流体系统
阅读：1050发布：2020-05-21
专利汇可以提供流体系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且由控制装置(20)基于以下特性推定 流体 机械(W)的流量(Q)和有效落差(H)，其中，该特性是与旋转 电机 (G)相关且可以检测出来的特性，该特性与所述流体机械(W)的流量(Q)和有效落差(H)是相关的。由控制装置(20)基于推定出的上述值和 流动阻 力 特性曲线(S)推定 管道系统 (1)的总流量(QT)，来 对流 体机械(W)和流量调节 阀 (6)进行协调控制，以使总流量(QT)的推定值接近所述管道系统(1)的总流量(QT)的目标流量(QT*)。，下面是流体系统专利的具体信息内容。
1.一种流体系统，其特征在于，
所述流体系统包括：
流体机械(W)，其设在管道系统(1)中，该管道系统(1)中存在落差且有流体流动；
旋转电机(G)，其与所述流体机械(W)的转轴(9)相连；
流量调节阀(6)，其设在迂回通路(5)中途，该迂回通路(5)与所述流体机械(W)并联；以及
控制装置(20)，其基于以下特性推定所述流体机械(W)的流量(Q)和有效落差(H)，并且，基于流动阻力特性曲线(S)、推定出的所述流量(Q)和所述有效落差(H)推定所述管道系统(1)的总流量(QT)，来对所述流体机械(W)和所述流量调节阀(6)进行协调控制，以使该总流量(QT)的推定值接近所述管道系统(1)的总流量(QT)的目标流量(QT*)，其中，所述特性是与所述旋转电机(G)相关且可以检测出来的特性，该特性与所述流体机械(W)的所述流量(Q)和所述有效落差(H)是相关的，所述流动阻力特性曲线(S)示出的是所述有效落差(H)和所述管道系统(1)的所述总流量(QT)之间的关系。
2.根据权利要求1所述的流体系统，其特征在于，
所述控制装置(20)获取在所述旋转电机(G)的多个工况点处的总流量(QT)和所述有效落差(H),来构建所述流动阻力特性曲线(S)。
3.根据权利要求2所述的流体系统，其特征在于，
所述控制装置(20)具有对构建出的所述流动阻力特性曲线(S)进行更新的功能。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的流体系统，其特征在于，
所述控制装置(20)反复进行所述协调控制,以使所述推定值收敛于所述目标流量(QT*)。
5.据权利要求1到4中任一项权利要求所述的流体系统，其特征在于，
所述控制装置(20)进行所述协调控制以实现下述任一运转状态：将所述旋转电机(G)用作发电机的流体系统达到最大发电量的运转状态、所述旋转电机(G)达到最大效率的运转状态、所述流体机械(W)达到最大效率的运转状态。
流体系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种流体系统。
背景技术
[0002] 例如，有如下所述的用水轮机驱动发电机的流体系统：在该流体系统中，并联有旁路管道(迂回通路)，在旁路管道上设有流量控制阀，通过控制该流量控制阀，就能将被供水侧的流量控制为一定量(如参照专利文献1)。在该专利文献的示例中，在被供水侧设置了流量检测器(流量计)，基于流量计检测出的流量来控制水轮机的转速。
[0003] 专利文献1：日本公开专利公报特开2004－360482号公报
发明内容
[0004] －发明要解决的技术问题－
[0005] 然而，一般流量计价格昂贵，这是造成成本上升的一大要因。并且，要让流量计发挥规定的精度就需要有相对较长的直管部，因此，往往会导致安装空间增大，还可能导致施工费增加。
[0006] 本发明正是鉴于上述问题而完成的。其目的在于做到：在具有迂回通路的流体系统中，不使用流量计也能够对总流量进行控制。
[0007] －用以解决技术问题的技术方案－
[0008] 为了解决上述问题，第一方面的特征在于，包括：
[0009] 流体机械W，其设在管道系统1中，该管道系统1中存在落差且有流体流动；
[0010] 旋转电机G，其与所述流体机械W的转轴9相连；
[0011] 流量调节阀6，其设在迂回通路5中途，该迂回通路5与所述流体机械W并联；以及[0012] 控制装置20，其基于以下特性推定所述流体机械W的流量Q和有效落差H，并且，基于流动阻力特性曲线(map)S、推定出的所述流量Q和所述有效落差H推定所述管道系统1的总流量QT，来对所述流体机械W和所述流量调节阀6进行协调控制，以使该总流量QT的推定值接近所述管道系统1的总流量QT的目标流量QT*，其中，所述特性是与所述旋转电机G相关且可以检测出来的特性，该特性与所述流体机械W的所述流量Q和所述有效落差H是相关的，所述流动阻力特性曲线S示出的是所述有效落差H和所述管道系统1的所述总流量QT之间的关系。
[0013] 在该构成中，利用推定出的总流量QT，对流体机械W和流量调节阀6进行协调控制，以使总流量QT接近其目标流量QT*。
[0014] 第二方面是在第一方面的基础上，其特征在于，
[0015] 所述控制装置20获取在所述旋转电机G的多个工况点处的总流量QT和所述有效落差H,来构建所述流动阻力特性曲线S。
[0016] 在该构成中，控制装置20具有构建流动阻力特性曲线S的功能。
[0017] 第三方面是在第二方面的基础上，其特征在于，
[0018] 所述控制装置20具有对构建出的所述流动阻力特性曲线S进行更新的功能。
[0019] 在该构成中，控制装置20具有对流动阻力特性曲线S进行更新的功能。
[0020] 第四方面是在第一到第三方面中任一方面的基础上，其特征在于，[0021] 所述控制装置20反复进行所述协调控制,以使所述推定值收敛于所述目标流量QT*。
[0022] 在该构成中，推定值收敛于所述目标流量QT*。
[0023] 第五方面是在第一到第四方面中任一方面的基础上，其特征在于，[0024] 所述控制装置20进行所述协调控制以实现下述任一运转状态：将所述旋转电机G用作发电机的流体系统达到最大发电量的运转状态、所述旋转电机G达到最大效率的运转状态、所述流体机械W达到最大效率的运转状态。
[0025] 在该构成中，对流体机械W和流量调节阀6进行控制，以实现高效率的运转状态。
[0026] －发明的效果－
[0027] 根据第一方面，在具有迂回通路的流体系统中，不使用流量计也能够对总流量进行控制。因此，与使用流量计对总流量进行控制的流体系统相比，有望降低成本和节省安装空间。
[0028] 根据第二方面，能易于构建流动阻力特性曲线。
[0029] 根据第三方面，会适当地更新流动阻力特性曲线，因此能够将流量的推定精度维持得较高。
[0030] 根据第四方面，能够可靠地得到所需的总流量。
[0032] 图1是示出管道系统的整体结构的简图，该管道系统包括第一实施方式所涉及的流体系统。
[0033] 图2是示出流体系统的旋转电机的控制系统和电源联网的方框图。
[0034] 图3是示出特性曲线的图，该特性曲线事先存储到流体系统所包括的控制装置中。
[0035] 图4是示出控制装置所包括的最佳运转控制装置的内部构成的方框图。
[0036] 图5是对第一实施方式所涉及的系统损耗曲线的构建和协调控制进行说明的流程图。
[0037] 图6是示出系统损耗曲线的测量情况的说明图。
[0038] 图7是在特性曲线上对流体系统的水轮机和流量调节阀的协调运转情况进行说明的图。
[0039] 图8是对第二实施方式所涉及的系统损耗曲线的构建和协调控制进行说明的流程图。
具体实施方式
[0040] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下实施方式仅为本质上的优选示例，并没有限制本发明、其应用对象或其用途的意图。
[0041] (发明的第一实施方式)
[0042] 图1示出管道系统1的整体结构的简图，该管道系统1包括本发明的第一实施方式的流体系统A。在图1中，在管道系统1的上游端布置有水(流体)的蓄水槽2，在其下游端布置有接水槽3。在管道系统1中途，布置有流体系统A的水轮机W。也就是说，管道系统1中存在落差且有流体流动，该水轮机W是本发明的流体机械的一例。该水轮机W的转轴9与旋转电机G相连。在管道系统1中，连接有迂回通路5，其绕过水轮机W。在该迂回通路5中途布置有电磁式的流量调节阀6。也就是说，流量调节阀6与水轮机W并联在管道系统1中，该流量调节阀6用于：例如当应该从蓄水槽2供给到管道系统1的水量超过水轮机W的最大处理流量时受到开度控制，使来自蓄水槽2的水量中的一部分，经由迂回通路5流回水轮机W下游侧的管道系统1。
[0043] 在图1的管道系统1中，从蓄水槽2的水面到接水槽3的水面之间的落差为总落差Ho，蓄水槽2的水经管道系统1流到接水槽3的过程中存在管道阻力，从总落差Ho中减去相当于该管道阻力的落差就得到水轮机W的有效落差H。
[0044] 图2示出旋转电机G的控制系统和电源联网。在图2中，旋转电机G是发电机，其发电输出在由交直流转换部13转换为直流输出后，经滤波电容12滤波而变得平滑，然后输出到系统联网装置11，而回到电源10。
[0045] 在控制系统中，设有控制装置20。控制装置20通过交直流转换部13控制旋转电机G的运转状态。在该例中，控制装置20包括微型计算机和存储器，在该存储器内存有指示该微型计算机执行动作的程序，将图3所示的特性曲线M事先存入该控制装置20的内部。该特性曲线M是在H-Q曲线上记录了以下特性的曲线：该特性在旋转电机G中可以检测出来，且与水轮机W的流量Q和有效落差H是相关的。其中，该H-Q曲线的纵轴表示管道系统1的有效落差H，横轴表示供给水轮机W的流量Q。在该例中，与流量Q和有效落差H相关的特性是旋转电机G的转矩值T、转速、发电功率P。更具体而言，本实施方式的特性曲线M是在H-Q曲线上记录了多个等转矩曲线和多个等速度曲线的曲线，且以表格(数表)、程序内的数学公式(函数)这些形式存储到构成控制装置20的存储器中。
[0046] 在该特性曲线M中，在不向旋转电机G施加负载而让转矩为零转矩(T＝0)的情况下，飞逸转速曲线与零转速(N＝0)的等速度曲线之间的区域是水轮机W会因水流而旋转的水轮机区域(可运转区域)，在该水轮机区域中，旋转电机G基本是由水轮机W驱动而旋转，从而作为发电机进行运转。在所述飞逸转速曲线左侧的区域是水轮机制动区域(动力运转区域)。
[0047] 在所述水轮机区域中，多个等转矩曲线沿所述飞逸转速曲线(T＝0)分布，在曲线上，转矩值随流量Q増大而增大。多个等速度曲线沿零转速(N＝0)的等速度曲线分布，有效落差H越大转速就越高。并且，虚线示出的等发电功率曲线是向下突出的曲线，发电功率随有效落差H和流量Q増大而增大。曲线E将多个该等发电功率曲线的顶点连起来，该曲线E是以旋转电机G为发电机能够实现最大发电功率的最大发电功率曲线。特性曲线M在该H-Q曲线上记录了旋转电机G的转矩值T、转速N、发电功率P，该特性曲线M与连在流体系统A中的管道系统1无关，是流体系统A特有的特性曲线。
[0048] 在特性曲线M上记录实际运转中测量到的管道系统1的系统损耗曲线S。该系统损耗曲线S的测量动作会在下文做出详细说明。该系统损耗曲线S是图1所示的管道系统1特有的流动阻力特性曲线，流量Q＝0时的有效落差H为总落差Ho，其特性是有效落差H随流量Q増大而如二次曲线般减少，其曲率是图1的管道系统1特有的值。包括流体系统A的管道系统1的总流量QT和此时的有效落差H，与系统损耗曲线S上的点相对应。例如，将流量调节阀6切换为完全关闭状态，仅让水流入水轮机W，则水轮机W的流量即为包括流体系统A的管道系统1的总流量QT，此时与水轮机W的流量Q和有效落差H相对应的点就在系统损耗曲线S上。换言之，水轮机W的工况点在系统损耗曲线S上。
[0049] 而让水流入水轮机W和迂回通路5双方的话，则水轮机W的流量和迂回通路5的流量(即流量调节阀6的流量)的合计值即为包括流体系统A的管道系统1的总流量QT，总流量QT和此时的有效落差H与系统损耗曲线S上的点相对应，水轮机W的工况点不在系统损耗曲线S上。
[0050] 需要说明的是，测量出的系统损耗曲线S也以表格(数表)、程序内的数学公式(函数)这些形式存储到构成控制装置20的存储器中。
[0051] 再回来看图2，控制装置20的内部包括速度检测器21、最佳运转控制装置22、速度控制器23、转矩控制器24、电流控制器25和选择器26。电流传感器27检测旋转电机G的输出电流，速度检测器21接收到电流传感器27的输出和电流控制器25的输出后开始检测旋转电机G的转速。
[0052] 最佳运转控制装置22基于速度检测器21检测出的转速N和来自转矩控制器24的转矩值T，对与上述转速N和转矩值T相对应的特性曲线M上的水轮机W的工况点(有效落差H和流量Q)进行运算(即推定)，并对转矩指令值T*或转速指令值进行运算，以使水轮机W的工况点从该工况点转移到达到最大发电功率的最大发电功率曲线E上的工况点。最佳运转控制装置22根据运转状态利用选择器26在速度控制和转矩控制之间进行切换。
[0053] 控制装置20的最佳运转控制装置22的内部构成示于图4。最佳运转控制装置22包括流量运算部30、有效落差运算部31和最佳运转指令运算器32。流量运算部30接收到来自图2的速度检测器21的转速N和来自转矩控制器24的转矩值T后，对图3的特性曲线M上由上述转速N和转矩值T而定的旋转电机G的工况点处的流量Q进行运算。有效落差运算部31接收流量运算部30的内部运算值(即流量Q的推定值)和来自速度检测器21的转速N，对由该流量Q和转速N而定的特性曲线M上的工况点处的有效落差H进行运算。也就是说，有效落差运算部31对有效落差H进行推定。而且，最佳运转指令运算器32基于由流量运算部30运算得出的流量Q和由有效落差运算部31运算得出的有效落差H，对转矩指令值或转速指令值进行运算。其中，该转矩指令值或转速指令值用于让水轮机W的工况点从由运算求出的流量Q和有效落差H而定的特性曲线M上的工况点移动到达到最大发电功率的最大发电功率曲线E上的工况点。
[0054] ＜管道系统1的系统损耗曲线S的测量＞
[0055] 系统损耗曲线S的测量具体如下。图5是对系统损耗曲线S的构建和后述的协调控制进行说明的流程图。以如下情况为例进行说明：在管道系统1的流量调节阀6关闭的状态下(参照步骤S01)，旋转电机G最开始在特性曲线M上的水轮机区域内的任意工况点处运转的情况，该工况点例如是图6的特性曲线M上的最大发电功率曲线E上的工况点Y(下文又称该工况点Y为发电输出最大点)。此时，旋转电机G的转速N或转矩值T受到控制装置20的最大功率点跟踪控制(MPPT控制:Maximum Power Point Track控制)(步骤S02)，以使旋转电机G的工况点达到最大发电功率曲线E上的工况点Y。需要说明的是，在MPPT控制中，控制装置20对旋转电机G的负荷，即交直流转换部13进行控制。
[0056] 接着，控制装置20在使流量调节阀6维持关闭状态的情况下，变更工况点(参照步骤S03)。例如，将对转矩控制器24的转矩指令值T*先设为当前的转矩值To的规定％值(如30％值)，让旋转电机G运转。待经过规定时间后，即该运转状态稳定下来后，对该工况点处的流量Q和有效落差H进行推定(步骤S04)。具体而言，控制装置20对由速度检测器21检测出的旋转电机G的转速N、来自转矩控制器24的转矩值T进行监控，并转换为由该转速N和转矩值T的信息而定的特性曲线M上的工况点处的流量Q和有效落差H。接着，将转换得到的流量Q和有效落差H存储到控制装置20内的存储器中(步骤S05)。
[0057] 然后，控制装置20将对转矩控制器24的转矩指令值T*依次设定为最开始的转矩值To的如60％值、90％值、120％值，分别让旋转电机G进行与上述同样的运转，对各运转状态下旋转电机G的转速N和转矩值T进行监控，并转换为由该转速N和转矩值T的信息而定的特性曲线M上的工况点处的流量Q和有效落差H。需要说明的是，要将转矩指令值T*设定为飞逸转速曲线的T＝0以上的值。需要说明的是，对旋转电机G的运转状态的变更可以变更转速N而不变更转矩指令值T*，也可以既变更转速N又变更转矩指令值T*。
[0058] 控制装置20对是否已经获取构建系统损耗曲线S所需的两个以上工况点的信息进行确认(步骤S06)。如果未能获取所需个数的数据，则返回步骤S03变更工况点，并基于特性曲线M对工况点变更后的流量Q和有效落差H进行推定。
[0059] 另一方面，如果已获取足够个数的工况点信息，则控制装置20开始构建系统损耗曲线S(步骤S07)。在该例中，如图6所示，已获取多个(上述说明中为四个)工况点Z1～Z4，所以使用上述工况点信息对管道系统1的系统损耗曲线S进行推定。具体而言,对该系统损耗曲线S的推定是使用事先存储的管道模型进行计算。该管道模型基于如下特性，其特性曲线是用数表或数学公式示出的，该特性为：如图3所示的系统损耗曲线S可见，有效落差H与流量Q的二次方成比例递减，即，管道阻力与流量Q的二次方成比例递增。然后，基于已获取的多个工况点数据和所述特性曲线所示的管道模型，对管道系统1的总落差Ho和管道阻力系数进行推定，并对已获取的多个工况点间的数据进行插值，从而导出管道系统1的新的系统损耗曲线S。该系统损耗曲线S的导出是在所述水轮机区域、水轮机制动区域和零转速(N＝0)的等速度曲线的右侧区域(以下为了便于说明称为大流量区域)进行的。需要说明的是，在该例中，在水轮机区域，实际使水轮机W运转并测量，在所述大流量区域，利用基于水轮机区域的测量结果而得到的数学公式(或数值)，用外推法求出所述大流量区域中的点。这样一来，就得到所述大流量区域中的系统损耗曲线S，在该大流量区域中无法让水轮机W运转。
将像这样构建出的管道系统1的系统损耗曲线S记录于图3的特性曲线M上。具体而言，控制装置20将流量Q和有效落差H作为与特性曲线M相关联的表格和数学公式存储到控制装置20内的存储器中。需要说明的是，只要至少获取两个工况点数据即可构建出系统损耗曲线S。
将像这样构建出的管道系统1的系统损耗曲线S记录于图3的特性曲线M上。具体而言，控制装置20将流量Q和有效落差H作为与特性曲线M相关联的表格和数学公式存储到控制装置20内的存储器中。需要说明的是，只要至少获取两个工况点数据即可构建出系统损耗曲线S。
[0060] 在本实施方式中，如上述，系统损耗曲线S的推定如下：多次变更旋转电机G的工况点(转矩值T和转速N)，并分别获取了特性曲线M上的上述工况点处的流量Q和有效落差H。也就是说，不在管道系统1中布置昂贵的流量传感器和压力传感器等传感器的情况下，就构建出管道系统1的系统损耗曲线S。
[0061] 系统损耗曲线S的构建时机还可以是将流体系统A设置到管道系统1中时即系统构建时，还可以先为控制装置20设置对构建出的流动阻力特性曲线S进行更新的功能，再在流体系统A运行后，根据需要利用控制装置20适当地进行更新。
[0062] ＜水轮机W和流量调节阀6的协调运转＞
[0063] 在该流体系统A中，一操作流量调节阀6，水轮机W的工况点就会变化，水轮机W的工况点一变化，迂回通路5的流量就会变化。于是，在该流体系统A中，就需要对水轮机W和流量调节阀6进行协调控制，也就是说，需要同时考虑到水轮机W的状態和流量调节阀6的状态来进行控制。
[0064] 下面以流经管道系统1的总流量QT的目标流量QT*超过水轮机W的最大处理流量Qm的情况为例，对水轮机W和流量调节阀6的协调运转(控制装置20对水轮机W和流量调节阀6的协调控制)进行说明。
[0065] 在图5的流程图中，步骤S08～步骤S12对应于所述协调控制。可以以任一个工况点(目标流量QT*既可以是水轮机区域的值，也可以是大流量区域的值)作为水轮机W最开始的运转状态来开始控制，下面以如下情况为例进行说明：水轮机W在图7的特性曲线M中例如系统损耗曲线S上的流量Qa和有效落差Ha的工况点Pa处运转，也就是说，水轮机W在系统损耗曲线S和最大发电功率曲线E的交点处运转，旋转电机G以最大发电功率运转。此时，流量调节阀6处于完全关闭状态。需要说明的是，控制装置20能够基于特性曲线M推定此时的流量Qa和有效落差Ha。当流量调节阀6处于完全关闭状态时，水轮机W的流量Qa即为管道系统1的总流量QT。
[0066] 此时，假设流经管道系统1的总流量QT的目标流量QT*需要是超过水轮机W的最大处理流量Qm的流量。该目标流量QT*假设是在图7的特性曲线M上，例如与超过水轮机W的最大处理流量Qm(即水轮机区域的图中右侧边界(零转速(N＝0)的等速度曲线上的流量)的系统损耗曲线S上的点相对应的流量。
[0067] 开始协调控制后，控制装置20对流量调节阀6进行开度控制，使流量调节阀6的开度增加预设的微小开度(步长)，并让流体(此处为水)开始流入迂回通路5(步骤S08)。接着，控制装置20在维持流量调节阀6开度不变的状态下，对旋转电机G的运转状态(转速N、转矩值T或转速N和转矩值T双方)进行最大功率点跟踪控制(MPPT控制)以使旋转电机G的工况点达到最大发电功率曲线E上的工况点，并等待该工况点收敛(步骤S09)。当然，即使控制工况点达到发电输出最大点以外的工况点，也能够对总流量进行控制，此处控制工况点达到发电输出最大点的情况仅为一个示例。
[0068] 根据上述控制，管道系统1的总流量QT增加，从最开始的流量Qa变为与系统损耗曲线S上的点Pb相对应的流量(如流量Qb)。此时，随总流量QT增加，相当于管道系统1的管道阻力的落差也增大，有效落差从有效落差Ha减小到有效落差Hb。另一方面，流经水轮机W的流量从最开始的流量Qa收敛于与有效落差Hb相对应的最大发电功率曲线E上的工况点处的流量Q1(Q1＜Qa)。因此，流经流量调节阀6的流量为管道系统1当前的总流量QT即Qb与流经水轮机W的流量Q1之流量差(Qb－Q1)。
[0069] 然后，控制装置20对该工况点处的流量Q和有效落差H进行推定(步骤S10)。因为控制装置20能够获取当前的转速N和转矩值T，所以控制装置20会基于已获取的上述值和特性曲线M，对水轮机W的流量Q1、有效落差Hb，即水轮机W的工况点进行推定(步骤S10)。这样求出水轮机W的工况点后，控制装置20就能够基于在步骤S10中推定出的有效落差Hb和系统损耗曲线S，对与该有效落差Hb相对应的总流量QT即Qb进行推定(步骤S11)。
[0070] 如上所述，通过控制装置20对水轮机W和流量调节阀6进行协调控制，管道系统1的总流量QT就会从流量Qa增加到流量Qb，同时水轮机W的流量本身也会在水轮机区域(水轮机W的可运转区域)内被调节为与最大发电功率曲线E上的工况点相对应的流量Q1，因此能够利用旋转电机G更高效率地得到最大发电量。也就是说，控制装置20对旋转电机G进行控制，使将该旋转电机G用作发电机的流体系统A达到最大发电量的运转状态。
[0071] 接着，控制装置20对当前的总流量QT和目标流量QT*进行比较(步骤S12)，当总流量QT收敛于目标流量QT*时(如二者相等时)则返回步骤S10的处理，否则控制装置20就会逐次反复对流量调节阀6进行开度控制，以反复使流量调节阀6的开度增加所述微小开度(步长)，每增加该微小开度后，就与上述一样对旋转电机G的运转状态进行最大功率点跟踪控制(MPPT控制)，以使旋转电机G的工况点达到最大发电功率曲线E上的工况点，并等待该工况点收敛(步骤S08～步骤S12)。
[0072] 通过上述控制，流经流量调节阀6的流量逐渐增加，管道系统1的总流量QT从流量Qb向超过水轮机W的最大处理流量Qm的目标流量QT*增加。另一方面，水轮机W的流量在最大发电功率曲线E上朝图7中左斜下方逐渐减少。也就是说，控制装置20对水轮机W和流量调节阀6进行协调控制是为了让管道系统1的总流量QT的推定值接近管道系统1的总流量QT的目标流量QT*。
[0073] 当总流量QT收敛于目标流量QT*时，流经流量调节阀6的流量即为目标流量QT*和流经水轮机W的流量QE之流量差(QT－QE)。像这样，之所以能够在所述大流量区域对总流量QT进行控制，是因为用外推法将系统损耗曲线S延伸到了该区域。当然，能够利用控制装置20对水轮机区域的总流量QT进行推定这一点是不言而喻的。
[0074] ＜本实施方式的效果＞
[0075] 如上所述，根据本实施方式，在具有迂回通路的流体系统中，不使用流量计也能够对总流量进行控制。因此，与使用流量计控制总流量的系统相比，有望降低成本和节省安装空间。此外，不仅在所述水轮机区域的运转中可以对总流量进行该控制，在所述大流量区域也可以对总流量进行该控制。
[0076] 在本实施方式中，通过对水轮机W和流量调节阀6进行协调控制，就能够将管道系统1的总流量QT维持在目标流量QT*，同时能够得到该总流量QT下可得到的最大发电量。也就是说，能够进行高效率的运转。该高效率的运转可在水轮机区域和大流量区域这二者中进行。因此，在本实施方式中，例如，在给出水轮机区域内的某个值作为总流量QT的目标流量QT*的情况下，利用控制装置20如进行打开流量调节阀6的控制，就能够进行控制以使水轮机W的工况点接近最大发电功率曲线E上的点。
[0077] 此外，在流体系统A运行后，根据需要利用控制装置20更新系统损耗曲线S，就能够将流量和有效落差的推定精度维持得较高。
[0078] (发明的第二实施方式)
[0079] 在第二实施方式中，对系统损耗曲线构建流程的其他例子进行说明。
[0080] 图8是对第二实施方式所涉及的系统损耗曲线S的构建进行说明的流程图。该流程包括步骤S21～步骤S25、步骤S07～步骤S12，步骤S08～步骤S12是所述协调控制的流程，与第一实施方式中的说明相同。另一方面，步骤S21～步骤S25、步骤S07是系统损耗曲线S的构建流程，尤其是步骤S21～步骤S25与第一实施方式不同。下面以这些不同点为中心对流程进行说明。
[0081] 如图8所示，在本实施方式中，控制装置20也将流量调节阀6切换为完全关闭状态，让水轮机W等开始运转(步骤S21)。在该状态下，控制装置20将工况点设为适当的初始状态(步骤S22)。待经过规定时间后，即在该工况点处的运转状态稳定下来后，控制装置20对工况点进行推定(步骤S23)。此处的工况点的推定，也是对由速度检测器21检测出的旋转电机G的转速N、来自转矩控制器24的转矩值T进行监控，并转换为由该转速N和转矩值T的信息而定的特性曲线M上的工况点的流量Q和有效落差H。接着，将转换得到的流量Q和有效落差H存储到控制装置20内的存储器中(步骤S24)。
[0082] 然后，控制装置20对当前的工况点是否为发电输出最大点进行确认(步骤S25)。如果确认的结果是如未达到发电输出最大点，则返回步骤S22变更工况点，然后在对变更后的工况点处的流量Q和有效落差H进行推定的同时，将由此得到的流量Q和有效落差H存储到存储器中(步骤S23～步骤S24)。需要说明的是，系统损耗曲线S的构建(推定)，只要至少获取两个工况点数据即可进行，一般而言，只要在收敛于发电输出最大点为止反复变更工况点，就能够得到足够数量的数据用来推定系统损耗曲线S。
[0083] 而如果步骤S25中确认的结果是工况点达到了发电输出最大点，则控制装置20就会对系统损耗曲线S进行推定(步骤S07)。在本实施方式中系统损耗曲线S的推定也与第一实施方式相同。此时，在所述大流量区域也与第一实施方式一样，使用基于水轮机区域的测量结果得到的数学公式(或数值)，用外推法在所述大流量区域求出点，对所述大流量区域的系统损耗曲线S进行推定。
[0084] 如上述推定出的系统损耗曲线S也能够用于所述协调控制(步骤S08～步骤S12)。图8所示的步骤S08～步骤S12与第一实施方式相同，在本实施方式不使用流量计也能够对总流量进行控制。即，本实施方式也能够得到与第一实施方式相同的效果。
[0085] (其他实施方式)
[0086] 需要说明的是，在所述实施方式中，进行了使旋转电机G的运转状态达到最大发电量的状态的控制，但本发明不限于此，只要进行使旋转电机G达到规定的运转状态的控制即可。例如，不使用最大发电功率曲线E,而是将示出旋转电机G效率的曲线、示出水轮机W效率的曲线或示出交直流转换部13效率的曲线作为特性曲线M内的信息存储到控制装置20中,在根据上述曲线求得的效率最大时的工况点处运转。即,将旋转电机G效率最大的运转状态、流体机械W效率最大的运转状态或交直流转换部13效率最大的运转状态用作利用控制装置20对旋转电机G和流量调节阀6进行协调控制时的指标。
[0087] 如图3所示，管道系统1的流动阻力特性曲线采用了系统损耗曲线S，其中，纵轴表示有效落差H，横轴表示流量Q。因为有效落差H与水轮机W前后的压力差之间成比例关系，所以纵轴表示水轮机W前后的压力差(有效压力差)的系统损耗曲线与纵轴表示有效落差H的系统损耗曲线S是等效的。即，还可以采用纵轴表示水轮机W前后的压力差、横轴表示流量Q的系统损耗曲线。
[0088] 并且，在所述实施方式中，旋转电机G的特性曲线M上的工况点的获取是利用转速N和转矩值T的组合进行的，此外，还可以利用转速N和发电功率P的组合、转矩值T和发电功率P的组合进行。也就是说，用于特性曲线M的旋转电机G的特性，是与水轮机(流体机械)的流量Q和有效落差H相关的旋转电机G的特性，且只要是可以检测出来的特性即可，而不限于转速N和转矩值T。
[0089] 只要能在水轮机W的流量Q和有效落差H与旋转电机G的特性(可以检测出来的特性)之间建立对应关系，构成流体系统A的水轮机W和旋转电机G的形式就没有特别限定。例如，即使无法利用旋转电机G改变水轮机W的运转状态，也能够像所述实施方式那样对流量Q和有效落差H进行推定。
[0090] 在所述实施方式中，控制装置20对旋转电机G和流量调节阀6这二者进行控制。当然还可以设置第一控制装置和第二控制装置来构成本发明的控制装置，其中，第一控制装置用于控制旋转电机G，第二控制装置用于控制流量调节阀6，两个控制装置向彼此输入和输出旋转电机G的运转状态和流量调节阀6的阀门开度信息。
[0091] －产业实用性－
[0092] 本发明作为流体系统很有用。
[0093] －符号说明－
[0094] A 流体系统
[0095] G 旋转电机
[0096] W 水轮机(流体机械)
[0097] 1 管道系统
[0098] 5 迂回通路
[0099] 6 流量调节阀
[0100] 9 转轴
[0101] 20 控制装置
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