축전 장치의 충전 상태가 임계치를 초과하면 스위치를 개방 상태로 하여 대기 상태로 이행하고, 대기 상태에 있는 때에 제동력을 증감시키는 조건이 성립하면, 스위치를 폐쇄 상태로 변경한 후에 제진 운전을 실행한다.

바람직하게는, 상기 어느 쪽의 수력 발전 장치에 있어서, 수차는 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는다.

바람직하게는, 상기 어느 쪽의 수력 발전 장치에 있어서, 수차는 수직축형의 회전 날개를 갖는다.

이 개시는, 또 다른 국면에서는 상기의 어느 하나에 기재된 수력 발전 장치를 이용하고, 유수가 갖는 운동 에너지를 전력으로 변환하는 해류 발전 또는 조력발전을 행하는 발전 시스템에 관한다.

본 발명에 의하면, 비용을 대폭적으로 증가시키는 일 없이, 이물질로부터 발전 장치를 보호하는 것이 가능한 수력 발전 장치가 실현될 수 있다.

본 발명의 다른 국면에 의하면, 쓰레기 등의 제거를 행하는 경우에, 수력 발전 장치의 계통 연계를 중단하지 않고 마무리되며, 매전량의 감소를 막을 수 있다.

도 1은 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 개략 형상을 나타내는 정면도.
도 2는 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 개략 형상을 도시하는 측면도.
도 3은 실시의 형태 1에 관한 수력 발전 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 실시의 형태 1의 변형례에 관한 수력 발전 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 실제의 수로로, 발전기의 전기 부하(발전 토오크)를 일정하게 한 조건으로, 발전량의 경시 변화를 기록한 파형도.
도 6은 토오크 미터의 배치례를 나타내는 도.
도 7은 제동 장치가 없는 제1 비교례에 있어서 날개 회전 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 광전 센서를 이용하여 이물을 검출하고 브레이크를 걸는 제2 비교례의, 이물 검출으로부터 정지까지의 날개 회전 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 실시의 형태 1의 수력 발전 장치에 의한 날개 회전 속도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 제어 장치가 실행한 이상 판정 및 제동 처리를 설명하기 위한 플로차트.
도 11은 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 시험 결과례를 나타내는 도면.
도 12는 제동 장치가 없는 비교례에 있어서, 회전 토오크와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 13은 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 회전 토오크와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 실시의 형태 1의 변형례에 관한 수력 발전 장치의 개략 형상을 나타내는 정면도.
도 15는 실시의 형태 2의 수력 발전 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 16은 제진 브레이크의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 17은 제진 브레이크와 수차를 추가하고 나타냈던 수력 발전 장치의 구성을 나타내는 도.
도 18은 도 17의 구성에 있어 수차에 부착한 쓰레기를 제거한 제어를 설명하기 위한 플로차트.
도 19는 전압 유지 장치로써 콘덴서를 채용한 구성을 나타내는 도.
도 20은 콘덴서의 효과를 설명하기 위한 파형도.
도 21은 전압 유지 장치로써 축전 장치를 채용한 변형 예의 구성을 나타내는 도.
도 22는 도 21에 나타내는 변형 예의 제진 운전시의 스위치의 제어를 설명하기 위한 플로차트.
도 23은 도 21에 나타내는 변형 예의비 제진 운전시의 스위치의 제어를 설명하기 위한 플로차트.
도 24는 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는 수력 발전 장치를 나타내는 도.
도 25는 수직축형의 회전 날개를 갖는 수력 발전 장치를 나타내는 도.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.

[실시의 형태 1]

도 1은 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 개략 형상을 나타내는 정면도 이다. 도 2는 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 개략 형상을 도시하는 측면도 이다.

도 1, 도 2를 참조하여, 수력 발전 장치는 수차(1)와, 기어 박스(2)와, 발전기(3)를 포함한다. 수차(1)는 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖고, 수류에 의해 회전한다. 발전기(3)는 기어 박스(2)를 통해 수차와 연결되어 있다. 수차(1)가 회전하면 발전기(3)의 회전축도 회전한다.

회전 날개의 회전 속도는, 최대 발전으로 되도록 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 회전 날개를 정지하기 위한 제동력을 발생시키는 제동 장치(4)로서는, 기계식 브레이크나 유체식 브레이크, 전기 기계식 브레이크 등이 적용될 수 있다. 제어 장치(100)가 회전 속도나 회전 토오크를 검출하여 제동 장치(4)에 브레이크 신호를 부여한다.

도 3은 실시의 형태 1에 관한 수력 발전 장치의 구성을 도시하는 블록도 이다. 도 3에 나타낸 수력 발전 장치에서는, 전기 브레이크에 의한 제어 방법으로, 전기 부하에 의해 발전기가 브레이크로서 동작한다.

도 3을 참조하여 실시의 형태 1에 관한 수력 발전 장치는 수차(1)와, 발전기(3)와, 회전 속도 검출기(6)와, 제어 장치(100)를 포함한다.

수차(1)는 유수의 힘으로 회전한다. 수차(1)에는 발전기(3)가 연결되어 있다. 발전기(3)는 수차(1)의 회전에 동반하여 발전을 행함과 함께, 제동 장치(4)로서도 동작한다. 발전기(3)는 3상 동기 발전기이며, 그 출력은 3상 교류로 출력된다. 발전기(3)의 3상 교류 출력은, 정류 회로(9)에 의해 직류로 변환된다. 이 직류 전압 출력에는 릴레이(5)를 경유하여 저항 부하(11)가 접속되어 있다. 릴레이(5)가 오프되어 있으면 직류 출력은 후단의 DC/AC 컨버터(10)에 그대로 출력된다. 한편, 릴레이(5)가 온되면 정류 출력은 저항 부하(11) 경유로 정부극 라인이 접속되고, 저항 부하(11)로 전력이 소비된다. 저항 부하(11)의 저항치가 충분히 작으면 큰 전력이 소비되어 발전기(3)에 있어서의 제동력을 증가시키는 것으로 된다.

도 4는 실시의 형태 1의 변형례에 관한 수력 발전 장치의 구성을 도시하는 블록도 이다. 도 4에 나타낸 것은, 제동 장치(4)를 발전기(3)와는 다르게 설치하는 것이다. 이 제동 장치(4)는 예를 들면, 여자 브레이크이며, 도시하지 않은 배터리에 의해 제동력이 발생한다.

도 4와 같이 CPU(7B)로부터 제동 장치(4)(예를 들면, 여자 브레이크와 같이 전자석의 힘으로 브레이크 슈를 회전 부분에 밀어 붙이는 기계식 브레이크)에 직접 지령을 내는 것으로, 보다 빠른 제어가 가능해진다.

실시의 형태 1의 소수력 발전 장치는, 수차(1)의 회전 날개나 발전기(3)의 회전 속도 또는 회전 토오크를 상시 계측하고 있다. 회전 날개에 사람이나 커다란 쓰레기가 닿은 경우, 회전 속도가 급격하게 저하되거나 회전 토오크도 급격하게 변화한 것을 검지하여 이상을 판정할 수 있다. 이하, 상세히 설명한다.

도 5는 실제의 수로로, 발전기의 전기 부하(발전 토오크)를 일정하게 한 조건으로, 발전량의 경시 변화를 기록한 파형도이다. 도 5를 보면, 선 A∼D로 나타낸 4대의 발전기에 있어서, 발전량은 비교적 변동하고 있는 것을 알 수 있다. 한편으로는, 이 발전량(W)은 유속(v)과 다음 관계식이 성립한다.

W=1/2·ρ·A·v³ (단, ρ: 밀도, A: 단면적)

이 식을 이용하여 예를 들면, 선 B에 나타내는 수차의 발전량(MIN-MAX: 250∼320W)으로부터 평균 발전량은, 285W로 되고, 변동폭으로써 ±12%를 얻을 수 있고, 유속의 변동폭은 ±4. 2%인 것이 밝혀졌다. 또한, 이 경향은, 동일 수로의 다른 장소에 넣었던 수차 A, C, D에서도 마찬가지였다. 즉, 이 수로에서 평균 유속에 대해 개략 ±4%의 변동이 평상시 발생하고 있고, 수차의 발전 토오크를 제어하는 제어 장치를 사용함으로서 실시간으로 최대 전력을 취출하는 것이 가능하다.

한편, 이 사실은, 이상 판정의 판정치는 단순하게 결정되지 않는다는 것을 의미하고 있다. 이상 판단의 임계치는 수로마다 다른 것으로, 예를 들면 「회전 속도」를 파라미터로서 임의의 회전 속도를 밑돈 경우에 “정지시키는”이라고 하는 수법으로는 올바른 판정은 되지 않는다.

이와 같은 경우, 제어 장치(100)로부터의 정보를 이용하는 것에 의해, 정확하게 이상 판정할 수 있다. 상기 예에서는 유속의 변동폭이 5%를 초과하면 이상의 가능성이 추정되고, 더욱 괴리되는 방향으로 흔들리면, 이상 발생이라고 판정할 수 있다.

또한, 회전 속도의 계측 방법으로서는, 발전기 전압의 주파수나 전압치, 회전축 등에 설치한 인코더 등의 회전 검출 장치가 적용될 수 있다. 회전 토오크의 계측 방법으로서는, 발전기(3)의 전류치나 도 6에 나타낸 위치에 마련된 토오크 미터(3A)가 적용될 수 있다. 회전 날개를 정지한 제동 장치(4)로서는, 기계식 브레이크나 유체식 브레이크, 전기 기계식 브레이크 등이 적용될 수 있다.

도 7은, 제동 장치가 없는 제1 비교례에 있어서 날개 회전 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 회전 날개에 큰 쓰레기가 닿은 순간(t1), 회전 속도는 급격하게 저하된다. 그 후, 수류의 구동력에 의해 회전 날개는 회전하고, 큰 쓰레기에 몇 번씩이나 부딪쳐(t2, t3, t4) 회전 날개에 큰 데미지를 준다.

도 8은, 광전 센서를 이용하여 이물을 검출하고 브레이크를 거는 제2 비교례인, 이물 검출로부터 정지까지의 날개 회전 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 회전 날개에 사람이나 큰 쓰레기가 닿아(t1) 회전 속도가 임계치로 된 때(t1’), 브레이크가 작동하여 회전을 정지한다(t2’). 그렇지만, 이 경우 정지시간은 임의의 시간(t2’-t1)을 설정할 수 밖에 없으며, 최적이라고는 말할 수 없다.

피드백 제어를 행하고 있는 이유가 아니기 때문에, 상기 예로 말하면, 유속의 변동폭이 5%를 초과한 단계에서는, 정지시키는 이유로는 되지 않는다. 이것은, 실제로는 이물이 없는 경우도 있고, 지금까지의 이물 검출로 된 실측치의 평균치(임의의 시간)를 채택하고 있다. 이 내용을 도면과 대비하면, 도 8, 도 9에 있어서, 시간 t1의 우측에 t1’(상기 예로 말하면, 유속의 변동폭이 5%(제1의 임계치)를 초과한 시각)가 각각에 존재하고, 도 8에서는, t2’-t1’(=실측치의 평균치)가 정지시간으로 된다. 한편, 도 9에서는 임계치(상기 예에서는, 5%, 도 5에 나타낸 예로는 6%)로 된 때(시각 t1’), 제어시간을 더욱 세분화하는 것에 의해, 제2의 임계치를 검출하고, 시각 t2”에, 수차를 정지하는 것을 할 수 있다. 정지시간은 t2”-t1’으로 된다. 또한, 후에 설명하는 도 13에 대해서도 도 9와 마찬가지이다.

도 9는, 실시의 형태 1의 수력 발전 장치에 의한 날개 회전 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 회전 날개에 사람이나 큰 쓰레기가 닿아(t1), 회전 속도가 임계치로 된 때(t1’), 브레이크가 작동하여 회전을 정지한다(t2”). 이 경우 정지시간은 (t2”-t1’)이다. 이하에 설명하는 판정 기준에 의해, 신뢰성 높고, 보다 검출을 빨리하여, 보다 빨리 정지할 수 있다. 그 결과, 큰 쓰레기에 의한 회전 날개의 데미지도 경감할 수 있다.

예를 들면, 인코더에 의해 검출된 회전 속도로부터 최대 전력을 얻을 수 있는 발전 토오크를 발전기에 부하하는 것이 제어 장치 역할의 하나이다. 제어 장치는, 유속이 변동하기 때문에 섬세한 제어(짧은 시간 단위에서의 제어)를 행하고 있다.

수차를 설치하는 수로에, 각 회전 속도로 최대 발전을 얻을 수 있는 발전 토오크(=전기 부하를 변화시켜 찾음)를 미리 측정하고, 회전 속도에 대한 발전 토오크를 플롯한 선도(이것을 파워 커브라고 부른다)를 작성해 둔다.

발전기(3)는 발전을 상시 행하고 있지만, 용수는 유속을 갖고 있기 때문에, 그 발전량은 유속에 의해 변동한다. 이때, 제어 장치는 회전 속도와 발전 토오크로 나타내는 제어점을 상술의 파워 커브에 맞추고자, 짧은 시간 단위로 제어를 행하고 있다. 예를 들면, 유속 저하에 의해 회전 속도가 내려가면 발전 토오크를 내리는 제어를 행하면서, 제어점이 파워 커브 위에 있는지 대조하여 확인하여 적절하게 제어하고 있는 것을 확인한다. 만일, 파워 커브 위에 제어점이 도달하고 있지 않으면, 제어 장치는 더욱 발전 토오크를 내린다. 이것을 제어 장치는 1초 이하로 반복하며, 이른바 피드백 제어에 의해 발전 상태를 파악하고 있다.

실시의 형태 1에서는, 유속이 오르면 부하를 올리고, 유속이 내려가면 마찬가지로 부하를 내리는 제어를 행하는 중에서, 그 수로가 갖는 변동폭(미리 취득하고 있는 임계치)을 초과하여 내려간 때, 브레이크를 작동시키는 구성을 부가하는 것에 의해 달성된다.

도 5에 나타낸 측정례로 말하면, 평균 유속에 대해 개략±4%의 변동이 발생하고 있는 것으로부터 -6%로 된 때에 측정 시간(=제어시 간)을 더욱 세분화하고, -8%(변동폭의 2 배)를 검출하면, 브레이크를 작동시키는 것에 의해 수차(1)를 순간적으로 정지할 수 있다. 또한, 상기의 예는 한 양태이며 이것으로 한정되는 것은 아니다.

도 10은, 제어 장치가 실행하는 이상 판정 및 제동 처리를 설명하기 위한 플로차트이다. 도 10을 참조하여, 먼저 스텝 S1에 있어서 제어 장치(100)는, 수차의 회전 속도를 취득한다. 이어서, 스텝 S2에 있어서 제어 장치(100)는, 수차의 회전 속도의 변화량이 임계치보다도 작은지 아닌지를 판단한다. 구체적으로는, 제어 장치(100)는, 수차의 회전 속도와 미리 측정하고 있던 평균치의 차이의 크기가 임계치보다도 작은지 아닌지를 판단한다.

회전 속도의 변화량이 임계치보다도 작은 경우(S2로 YES), 스텝 S3에 있어서 제어 장치(100)는 미리 정해진 파워 커브를 참조하여 회전 속도와 발전 토오크를 제어한다. 그리고 제어 장치(100)는, 스텝 S4에 있어서 제어 주기(Δt)가 경과할 때까지 그 조건으로 발전을 실행하고, 다시 스텝 S1으로부터 처리를 실행한다.

한편, 회전 속도의 변화량이 임계치보다 작지 않은 경우(S2에서 NO), 이물 등이 수차에 충돌한 가능성이 있다고 판단하고, 제어 장치(100)는, 스텝 S5에 있어서 제동 장치(4)를 작동시켜 수차의 회전을 정지하여, 스텝 S6에 있어서 발전을 정지한다.

이와 같이 제어를 행하는 것에 의해, 날개에 사람이나 큰 쓰레기가 닿은 순간에 회전 속도는 급격하게 저하되는 때를 검출하고 곧 정지시키는 처리를 실행시키기 때문에 위험을 회피하여 안전을 확보할 수 있다.

또한, 도 10에 있어서는, 스텝 S2에 있어서 회전 속도의 변화량이 임계치보다도 작은지 아닌지를 판단했지만, 회전 속도의 변화량에 대신하여 회전 토오크의 변화량 또는 발전량의 변화량이 그것에 대응하는 임계치보다도 작은지 아닌지를 판단해도 좋다. 또한 회전 속도의 변화량과 회전 토오크의 변화량 또는 발전량의 변화량을 조합시켜 판정에 이용해도 좋다.

도 11은, 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 시험 결과례를 나타내는 도이다. 도 11에서는 발전 장치(발전기 용량 1. 5kW)를 이용하여 유속 1. 2m/s의 수로에서의 토오크 거동을 평가하였다. -0. 5(s)∼0(s)에 있어서의 발전시는 수류로부터의 날개 구동력과 발전 토오크가 균형을 이루었던 상태이다(이 때의 토오크를 정(正)으로 한다). 발전기가 회전하고 있는 상태에서, 0(s)에 있어서 날개를 정지시키면, 발전기의 관성력(회전과는 반대 방향의 힘)이 작동한다. 그 후, 관성력이 없어지면 회전축의 탄성력에 의해 토오크는 0으로 된다.

도 12는, 제동 장치가 없는 비교례에 있어서의 회전 토오크와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12에 있어서 회전 날개에 사람이나 큰 쓰레기가 닿는 순간(t1), 회전 토오크는 급격하게 저하된다. 그 후, 수류의 구동력에 의해 회전 날개는 회전하고, 사람이나 큰 쓰레기에 몇 번씩 부딪쳐(t2, t3, t4) 사람이나 회전 날개에 큰 데미지를 부여한다.

도 13은, 실시의 형태 1의 수력 발전 장치의 회전 토오크와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13에 있어서 회전 날개에 사람이나 큰 쓰레기가 닿고(t1), 회전 토오크가 임계치로 된 때(t1’), 브레이크가 작동하여 회전을 정지한다(t2’).

마지막으로, 지금 한 번 도 5에 관하여 설명한다. 도 5에 나타내는 것은 수력 발전 장치의 실증 시험을 행한 때의 날개 회전 속도와 시간의 관계이다. 수로의 유속은 일정이 아니고, 항상 맥동하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 유속의 변동량은 수로마다 다른 것도 알 수 있었다.

그래서, 이하의 조건이나 임계치로 브레이크를 작동시킨다. 임계치는 유속이나 날개 지름, 수로에 의해 변한다.

즉, 수력 발전 장치를 설치하는 수로마다 미리 유속 변동을 측정해 두면, 임계치는 설정 가능해진다. 임계치는 이하의 (1), (2)의 경우에 관하여 설정한다.

(1) 평균 회전 속도에 대해, 어느 일정 비율 이상 회전 속도가 변화하는 경우

(2) 평균 회전 토오크에 대해, 어느 일정 비율 이상 회전 토오크가 변화하는 경우

임계치에 관해서는, 수차가 설치되는 수로마다 사전에 조사를 행하여 설정한다. 또한, 브레이크를 개방하는 방법으로서는 사람이 안전을 확인하고 나서 수동으로 행하는 경우와, 어느 일정 시간 경과한 때 자동으로 행하는 경우를 들 수 있다.

이상, 설명한 수차 정지 방법은, 소수력 발전 장치에 장비되는 제어 장치를 교체하는 것으로 가능하고, 비용을 억제하여 목적을 달성함과 함께, 추가의 부대 설비도 불필요하다. 실시의 형태 1의 수력 발전 장치에서는, 통상시에는 적절한 발전을 실행하면서, 회전 날개에 사람이나 유목 등의 큰 쓰레기가 닿은 것을 검출하고, 회전 날개를 정지할 수 있기 때문에, 수차의 파손을 경감할 수 있다.

[실시의 형태 1의 변형례]

이상 설명한 실시의 형태 1에서는, 도 1 및 도 2에 나타낸 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는 수차에 의해 유수를 받아 발전을 행하는 발전 장치를 예로 들어 설명하였다. 실시의 형태 1의 변형례에서는 수직축형의 회전 날개를 갖는 수차에 의해 유수를 받아 발전을 행하는 발전 장치에도 적용이 가능하다는 것을 설명한다.

도 14는, 실시의 형태 1의 변형례에 관한 수력 발전 장치의 개략 형상을 나타내는 정면도이다. 도 14를 참조하여 실시의 형태 4에 관한 수력 발전 장치는, 수차(1A)와, 발전기(3)를 포함한다. 수차(1A)는, 수직축형의 회전 날개를 가지며, 수류에 의해 회전한다. 발전기(3)는 수차(1A)의 회전축과 연결되어 있다. 수차(1A)가 회전하면 발전기(3)의 회전축도 회전한다.

도 3, 도 4, 도 10에 나타낸 제어 장치 및 플로차트에 관해서는, 도 14에 나타낸 수차(1A)에 관해서도 마찬가지로 조합시켜 이용할 수 있다. 도 3, 도 4, 도 10에 나타낸 제어 장치 및 플로차트에 관해서는, 이미 설명했기 때문에, 여기서는 설명을 반복하지 않는다.

수직축형의 수차(1A)는, 도 14에 나타내듯이 직선 날개식이고 날개의 상하의 선단을 회전축으로 향하고 구부린 구성을 예시하였지만, 특히 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 다리우스식, 자이로밀식, 사보니우스식, 크로스플로식, 패들식, S형 로터식 등의 다른 형식이라도 좋다.

실시의 형태 1의 변형례에 관한 수력 발전 장치라도, 발전기(3)나 제동 장치에 의해 수차(1A)의 회전을 정지시킬 수 있다.

바람직하게는, 유수가 갖는 운동 에너지를 전력으로 변환하는 해류발전 또는 조력발전 또는 파력(波力) 발전을 행하는 발전 시스템에, 실시의 형태 1의 수력 발전 장치를 이용함으로써, 이물과 부딪쳤을 때의 충격을 경감시켜 수력 발전 장치의 손상을 경감시키는 것이 가능하게 된다.

[실시의 형태 2]

도 15는, 실시의 형태 2의 수력 발전 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도다. 도 15를 참조하여 수력 발전 장치(1100)는, 수차에 접속된 발전기(1003)와, 발전기(1003)가 발전한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 중간 노드(NM)에 출력하는 AC/DC 변환기(1004)와, 중간 노드(NM)의 전압을 유지하는 전압 유지 장치(1005)와, 중간 노드(NM)와 계통(1011)의 사이에 접속된 계통 연계 인버터(1010)를 포함한다. 전압 유지 장치(1005)로서는, 2차 전지(배터리) 또는 콘덴서를 사용할 수 있지만 다른 전압을 유지할 수 있는 장치, 예를 들면 발전 장치 등이라도 좋다.

도 16은 제진 브레이크의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 제진 브레이크는 수차에 설치한 전자 브레이크를 실행시간(T)의 사이 ON/OFF를 반복하여 수차의 회전을 감속 또는 정지하는 조작을 행한다. 이와 같은 전자 브레이크를 ON/OFF 시키는 기간을 몇회 반복하는 것에 의해, 수차의 날개에 걸렸던 쓰레기 등이 날개로부터 벗어나 하류로 흐르게 된다.

도 17은, 제진 브레이크와 수차를 추가하여 나타낸 수력 발전 장치의 구성을 나타내는 도이다. 도 17을 참조하여 실시의 형태 2에 관한 수력 발전 장치(1100)는, 수차(1001)와, 발전기(1003)와, 회전 속도 검출기(1006)와, 제진 브레이크(1012)와, CPU(1007)와, AC/DC 변환기(1004)와, 전압 유지 장치(1005)와, 계통 연계 인버터(1010)를 포함한다.

수차(1001)는, 유수의 힘으로 회전한다. 수차(1001)에는 발전기(1003)가 연결되어 있다. 발전기(1003)는, 수차(1001)의 회전에 동반하여 발전을 행한다. 발전기(1003)는 3상 동기 발전기이며 그 출력은 3상 교류로 출력된다. 발전기(1003)의 3상 교류 출력은 AC/DC 변환기(1004)에 의해 직류로 변환된다.

또한, 여기서는 구체예로서 발전기(1003)가 3상 동기 발전기인 경우에 관하여 설명하지만, 발전기(1003)의 형식을 한정하는 것은 아니다. 발전기(1003)로서, 3상 유도 발전기나 직류 발전기 등 임의의 형식의 발전기를 발전기의 형식에 대응한 제어 장치와 조합하여 사용할 수 있다.

제진 브레이크(1012)로서는, 운동 에너지를 마찰에 의해 열로 변환하는 기계식 브레이크를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제진 브레이크(1012)로서 전자 브레이크나 디스크 브레이크를 사용할 수 있다.

또한, 실시의 형태 2에서, 제진 브레이크(1012)로 발생시키는 제동력을 증감시킴으로써, 수차(1001)의 회전 속도를 증감 또는 회전을 정지시키지만, 발전기(1003)의 부하를 증감시켜 수차(1001)의 회전 속도를 증감시켜도 좋다.

도 18은, 도 17의 구성에 있어서 수차에 부착된 쓰레기를 제거하는 제어를 설명하기 위한 플로차트이다. 도 17, 도 18을 참조하여 스텝 S101에 있어서, CPU(1007)는, 제진 운전 조건이 성립하였는지 아닌지를 판단한다.

제진 운전 조건은, 수차(1001)에 쓰레기가 부착된 가능성이 높은 경우에 성립한다. 예를 들면, 이하의 조건(1)∼(4)의 어느 하나가 성립한 경우에 CPU(1007)는, 제진 운전 조건이 성립했다고 판단한다. 또한, 조건(1)∼(4)중, 2개 또는 그 이상을 조합시킨 조건이 성립하는 경우에 CPU(1007)는, 제진 운전 조건이 성립했다고 판단해도 좋다.

조건(1) : 수력 발전 장치의 발전량이 임계치보다도 저하된 것. 조건(2) : 회전 속도 검출기(1006)가 검출한 수차(1001)의 회전 속도가 저하되어 임계치를 밑돌았던 것. 조건(3) : 수력 발전 장치의 발전 전압이 임계치보다도 저하된 것. 조건(4) : 전회의 제진 운전 조건 성립시(또는 해제시)로부터 소정의 시간이 경과한 것.

스텝 S101에 있어서, 제진 운전 조건이 성립하지 않다고 판단된 경우(S101에서 NO), CPU(1007)는 스텝 S109로 처리를 진행한다. 이 경우, 제어는 수력 발전 장치(1100)의 발전 제어의 메인 루틴으로 되돌아 간다.

한편, 스텝 S101에 있어서, 제진 운전 조건이 성립했다고 판단된 경우(S101에서 YES), CPU(1007)는 스텝 S102∼S108에 나타나는 제진 운전을 실행한다.

실시의 형태 2에서는, CPU(1007)는 제진 운전으로서 제진 브레이크(1012)의 제동력을 증감시킨다. 예를 들면, CPU(1007)는, 회전 속도 검출기(1006)에 의해 발전기(1003)의 회전 속도의 저하를 검출한 때, 제동력이 최대치와 제로를 반복하도록 제진 브레이크(1012)로의 지령 신호를 출력하는 것에 의해, 수차(1001)의 회전 속도가 증감을 반복하도록 한다.

구체적으로는, 스텝 S102에 있어서, CPU(1007)는 내장한 카운터를 클리어한다. 이 카운터는 반복의 횟수를 계측하기 위한 카운터이다. 계속하여 스텝 S103에 있어서, CPU(1007)는 제진 브레이크(1012)가 제동력을 발생하도록 지령 신호(SB)를 설정한다(브레이크 ON). 그 후 스텝 S104에 있어서, CPU(1007)는 브레이크 ON 상태에 있어서 설정 시간(예를 들면 1∼10초)기다린다.

다음에, 스텝 S105에 있어서, CPU(1007)는 제진 브레이크(1012)가 제동력을 발생시키지 않도록 지령 신호(SB)를 설정한다(브레이크 OFF). 그 후 스텝 S106에 있어서, CPU(1007)는 브레이크 OFF 상태에 있어서 설정 시간(예를 들면 1∼10초)기다린다.

계속하여 CPU(1007)는, 스텝 S107에 있어서 카운터를 증분(increment) 하며, 스텝 S108에 있어서, 카운터의 카운트 값이 상한치(증감 반복의 설정 횟수)에 도달하였는지 아닌지를 판단한다. 스텝 S108에 있어서, 카운트 값이 아직 상한치에 도달하고 있지 않으면, CPU(1007)는 처리를 스텝 S103에 되돌려 다시 브레이크를 ON 시킨다.

한편, 스텝 S108에 있어서, 카운트 값이 상한치에 도달한 경우에는, 스텝 S109에 처리가 진행되어져 1회 해당의 제진 운전이 종료한다.

실시의 형태 2에서는, 수력 발전 장치의 수차(1001)와 연결한 발전기(1003)에 제진 브레이크(1012)를 설치하고, 제진 브레이크(1012)의 온과 오프를 반복한다. 이것에 의해, 발전기(1003)의 회전 속도를 변화시켜 발전기(1003)에 연결한 수차(1001)의 회전 속도를 변화시킨다. 가속시에 힘을 가한 후, 감속시에 수차(1001)에 부착된 이물을 떠오르게 하여 수류의 힘으로 하류로 흐르게 함으로써, 이물을 제거할 수 있다. 따라서 이물이 원인으로 저하된 발전량을 회복하는 효과가 있다.

도 19는, 전압 유지 장치로써 콘덴서를 채용한 구성을 나타내는 도이다. 도 20은, 콘덴서의 효과를 설명하기 위한 파형도이다. 도 20에는, 위로부터 제진 브레이크의 ON/OFF 파형, 발전기(1003)의 발전 전압, 계통 연계 인버터(1010)의 입력 전압(VINC)(콘덴서(1005A)없는 경우), 계통 연계 인버터(1010)의 입력 전압(VINC)(콘덴서(1005A)있는 경우)의 각 파형이 나타나고 있다.

콘덴서(1005A)는 발전기(1003)가 발전한 전력으로 충전된다. 콘덴서(1005A)의 용량은, 제진 브레이크가 ON하여 발전기(1003)의 발전 전압이 저하되어 있는 기간, 계통 연계 인버터(1010)의 입력 전압(VINC)을 임계치(Vth) 이상으로 유지할 수 있는 용량으로 설정한다. 반대로 말하면, 도 17의 CPU(1007)는, 콘덴서(1005A)의 용량이 입력 전압(VINC)을 임계치(Vth) 이상으로 유지할 수 있는 시간 이내의 기간에 제진 브레이크를 작동시킨다.

제진 브레이크를 ON하면 발전기(1003)의 회전 속도가 저하되기 때문에 발전기(1003)의 발전 전압이 내려가기 때문에 계통 연계 인버터(1010)의 입력 전압(VINC)도 시각 t1∼t3로 나타내듯이 저하된다. 콘덴서(1005A)가 없는 경우의 비교 파형으로 나타내듯이, 시각 t2∼t3에 있어서 계통 연계 인버터의 입력 전압(VINC)이, 계통 연계 인버터(1010)의 운전을 유지하는 전압 임계치(Vth)를 밑돌면, 계통 연계 인버터는 대기 상태로 된다. 대기 상태로 되면, 입력 전압(VINC)이 회복하여도 계통 연계 인버터는 일정 시간 대기 상태를 유지한다. 그 사이 계통에 전력을 역 조류 시키지 않기 때문에 매전량이 감소한다. 그것을 회피하기 위해, 계통 연계 인버터(1010)의 입력측에 콘덴서(1005A)를 설치하고, 입력 전압(VINC)의 저하를 막는다. 콘덴서(1005A)를 설치하고, 제진 브레이크를 작동시키는 기간을 콘덴서(1005A)의 용량으로 정해지는 시간 이내의 기간으로 억제하는 것에 의해, 입력 전압(VINC)이 전압 임계치(Vth)보다 높은 전압 범위로 유지된다.

도 21은, 전압 유지 장치로서 축전 장치를 채용한 변형례의 구성을 나타내는 도이다. 도 21을 참조하여 전압 유지 장치(1005B)는, 축전 장치(1021)와, 축전 장치(1021)의 정극을 중간 노드(NM+)에 접속하는 스위치(1022)를 포함한다. 축전 장치(1021)로서는, 2차 전지 또는 콘덴서를 사용할 수 있다. 축전 장치(1021)의 음극은, 중간 노드(NM-)에 직접 접속되어 있다. 전압 유지 장치(1005B)에 축전 장치를 이용하는 경우. 축전 장치(1021)는 제진 브레이크(1012)가 ON하고 있는 사이 계통 연계 인버터(1010)의 입력 전압(VINC)을 유지하는 것만으로 좋기 때문에, 용량이 작은 것으로 좋다. 발전기(1003)가 발전하고 있지 않는 때는 스위치(1022)를 OFF 하여, 축전 장치(1021)가 방전하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 22는, 도 21에 나타내는 변형례의 제진 운전시의 스위치의 제어를 설명하기 위한 플로차트이다.

도 22를 참조하여 스텝 S111에 있어서, 제진 운전 조건이 성립하는 경우, 스텝 S112∼S114 이하의 처리가 실행되는 한편으로, 제진 운전 조건이 성립하고 있지 않는 경우, 스텝 S112∼S114의 처리는 실행되지 않고 스텝 S115에 있어서 제어는 메인 루틴으로 돌아온다.

스텝 S112에서는, 축전 장치(1021)를 접속하는 스위치(1022)가 ON되고, 스텝 S113에 있어서 제진 운전이 실행된다. 제진 운전이 종료되면, 스위치(1022)가 OFF 된다. 스텝 S113에 있어서 제진 운전의 실행시간(T)는, 축전 장치(1021)의 용량이 입력 전압(VINC)을 임계치(Vth)보다 높은 범위로 유지할 수 있는 시간으로 설정되어 있다. 따라서 제진 운전을 실행해도 계통 연계 인버터(1010)가 대기 상태로 이행하는 것이 방지된다.

도 23은, 도 21에 나타내는 변형례의 비 제진 운전시의 스위치의 제어를 설명하기 위한 플로차트이다. 도 23을 참조하여 먼저 스텝 S121에 있어서 제진 운전중에서 없는 경우에, 스텝 S122 이후의 처리가 실행된다. 한편, 제진 운전중의 경우에는, 도 22의 플로차트로 스위치(1022)가 제어되기 때문에, 도 23의 플로차트에 있어서는 스텝 S121으로부터 스텝 S126으로 처리가 진행된다.

스텝 S122에서는, 발전기(1003)가 발전 중인지 아닌지가 판단된다. 발전중이 아닌 경우에 스위치(1022)를 접속하고 있으면, 축전 장치(1021)가 방전되어 버리기 때문에, 스텝 S125에 있어서 스위치(1022)가 OFF된다.

또한, 스텝 S123에서는, 축전 장치(1021)의 충전 상태(SOC)(State Of Charge)가 만충전 판정 임계치보다도 낮은 경우에는, 스위치(1022)가 ON되어 축전 장치(1021)에 충전이 행해지고, SOC가 만충전 판정 임계치 이상인 경우에는, 스위치(1022)가 OFF되어 과충전이 방지된다.

또한, 이상의 실시의 형태 2에 있어서, 수차의 형태는 수평축형이라도 수직축형이라도 좋다.

도 24는, 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는 수력 발전 장치를 나타내는 도이다. 도 24에 나타내는 수력 발전 장치는, 수차(1001)와, 기어 박스와, 발전기(1003)를 포함한다. 수차(1001)는, 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 가지며 수류에 의해 회전한다. 발전기(1003)는 기어 박스를 통해 수차와 연결되어 있다. 수차(1001)가 회전하면 발전기(1003)의 회전축도 회전한다.

도 25는, 수직축형의 회전 날개를 갖는 수력 발전 장치를 나타내는 도이다. 도 25에 나타내는 수력 발전 장치는, 수차(1001A)와 발전기(1003)를 포함한다. 수차(1001A)는, 수직축형의 회전 날개를 가지며 수류에 의해 회전한다. 발전기(1003)는 수차(1001A)의 회전축과 연결되어 있다. 수차(1001A)가 회전하면 발전기(1003)의 회전축도 회전한다.

마지막으로, 실시의 형태 2에 관하여 다시 도면을 참조하여 총괄한다. 도 15 및 도 17에 나타내는 수력 발전 장치(1100)는, 수차(1001)와 수차(1001)의 회전에 의해 발전하는 발전기(1003)와, 발전기(1003)가 발전한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 중간 노드(NM)에 출력하는 AC/DC 변환기(1004)와, 중간 노드(NM)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 전력 계통에 역 조류 시키는 계통 연계 기기인 계통 연계 인버터(1010)와, 중간 노드(NM)의 직류 전압의 변동을 계통 연계 기기가 역 조류를 유지 가능한 범위로 억제하는 전압 유지 장치(1005)와, 수차의 회전에 제동력을 부여하는 제동력 발생부인 제진 브레이크(1012)와, 제동력이 증감하는 것을 반복하도록 제동력 발생부를 제어함으로써, 수차(1001)의 회전 속도를 변동시키거나 또는 수차(1001)의 회전을 정지시키는 제진 운전을 실행하는 제어 장치(CPU(1007))를 구비한다. 제어 장치는, 전압 유지 장치(1005)의 전압 변동 억제 능력에 응하여 정해진 기간만 제진 운전을 실행한다.

바람직하게는, 전압 유지 장치(1005)는, 콘덴서 또는 2차 전지이다. 전압 변동 억제 능력은, 콘덴서 또는 2차 전지의 용량에 의해 정해지는 능력이다.

바람직하게는, 도 21에 나타내듯이 전압 유지 장치(1005)의 변형례인 전압 유지 장치(1005B)는, 축전 장치(1021)와, 중간 노드와 축전 장치(1021)를 접속하는 스위치(1022)를 포함한다. 도 23에 나타내듯이 제어 장치(CPU(1007))는, 스위치(1022)를 폐쇄 상태로 하고 있을 때에, 축전 장치(1021)의 충전 상태(SOC)가 임계치를 초과하면(S123에서 NO) 스위치를 개방 상태로 하여 대기 상태로 이행하고(S125), 도 22에 나타내듯이 대기 상태로 있을 때에, 제동력을 증감시키는 조건이 성립하면(S111에서 YES), 스위치(1022)를 폐쇄 상태로 변경한 후에 제진 운전을 실행한다(S113).

바람직하게는, 도 24에 나타내듯이 수차(1001)는, 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는다.

바람직하게는, 도 25에 나타내듯이 수차(1001A)는, 수직축형의 회전 날개를 갖는다.

이와 같은 구성을 갖는 수력 발전 장치(1100)에 있어서, 계통 연계 기기에 수차(1001 또는 1001A)를 접속하고 수차(1001 또는 1001A)의 발전 전력을 계통(1011)에 역 조류 시키고, 수차(1001 또는 1001A)의 날개에 붙었던 쓰레기 등을 제거하는 것을 목적으로 정기적으로 제진 브레이크(1012)로 수차(1001 또는 1001A)에 단시간 제동을 준다. 전압 유지 장치(1005 또는 1005B)를 구비하기 때문에, 제진 브레이크에 의한 제동력을 부여하는 기간이라도 계통 연계 기기가 역 조류를 유지할 수 있다.

이번 개시된 실시의 형태는, 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되는 것이 당연하다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시의 형태의 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1, 1A, 1001, 1001A : 수차 2 : 기어 박스
3, 1003 : 발전기 4 : 제동 장치
5 : 릴레이 6, 1006 : 회전 속도 검출기
9 : 정류 회로 10 : 컨버터
11 : 저항 부하 100 : 제어 장치
1004 AC/DC : 변환기 1005, 1005B : 전압 유지 장치
1005A : 콘덴서, 회전 속도 검출기 1010 : 계통 연계 인버터
1011 : 계통 1012 : 제진 브레이크
1021 : 축전 장치 1022 : 스위치
1100 : 수력 발전 장치

Claims (11)

1. 수차와,
   상기 수차의 회전에 제동력을 부여하는 제동력 발생부와,
   상기 수차의 회전 상태를 나타내는 상태량을 감시하고, 상기 상태량의 변화의 크기가 임계치를 초과하는 경우에 상기 제동력 발생부에 상기 제동력을 발생시키는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 상태량으로서 상기 수차의 회전 속도를 감시하는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 상태량으로서 상기 수차의 회전 토오크를 감시하는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 상태량으로써 상기 수차의 회전 속도 및 회전 토오크를 감시하고, 상기 회전 속도의 변화의 크기가 제1의 임계치를 초과하고, 또한 상기 회전 토오크의 변화의 크기가 제2의 임계치를 초과한 경우에, 상기 제동력 발생부에 상기 제동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수차의 회전에 의해 발전하는 발전기와,
   상기 발전기가 발전한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 중간 노드로 출력하는 AC/DC 변환기와,
   상기 중간 노드의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 전력 계통에 역 조류 시키는 계통 연계 기기와,
   상기 중간 노드의 직류 전압의 변동을 상기 계통 연계 기기가 역 조류를 유지 가능한 범위로 억제하는 전압 유지 장치를 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 제동력이 증감하는 것을 반복하도록 상기 제동력 발생부를 제어함으로써, 상기 수차의 회전 속도를 변동시키거나 또는 상기 수차의 회전을 정지시키는 제진 운전을 실행하고,
   상기 제어 장치는, 상기 전압 유지 장치의 전압 변동 억제 능력에 응하여 정해진 기간만 상기 제진 운전을 실행하는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전압 유지 장치는, 콘덴서 또는 2차 전지이고, 상기 전압 변동 억제 능력은, 상기 콘덴서 또는 상기 2차 전지의 용량에 의해 정해지는 능력인 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 계통 연계 기기는, 계통 연계 인버터인 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 전압 유지 장치는,
   축전 장치와,
   상기 중간 노드와 상기 축전 장치를 접속한 스위치를 포함하고,
   상기 제어 장치는, 상기 스위치를 폐쇄 상태로 하고 있을 때에, 상기 축전 장치의 충전 상태가 임계치를 초과하면 상기 스위치를 개방 상태로 하여 대기 상태로 이행하고, 상기 대기 상태에 있을 때에, 제동력을 증감시키는 조건이 성립하면, 상기 스위치를 폐쇄 상태로 변경한 후에 상기 제진 운전을 실행하는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수차는, 수평축형의 프로펠러식 회전 날개를 갖는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수차는, 수직축형의 회전 날개를 갖는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치.
11. 제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 기재된 수력 발전 장치를 이용하고, 유수가 갖는 운동 에너지를 전력으로 변환하는 해류 발전 또는 조력발전을 행하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
    

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