(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの海上の潮水力タービン発電機から遠方の変電所に電力を伝送する少なくとも１つの海底電力ケーブルを用いて、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された出力電力を前記変電所から遠隔制御する方法であって、
前記方法は、前記少なくとも１つのタービン発電機の回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの線路電圧を変更するステップであって、前記タービン発電機の前記回転速度は前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された前記出力電力に関連するステップを含み、
前記方法は、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された前記出力電力が、規定された出力電力レベル未満に低下する場合、前記海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
線路電圧を変更するステップは、前記タービン発電機において有効な潮力に比例し、
前記方法は、さらに、前記タービン発電機において有効な前記潮力が前記タービン発電機の発電開始速度を下回って低下する場合、前記海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するステップを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
下回ると前記少なくとも１つのタービン発電機によって前記出力電力が発電されない第１の値に対応する第１の値と、前記少なくとも１つのタービン発電機によって最大電力のレベルが発電される第２の値との間で、前記線路電圧は変更されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記最小限の線路電圧レベル、前記はタービン発電機のピーク電圧の２５％〜３５％の間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、
（ｉ）前記少なくとも１つの海上の潮水力タービン発電機にて有効で、かつ前記海底電力ケーブルを介して前記遠方の変電所で受信された前記潮力を表す信号を監視するステップと、
（ｉｉ）前記遠方の変電所から前記海底電力ケーブル上の前記線路電圧の調整するステップであって、前記線路電圧は、前記有効な潮力が減少する場合に縮小され、前記線路電圧は、前記有効な潮力が増加する場合に増加されるステップと、
（ｉｉｉ）前記海底電力ケーブルの前記線路電圧レベルが前記有効な潮力に比例して変更されるように、ステップ（ｉ）〜ステップ（ｉｉｉ）を繰り返すステップとを含み、
前記方法は、さらに、
（ｉｖ）前記少なくとも１つの海上の潮水力タービン発電機において有効な前記潮力が前記水力タービン発電機の前記発電開始速度を下回って低下する場合は常に、前記海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するステップを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記海底電力ケーブル上の前記最小限の線路電圧レベルを保持しながら、前記ケーブルの欠陥の存在を判定するために前記海底電力ケーブルによって形成された回路の状態を監視するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
一連の海上の潮水力タービン発電機から遠方の変電所に電力を伝送する海底電力ケーブルを用いて、前記遠方の変電所から前記一連のタービン発電機の前記出力電力を遠隔制御する方法であって、
前記方法は、前記一連の前記タービン発電機の前記回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの前記線路電圧を変更するステップであって、前記一連の前記タービン発電機の回転速度は、前記一連のタービン発電機の前記出力電力と関連するステップを含み、
前記方法は、前記一連の海上の潮水力タービン発電機によって発電された前記出力電力が規定された出力電力レベルを下回って低下する場合に前記海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記タービン発電機の前記回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの前記線路電圧を変更するステップは、前記タービン発電機において有効な予測された前記潮力に基づくことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力タービン発電機の出力を制御する方法に関し、特に、低減された発電機出力の期間中に伝送システムにおける故障状況を監視することを付加的に備える、出力のための伝送システムを介してその出力を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境認識に対する高まる関心、およびエネルギーの非再生可能資源に依存することに対する抵抗は、再生可能エネルギーシステム（例えばソーラーパワー、風力、火力、潮力）のより大幅な利用に結びついている。後者は、潮流のエリアにおけるタービン発電機の設置を意味しており、潮力のエネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００３】
図１および図２に関連して、水力タービン発電機の例は、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００６２５８号において記述されている。発電機１０は、ダイレクトドライブ無軸永久磁石発電機構造である。発電機１０は、リング状固定子１２およびロータ１４を含み、固定子１２は、固定子１２の周面の周辺に配置された複数のコイル１７（図２）を有する。ロータ１４は、オープンセンタを規定する内側リム１６を含む。ロータ１４は、内側のリム１６と外側リム２０の間を占める、放射状に伸びる一連のブレード１８をさらに含む。ロータ１４は、外側リム２０の周辺に配置された一連の磁石２１（図２）をさらに含む。固定子１２は、磁石に対する磁束戻り経路を同心円状に供給する複数のコイルによりロータ１４を囲む。
【０００４】
発電機１０は、発電機１０を通じての海水の運動がブレード１８に作用するように、潮流のエリアに配置され、その結果、固定子１２内のロータ１４の回転をもたらす。固定子１２のコイルに関する磁石の運動は、磁石によって生成された磁界にコイルの各々のＥＭＦ（起電力）を誘発させる。これらの誘発されたＥＭＦは、タービン発電機１０から電気的な電力出力を供給する。
【０００５】
このような潮力発電機の利用が増えるにつれて、特にタービン発電機がその最適な「先端速度率」で動作していることを保証しながら、発電機の動作を正確に効果的に制御することができるということは、よりいっそう重要になる。「先端速度率」は、タービンのブレードの先端の回転速度と潮流の絶対速度との間の比率であり、一般に、そのタービンによる最適の発電のための最適の先端速度率を有する各々のタービンに依存するタービン設計である。したがって、タービンの運転速度は、有効なレベルまたは有効な潮力に対する最適出力電力を保証するために修正されるべきである。また、時には、主動力グリッドの要求に依存する発電出力を見直すことが必要かもしれない。
【０００６】
標準の発電機システムにおいて、発電機から抽出される電力の量は、動作の電圧または周波数を修正することにより制御することができる。この制御は、一般に、発電機に局所的に実行される。発電機および関連するコントローラは、作動、検査のサービス、メンテナンスおよび設定調整のために、通常、容易にアクセス可能である。コントローラに加えて、再生可能エネルギー発電機は、多くの場合、出力電力を固定電圧と周波数に直ちに変換するために、および個別の発電機の状態を監視するために、発電機の付近に電力変換／監視装置を設置する。
【０００７】
出力電力を移送する伝送系統は、相対的に小さな許容範囲差内のある値に固定される電圧および周波数を用いて、高電圧で長い距離にわたって動作する。したがって、発電機による電圧出力は、通常は、変圧器を用いて発電機に近い伝送レベルに増強される。
【０００８】
潮力エネルギーの利用は、荒い海中の環境において継続する動作および効率的な動作を保証するために、タービンのメンテナンスに関して大幅な難問を提起する。海中のタービン発電機の設置および廃炉にすることは、相対的に費用がかかる。また、システムにおいて様々なコンポーネントの定期補修を実行することは経済的ではない。また、海中の発電機に対して局所的に高感度な電子機器、電力変換システムおよび／または冷却システム（すなわち長期信頼性を維持するために定例サービスや日常保守を必要とするコンポーネント）を含めることは実現可能ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、海中の発電機に局所的に設置されたコンポーネントを制御および監視する必要がない水力発電タービンの回転速度を制御するための、したがって水力タービン発電機の出力を制御するための代替システムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、少なくとも１つの海上の潮水力タービン発電機から遠方の変電所に電力を伝搬する少なくとも１つの海底電力ケーブルを用いて、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された出力電力を前記変電所から遠隔制御する方法であって、前記タービン発電機の回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの線路電圧を変更するステップであって、前記タービン発電機の前記回転速度は前記タービン発電機によって発電された前記出力電力に関連するステップを含む方法が提供される。
【００１１】
タービン発電機のタービン回転速度は、発電された出力電力のレベルに関連する回転速度とともに、潮速度と同様に、タービン発電機における伝送線路電圧によって制御される。発電機の線路電圧が変更されるので、潮力が自由にタービンを回すレベルに、タービン速度を直接制御することができ、その結果、発電機によって生成された出力電力のレベルを必要に応じて調整することができる。タービン発電機の出力を制御するための送電システムの使用は、発電機基地から離れて配置される発電機の出力にわたる好適な制御を可能にし、システムのより効率的な監視およびメンテナンスを可能にする。遠方の配電所から海底電力ケーブルの線路電圧を変更することができるので、海上のタービン発電機による回転速度（したがって、発電される電力のレベル）の遠隔操作を可能にする。これは、海底発電機基地における制御回路の必要性を省く。遠方の配電所が海岸の変電所であってもよいことは理解されるだろう。
【００１２】
好ましくは、海底電力ケーブルの線路電圧が有効な潮力に対するタービン発電機の最適な先端速度率を規定するように、線路電圧の変化は、タービン発電機において有効な潮力に比例する。
【００１３】
タービン発電機によって発電することができる出力電力の量は、その発電機において有効な潮力によって決定される。より多くの潮力が有効になるにしたがって、発電機は、より多くの量の出力電力を発電できる。したがって、より高い潮流の期間での最適なタービン運転は、最適な先端速度率を維持するための、より高速度である。同様に、有効な潮力が低減するならば、最適なタービン運転は、最適な先端速度率を維持するための、より低先端速度である。タービンの回転速度はタービンを作動可能にする伝送線路電圧に関連するので、次に、線路電圧は、タービン発電機がその最適なレベルで常に動作することを保証するために、変更されることができる。
【００１４】
好ましくは、方法は、
（ｉ）前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機にて有効で、かつ前記海底電力ケーブルを介して前記遠方の変電所で受信された前記潮力を表す信号を監視するステップと、
（ｉｉ）前記遠方の変電所から前記海底電力ケーブル上の前記線路電圧の調整するステップであって、前記線路電圧は、前記有効な潮力が減少する場合に縮小され、前記線路電圧は、前記有効な潮力が増加する場合に増加されるステップと、
（ｉｉｉ）前記海底電力ケーブルの前記線路電圧レベルが前記有効な潮力に比例して変更されるように、ステップ（ｉ）〜ステップ（ｉｉｉ）を繰り返すステップとを含む。
【００１５】
好ましくは、ステップ（ｉ）は、前記海底電力ケーブルの定められた線路電圧値に対する実行され、有効な潮力の前記信号は、前記定められた線路電圧値における出力電力レベルを表わし、ステップ（ｉｉ）は、定められた線路電圧値を調整された線路電圧値に更新するステップをさらに含む。
【００１６】
特定の線路電圧で潮力タービン発電機によって発電された出力電力が、その時に有効な潮力に対して比例するように、次に、発電された出力電力のレベルは、有効な潮力の電流の強さを示す。電流の潮流の強度を示すために発電された出力電力のレベルを用いることは、発電された出力電力のレベルの変動を監視することにより、潮流の強度における変動を判定することが可能なように、付加的な潮流監視コンポーネントおよび通信ネットワークが必要ではないことを意味する。
【００１７】
好ましくは、方法は、
（ｉ）前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機により発電されることが望まれる、設定された出力電力レベルの表示を含む、前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機により発電された出力電力が抑制されるべき制約条件の信号を受信するステップと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機により発電され、前記海底電力ケーブルを介して前記遠方の変電所で受け取られた出力電力を監視するステップと、
（ｉｉｉ）監視された出力電力レベルを前記設定された出力電力レベルと比較するステップと、
（ｉｖ）前記遠方の変電所から前記海底電力ケーブル上の線路電圧を調整するステップであって、前記調整は、前記少なくとも１つのタービン発電機により発電された出力電力が設定された出力電力レベルを密に追従するように、前記比較上に基づくステップと、
（ｖ）監視された出力電力が、前記制約条件が解除されるまで、設定された出力電力レベルを密に追従するように、ステップ（ｉｉ）〜ステップ（ｉｖ）を繰り返すステップとを含む。
【００１８】
例えば、伝送制約により、制約が解除されるまで発電が一時的に縮小されるという要求を伝送システムオペレータが送信すれば、時には発電機の出力を「見直すことができる」ということは望ましい。この場合には、出力電力の設定レベルに達するまで、海底電力ケーブルの線路電圧を変更することは可能である。制約が解除された後、元の最適なレベルに出力電力を導くために線路電圧を再び変更することは可能である。
【００１９】
好ましくは、１つのさらなる実施形態において、方法は、一連の海上の潮水力タービン発電機から海岸の変電所に電力を伝搬する海底電力ケーブルを用いて、前記海岸の変電所から前記一連のタービン発電機の出力電力を遠隔制御するステップを提供し、前記方法は、前記一連の前記タービン発電機の前記回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの前記線路電圧を変更するステップであって、前記一連の前記タービン発電機の回転速度は、前記一連のタービン発電機の前記出力電力と関連するステップを含む。
【００２０】
このように、一連のタービン発電機の全体の出力は、監視されることができ、線路電圧は、単一の海底送電ケーブルのみを用いて、一連のタービン発電機の総出力を制御するために変更される。
【００２１】
好ましくは、有効な潮力に対し全体の一連のタービン発電機による最大電力の発電を可能にする一連のタービン発電機において、海底電力ケーブルの線路電圧が各々のタービン発電機の先端速度を規定するように、線路電圧の可変長は、一連のタービン発電機において有効な潮力に比例する。これは、有力な潮力状態に対して、一連のタービン発電機から取り出すことができる電力の最大量の発電を保証するために、一連のタービン発電機の線路電圧を変更することができることを保証する。これがタービン発電機のすべてまたは恐らくいずれもが特定の最適点で動作していないことを意図するかもしれない一方で一連のタービン発電機を制御するために単一の電力ケーブルを用いる場合に一連のタービン発電機の全体的な出力が最大限になることを保証する。線路電圧の変更は、潮力のレベルの干満と平行に行うように変更する半波正弦波信号に追従すると言うことができることは、また理解されるだろう。
【００２２】
あるいは、方法は、遠方の変電所から一連の海上の潮水力タービン発電機の出力電力を遠隔制御するステップを提供し、一連のタービン発電機の各々は、前記タービン発電機から前記遠方の変電所に電力を伝送するそれぞれの海底電力ケーブルを有し、前記方法は、一連の個別のタービン発電機の回転速度を制御するために海底電力ケーブルの各々の線路電圧を変更するステップであって、タービン発電機の回転速度は、タービン発電機の出力電力と関連するステップを含む。
【００２３】
一連のタービン発電機が少なくとも１つのタービン発電機を含んでもよいことは、理解されるだろう。
【００２４】
好ましくは、海底電力ケーブルの各々の線路電圧が、一連のタービン発電機において有効な潮力に対する一連のタービン発電機の各々の最適な先端速度率を規定するように、線路電圧の可変長は、タービン発電機において有効な潮力に比例する。
【００２５】
好ましくは、タービン発電機の回転速度を制御するために海底電力ケーブルの線路電圧を変更するステップは、タービン発電機において有効な予測された前記潮力に基づく。
【００２６】
線路電圧の変更が有効な潮力の予測されたレベルに基づくならば、これは、予測された潮力などに関する既知情報に基づいて、発電機動作の単純な自動制御を可能にする。好ましくは、定められた線路電圧の設定点にて生成された電力の量は、ちょうどその瞬間にその設定値に対して予想された電力の量と照合される。潮力エネルギーの予測可能な性質を鑑みると、日時の追跡によって、予想された電力の量の推定値は、データベースから得ることができ、制御システムおよび一連のタービン発電機が正確に実行しているならば、監視する方法を提供するために比較されることができる。
【００２７】
その上、少なくとも１つの海上の潮汐水力タービン発電機から遠方の変電所に電力を伝搬する少なくとも１つの海底電力ケーブルを用いて、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された出力電力を前記変電所から遠隔制御する方法であって、前記方法は、前記少なくとも１つのタービン発電機の回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの線路電圧を変更するステップであって、前記タービン発電機の前記回転速度は前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された前記出力電力に関連するステップを含み、前記方法は、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された前記出力電力が、規定された出力電力レベル未満に低下する場合、前記海底電力ケーブル上の最小の線路電圧レベルを保持するステップを含むことを特徴とする。
【００２８】
最小限の電圧レベルが海底電力ケーブル上に維持されるので、これは、憩潮の期間の間、ケーブルにおける故障条件の監視を可能にする。また、電力ケーブル上で作用する電気的ストレスは、電力ケーブル上の電圧の変更の縮小された範囲により縮小され、さらなるケーブル寿命をもたらす。
【００２９】
好ましくは、線路電圧の変更は、タービン発電機において有効な潮力に比例しており、
方法は、さらに、タービン発電機にて有効な潮力がタービン発電機の発電開始速度を下回って低下する場合、海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するステップを含むことをさらに特徴とする。
【００３０】
好ましくは、線路電圧は、下回ると出力電力が少なくとも１つのタービン発電機によって発電されない第１の値に対応する第１の値と、最大電力のレベルが少なくとも１つのタービン発電機によって発電される第２の値との間で変更される。
【００３１】
好ましくは、最小限の線路電圧レベルは、タービン発電機のピーク電圧の２５％〜３５％の間である。
【００３２】
あるいは、最小限の線路電圧レベルは、開路動作または「ランバック（runback）」動作の間でさらに高くなる場合がある。その上、最小限のレベルがピーク電圧の５０−６０％高くなりうる場合があってもよい。また、タービン発電機によって発電された電力が０（すなわち、有効な潮力がタービン発電機の発電開始速度に達する前に）に達する前に、線路電圧レベルが最小限のレベルに維持されてもよいことは理解されるだろう。
【００３３】
好ましくは、方法は、
（ｉ）前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機にて有効で、かつ前記海底電力ケーブルを介して前記遠方の変電所で受信された前記潮力を表す信号を監視するステップと、
（ｉｉ）前記遠方の変電所から前記海底電力ケーブル上の前記線路電圧の調整するステップであって、前記線路電圧は、前記有効な潮力が減少する場合に縮小され、前記線路電圧は、前記有効な潮力が増加する場合に増加されるステップと、
（ｉｉｉ）前記海底電力ケーブルの前記線路電圧レベルが前記有効な潮力に比例して変更されるように、ステップ（ｉ）〜ステップ（ｉｉｉ）を繰り返すステップとを含み、前記方法は、さらに、
（ｉｖ）前記少なくとも１つの海上の潮力水力タービン発電機において有効な前記潮力が前記水力タービン発電機の前記発電開始速度を下回って低下する場合は常に、前記海底電力ケーブル上の最小限の線路電圧レベルを保持するするステップを含むことを特徴とする。
【００３４】
好ましくは、方法は、前記海底電力ケーブル上の前記最小限の線路電圧レベルを保持しながら、前記ケーブルの欠陥の存在を判定するために前記海底電力ケーブルによって形成された回路の状態を監視するステップをさらに含む。
【００３５】
好ましくは、方法は、一連の海上の潮力水力タービン発電機から遠方の変電所に電力を伝送する海底電力ケーブルを用いて、前記遠方の変電所から前記一連のタービン発電機の前記出力電力を遠隔制御するステップを提供し、前記方法は、前記一連の前記タービン発電機の前記回転速度を制御するために前記海底電力ケーブルの前記線路電圧を変更するステップであって、前記一連の前記タービン発電機の回転速度は、前記一連のタービン発電機の前記出力電力と関連するステップを含み、前記方法は、前記少なくとも１つのタービン発電機によって発電された前記出力電力が、規定された出力電力レベル未満に低下する場合、前記海底電力ケーブル上の最小の線路電圧レベルを保持するステップを含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明の１つの実施形態は、これ以降、以下の添付の図面に関連して単なる具体例として記述されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、既知の潮水力タービン発電機を示す。
【図２】図２は、図１の発電機の一部の断面図を示す。
【図３】図３は、海岸の変電所（On-Shore Substation）に接続された図１の発電機を示す。
【図４】図４は、異なるレベルの潮流におけるタービン発電機の例のためのいくつかのトルク速度曲線のグラフである。
【図５】図５は、タービン発電機の例のための電圧および電流のグラフである。
【図６】図６は、本発明の方法のための制御アルゴリズムの例の図である。
【図７】図７は、潮の速度に対する海底電力ケーブルの伝送線路電圧の標本分散を示すグラフである。
【図８】図８は、そのタービン発電機における潮流の速度に対するタービン発電機のための最適の先端速度を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の１つの実施形態により、半日周潮について、潮流状態の例に対する海上の潮力タービン発電機に連結された海底電力ケーブルに適用された線間電圧を２４時間にわたって示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図２に関連して、海上の潮水力タービン発電機１０は、潮流のエリアに設置される。発電機１０は、海底電力ケーブル２４を介して海岸の配電所２２に接続される。変電所２２は、水力発電機ネットワークと配電グリッド２６との間のインタフェースを提供する。電力ケーブル２４は、海上のタービン１０からの隔たりを越えて、発電機１０によって発電された電力を海岸の変電所２２に伝送する。一般に、タービン１０によって発電された交流電源は、電力ケーブル２４を通じた伝送に先立って、ＤＣ（直流）に整流される。
【００３９】
図２のシステムが単一の水力タービン発電機１０を示している一方、海底電力ケーブル２４が一連の潮力タービン発電機１０の一部として他のタービン発電機に接続してもよいことは、理解されるだろう。一連のタービン発電機１０は、同一の電力ケーブル上に電力を提供する、平行に接続された多くの発電機を含んでもよい。あるいは、一連のタービン発電機１０は、一連の電力ケーブルに電力を提供する、同一の潮汐エリアに設置された多くの発電機を含んでもよい。
【００４０】
その後、一連の発電機によって発電され蓄積された電力は、単一の電力ケーブル２４を介して海岸の変電所２２へ伝送されてもよい。あるいは、一連のタービン発電機１０の各々は、その発電機１０に関連したそれぞれの海底電力ケーブル２４によって海岸の変電所２２に接続されてもよい。
【００４１】
海岸の変電所２２は、必要な電力変換装置および電源変換装置を含む。電力変換装置は、海底電力ケーブル２４上のＤＣ線路電圧を変更することが可能なコントローラを含んでもよい。システムの好ましい動作において、ケーブル２４上のＤＣ電圧の変動は、発電機１０において有効な潮力の量に比例して実行される。最適な動作にとって、発電機１０の出力電力は、強い潮力状態の間に高電圧で、および弱い潮力状態の間に低電圧で、ケーブル２４伝いに伝送される。誘導された電圧が、電力を長距離にわたり（例えば、遠方の海上の一連の潮力発電機から、海岸の配電所および給電グリッドまで）送信するのに好適な十分に高いレベルであることは、理解されるだろう。
【００４２】
一定の潮流レベルを上回ると、タービンの回転速度は、タービン発電機１０を作動させる電圧に比例する。潮流から最大電力を継続的に取り出すために、一定の先端速度率でタービンを操作することが必要である。先端速度率は、ブレードの先端の回転速度と潮流の絶対速度との間の比率である。先端の速度が潮速度と正確に同一であるならば、先端速度率は１である。特定のタービン発電機のための最適な先端速度定量は、その特定のタービンのブレード１８の設計によって決定される。
【００４３】
したがって、タービン発電機１０の最適な動作を保証するために、流れの速度に比例して回転速度を変更することが望ましい。回転速度が制御されるにつれて、発電機１０の出力電力は、発電機１０において有効な潮力のための最適なレベルに維持されることができる。
【００４４】
回転速度の制御は、単一のタービンが一定の先端速度率で動作することを可能にするために、または、一連のタービンが一連のタービンのための最適な先端速度率に可能な限り近づくように動作することを可能にするために、潮速度に比例して海底電力ケーブル２４上のＤＣ線路電圧のレベルを制御することによるコントローラによって達成される。
【００４５】
相対的に一定の潮速度のエリアにおいて、タービンの最適な回転速度は、タービンのトルク速度曲線に依存する。
【００４６】
図４を参照して、トルク速度曲線は、様々なトルク速度曲線の最適点と同様に、タービンの回転速度が変えられるにつれて生成されたトルクにおける変動を示す、４つの異なるレベルの潮速度のための特定のタービンに対して示される。最適点を示す曲線は、電圧と電流を表わし、図５に、より詳細に示される。グラフから見て分かるように、４ｍ／秒（ｓ）の潮流における場合の最適の電力出力は、約１７ＲＰＭ（毎分約１７回転）の先端速度で生じ、その結果、約５２０ｋＮｍの軸トルクが生じる。毎分１７回転でタービンを操作するために、Ｖ−Ｉグラフから見て分かるように、４，２００Ｖでケーブルを操作することが必要である。このポイントからのタービン先端速度の任意の増加または減少は、出力電力における相当の低減という結果をもたらすだろう。
【００４７】
オペレータによる伝送線路電圧の手動制御が可能な一方で、例えば、海岸の配電所２２に設置されたプログラム可能なロジック制御装置（ＰＬＣ）または他の好適な処理手段において実現された制御アルゴリズムを介して制御機能が自動的に調整されてもよいことも、また予見される。ＰＬＣまたは処理手段は、海底電力ケーブル２４の伝送線路電圧を変更することに使用可能である。
【００４８】
図６を参照すると、制御アルゴリズムの例が図示される。そのアルゴリズムは、最適な発電を保証するために、１つの範囲のＤＣ電圧値にわたって伝送線路電圧を変更することに使用可能である。
【００４９】
アルゴリズムの起動（１００）において、線路電圧は、ある始動電圧Ｘに設定される（ステップ１０２）。コントローラは、次に、海底電力ケーブル２４上の設定された線路電圧値Ｘに対して、タービン発電機１０によって発電された出力電力を測定する（ステップ１０４）。測定動作は、一定期間にわたって発電されたＤＣ出力電力レベルを平均することにより実行されてもよい。
【００５０】
その後、その特定の線路電圧レベルＸに対する測定された電力レベルは、その後、記録される（ステップ１０６）。その後、電力ケーブル上の伝送線路電圧は、新たな電圧レベルＹ＝Ｘ＋Ａを生成するステップ電圧Ａによって増大される（ステップ１０８）。その特定の線路電圧値Ｙに対する発電された出力電力が、測定される（ステップ１１０）。
【００５１】
線路電圧Ｙにおける測定された出力電力のレベルと、線路電圧Ｘにおける記録された出力電力のレベルとを比較する比較演算が、次に、実行される（ステップ１１２）。
【００５２】
現在の出力電力の測定レベルが線路電圧Ｘに対する記録された電力レベルを超えるならば、次に、これは、（タービン発電機１０における有効な潮力によって部分的に決定された）その発電機に対する最適な先端速度定量に近い先端速度率の結果として、線路電圧Ｙ値が向上された出力電力発電をもたらすことを示す。
【００５３】
タービン特性曲線（図４を参照）上の電流位置に依存して、伝送線路電圧に対するさらなる増加は、増大された電力出力をもたらすかもしれない。この点で、線路電圧は、さらなるステップ電圧Ａにより増加され、その結果、新たな伝送線路電圧レベルＺ＝Ｙ＋Ａをもたらす（ステップ１１４）。
【００５４】
その特定の線路電圧レベルＺに対する測定された電力レベルが、次に、記録される（ステップ１１６）。線路電圧Ｚにおける測定された出力電力のレベルおよび線路電圧Ｙにおける記録された出力電力のレベルを比較する比較演算が、次に、実行される（ステップ１１８）。
【００５５】
Ｚにおける測定された出力電力がＹに対する記録された出力電力より大きいならば、タービン特性曲線上の最適点にまだ達していない可能性がある。アルゴリズムは、次に、Ｘ＝ＺになるようにＸを割り当てて（ステップ１２０）一巡して元に戻ることができ、出力電力レベルのさらなる試験のためのアルゴリズムのステップ１０８に戻る。
【００５６】
但し、Ｚにおける出力電力がＹにおける出力電力未満であるならば、Ｙの伝送線路電圧値は、最適な発電を提供し、線路電圧値Ｙは、電力ケーブル２４上で期間Ｔにおいて維持されるであろう（ステップ１２２）。その後、アルゴリズムは、ステップ１０４に戻る。
【００５７】
期間Ｔは、潮力レベルが劇的に変化できることをどのくらい迅速に予測されるかと、海底電力ケーブル２４（例えば５数分）上の伝送線路電圧を変化させるためにどのくらい頻繁に要求されるかとの間のバランスを提供するために選択される。
【００５８】
ステップ１１２において線路電圧Ｙのために測定された出力電力のレベルが線路電圧Ｘのために測定された出力電力のレベル未満であるならば、次に、これは、海底電力ケーブル２４上の線路電圧を増加させることが発電される出力電力の低下をもたらすということを示す。次に、アルゴリズムは、伝送線路電圧の低減が、向上された出力電力の発電をもたらすか否かをチェックすることを目指す。これは、タービン特性曲線上の電流位置に再び依存する。
【００５９】
まず、ステップ１２４において、線路電圧はレベルＺ＝Ｘ−Ａに低減される。次に、ステップ１２６において、コントローラは、線路電圧Ｚに対する発電された出力電力を測定する。次に、線路電圧Ｘに対する測定された出力電力のレベルと、線路電圧Ｚに対する測定された出力電力のレベルとの比較がなされる（ステップ１２８）。
【００６０】
線路電圧Ｚに対する測定された出力電力のレベルが線路電圧Ｘに対する測定された出力電力のレベル未満であるならば、次に、最適な出力電力が、Ｘの線路電圧レベルで発電されるべく出現する。したがって、線路電圧値Ｘは、期間Ｔの間、電力ケーブル２４上で維持される（ステップ１３１）。その後、アルゴリズムは、ステップ１０４に戻る。
【００６１】
線路電圧Ｚに対する測定された出力電力のレベルが、線路電圧Ｘに対する測定された出力電力のレベルを超えるならば、伝送線路電圧レベルのさらなる低減は、発電された出力電力における相当の増加をもたらす（図３を参照）ことが可能である。
【００６２】
まず、伝送線路電圧は、Ｘ＝Ｚ−Ａを割り当てられた新たなレベルに低減される（ステップ１３０）。このレベルに対して発電された出力電力は、次に、この線路電圧レベルＸに対して測定される（ステップ１３２）。ステップ１３４において、線路電圧Ｘにおいて測定された出力電力のレベルと、線路電圧Ｚにおいて記録された出力電力のレベルとの比較がなされる。
【００６３】
線路電圧Ｚに対する測定された出力電力のレベルが、線路電圧Ｘに対する測定された出力電力のレベルを超えるならば、線電圧Ｚは、有効な潮力の電流レベルのための最適な発電をもたらす。したがって、伝送線路電圧は、Ｚレベルまで増大され（ステップ１３６）、線路電圧値Ｚは、電力ケーブル２４上で期間Ｔの間維持される（ステップ１３８）。その後、アルゴリズムは、さらなる監視のためにステップ１０４に戻る。
【００６４】
但し、出力電力が、さらに低減された線路電圧値に対して増加し続けるならば、次に、アルゴリズムは、最適な発電が達せられるまで、伝送線路電圧レベルを低減し続ける（ステップ１４０〜１４２）。
【００６５】
最適な発電が継続的に維持されることを保証するために、このような記述されたアルゴリズムの使用は、伝送線路電圧のレベルの継続的な変動をもたらすだろう。
【００６６】
図７を参照すると、グラフは、潮流の１つの範囲の値の最適な路線電圧レベルを例証する潮水力タービン発電機システムの例のために示される。グラフから見て分かるように、最適な電圧は、潮流の速度増加とともに増加し、これは、同一の最適な先端速度率を維持するために、より高い毎分回転数でタービンを操作するために必要な結果である。
【００６７】
図８を参照すると、グラフは、そのタービンにおける潮流の速度に関して、タービンの例のための最適なタービンの毎分回転数のレベルを例証することが示される。最適な先端速度率を保持するために、この関係に従うべきである。潮力と回転速度との間の直線関係は、このグラフから容易に理解することができる。しかしながら、一定の潮力（例えば３ノット）において、ほぼ毎分４．５回転を上回るまたは下回るタービン回転速度の任意の変動は、最適な電力出力未満に至るだろう（上記の図４を参照）。
【００６８】
図示されたアルゴリズムの例は、最適な発電に対する伝送線路電圧を見出すことに適応している一方、このアルゴリズムの異なるバリエーションが、本発明の範囲から外れずに実行されてもよいことが理解されるだろう。例えば、同じ制御システムは、また、必要に応じて（例えば、伝送制約により）発電出力を低減するために用いることができ、伝送システムのオペレータ（例えば、ナショナルグリッド社（National
Grid PLC）のオペレータ）は、伝送制約が対処されるまで、出力電力を一時的に見直す、または低減することを要求してもよい。この要求の受け取りに際しては、陸上制御システムは、線路電圧を適宜修正し、出力電力の所望のレベルに達するまで、それらの最適な先端速度定量からタービンの発電所（farm）を移動させるだろう。オペレータから制約が解除されると、発電所は、通常動作に戻ることができる。
【００６９】
また、伝送線路電圧レベルの手動制御を可能にするために、アルゴリズムがいかなる時もオペレータによって中断されてもよいことは、理解されるだろう。
【００７０】
タービン発電機がそれらの最適な先端速度率で常に動作するように線路電圧が調整されることを保証するために、追加入力信号（例えば、タービン発電機の上流の潮速度センサからの出力）を受信することに、アルゴリズムが適応してもよいことも、また理解されるだろう。
【００７１】
その上、他の実施形態において、海底電力ケーブルの線路電圧の変化は、タービン発電機において有効な、推測された潮力に基づいてもよい。潮力のレベルを相対的に容易に予測することができる位置において、例えば、潮汐図を介して、予測された潮力レベルでの線路電圧の変化に基づいて最適な動作を保証することは可能かもしれない。タービン発電機基地での潮流の十分な知識を鑑みると、線路電圧は、憩潮にて許容された最小限の毎分回転数／電圧、およびその日に予定された潮速度のピークによって規定された定められた日の最大電圧／毎分回転数により、その大潮の間に生じる年間の最大電圧により、タービンの必要な毎分回転数を設定するために６時間ごとに単純に変化されることができる。
【００７２】
例えば、タービンを意図的に止めるような範囲に線路電圧を変化させることによって、タービン自体の回転を停止するために、タービン発電機の回転速度の遠隔操作が用いられてもよいことも、また理解されるだろう。特定の潮速度に対して、線路電圧を増加させることが、有効な電力の量を実際に低減できることは、注目されるべきである（図４を参照）。線路を低減することは、タービンが速度を落とすにつれて、電力出力の相対的な変化も大きくなる可能性があるように、タービンを止めるリスクを増加させる。最適な先端速度を上回るようにタービン速度を増加させることは、より緩やかである電力出力の低減をもたらすかもしれず、これは、このような制御を実行するためのより好ましい手段かもしれない。
【００７３】
さらなる拡張機能において、使用されたコンポーネントの寿命を延ばす目的として、海底ケーブルに加えられたストレスを低減するのと同様に、憩潮位にてケーブル破損の検出に関連する問題に対処することに、その方法を適応してもよい。
【００７４】
潮流のエリアにおいて、有効な潮力のレベルは潮周期の間（すなわち、水位が増加している（上げ潮と呼ばれる、上昇する潮の）場合、および水位が減少している（引き潮と呼ばれる、下降する潮力の）場合）に変化する。
【００７５】
上げ潮の間、潮流は、上げ潮レベルのピークに達するまで、徐々に増加するだろう。高潮にて、潮流のパワーレベルは、次に、波がその最高水準に達するまで、徐々に減少する。この時点で、潮流は、その最低点に達し、憩潮と呼ばれる。一旦、憩潮に達すると、潮流の方向は逆になり、引き潮に入る。
【００７６】
上げ潮と同様、引き潮の間、潮流は、引き潮レベルのピークに達するまで徐々に増加するだろう。干潮にて、潮流のパワーレベルは、次に、波がその最低レベルに達するまで、徐々に減少する。一旦、干潮になると、潮流は再び緩かになり、潮流の方向が逆になり、上げ潮になる。
【００７７】
上述のサイクルは、１日２回潮（毎日の２つの満潮および２つの干潮）に対し毎日２度、または１日１回潮（１日当たり１つの潮周期）に対し１日に１度発生して、繰り返し続ける。
【００７８】
上記制御方法を厳密に適用することは、有効な潮力のレベルとの相関において潮周期にわたって（すなわち１日２回潮に対し６時間ごと、または１日１回潮に対し１２時間ごとに）０Ｖからピーク電圧に海底電力ケーブルの線路電圧を変化させることを意味している。
【００７９】
このアプローチではいくつかの欠点がある。一般に、海底電力ケーブルは、例えば、漁具、環境条件などによってもたらされた破損物などの障害に対して弱い。ケーブルの線路電圧が０Ｖである場合にケーブル障害が憩潮の期間の間に発生すれば、このような障害は、容易に検出されないかもしれない。このようなケースでは、潮力レベルが潮周期の一部として上昇し始め、発電が再び始まるとともに、海底電力ケーブルにおける未検出の故障は、ケーブルにさらなる損傷をもたらすだろう。このダメージは障害の部位に最初に現われるであろう。しかし、もし発電を継続させれば、ケーブルの突発故障をもたらす可能性もある。このような状況が発生するならば、全体のケーブルは、交替が必要となるかもしれず、その結果、修復と交替に専念するための相当の費用や時間を費やすことになる。
【００８０】
また、ケーブル絶縁が段階的に分極の減退を被るにつれて、ケーブル絶縁上の電気的ストレスにおける一定の変化は、その寿命を縮める。
【００８１】
拡張された制御方法において、有効な潮力が一旦閾値を下回るように低下すれば、固定電圧が電力ケーブルにおいて印加されるというさらなる状態により、海底電力ケーブルの線路電圧は、沖合の発電機において有効な潮力のレベルにより変化される。固定電圧は、有効な潮力が閾値を上回って上昇するまで、ケーブル上に保持される。
【００８２】
閾値は潮力の任意の値として選択されてもよいが、下回るとタービン発電機が電力を取り出すことができない潮力（または潮流速度）のレベルが好適である。このレベルは、タービンの発電開始速度と呼ばれる。
【００８３】
タービンの発電開始速度を下回ると、タービンによって電力を発電することができないので、タービンによって発電できるエネルギーの合計レベルに損失はない。但し、海底電力ケーブル上の固定電圧を保持することは、障害が直ちに明らかになるように、任意のケーブル障害が迅速に検出されることを可能にする。一旦検出されたならば、ケーブルに対して任意の追加ダメージが加えられる前に（すなわち、発電を継続させる前に）、不良のケーブルは、発電グリッドから容易に絶縁されてもよい。この方法の利用は、全体のケーブルを置換することの実現性とは対照的に、障害または破損の場合には、障害の付近のケーブルの小断面のみが修理される必要があることを意味する。
【００８４】
この方法のさらなる有利性は、ケーブルに適用された縮小された電気的ストレスによる、高められたケーブル寿命を含む。また、発電システムにおいて用いられる電力変換装置および他の電気部品は、縮小された範囲の動作を有するように設計されてもよい。その上、憩潮の間の（すなわち、ピーク発電出力の前の）障害の早期発見は、不足をカバーするために代替の発電システムを使用することができるように、潮力発電所の故障停止があるということを、伝送システムオペレータに対して十分な通知を与える。
【００８５】
ケーブル障害の存在を検出するために、システムのアース点は、陸上に配置され、高インピーダンスを通じて接続される。このインピーダンスを介した電圧は、測定することができ、健全な状態体（すなわち非故障状態）において、０であることが要求される。但し、それらがケーブルおよび線路の障害（例えば、差動保護、過電流／地絡不足電圧、中点電圧変位など）の検出に用いることができる様々な異なる方法であることは理解されるだろう。これらの保護の方法はすべて、障害によってもたらされた状態の変動を検出するために、回路が電源につながれている状態であることを必要とする。
【００８６】
図９を参照すると、グラフは、半日周潮について、潮流状態の例に対する海上の潮力タービン発電機に連結された海底電力ケーブルに適用された線間電圧を、２４時間にわたって示している。潮速度（すなわち潮力のレベル）が上げ潮のピーク（「Ａ」のマーク）と引き潮のピーク（「Ｂ」のマーク）との間で変化するので、海底電力ケーブルに印加された電圧が適宜変化されることは、グラフから理解できる。但し、一旦潮速度が約０．７ｍ／ｓ（すなわち特定のタービンの発電開始速度）を下回るように低下すれば、ケーブル線路電圧は、約１５００Ｖに保持される。一旦潮速度が発電開始速度を上回って回復すれば、線路電圧は再び適宜変化され、発電を再開することができる。
【００８７】
海底電力ケーブルに印加された特定の固定電圧が、用いられるタービン発電機の設計に依存するであろうことは、理解されるだろう。発電開始速度は、好ましくは、ピーク電圧の約３０％である。例えば、５００Ｖの機械にとって、発電開始速度に対応する電圧は、約１５０Ｖであり、その一方で、３３００Ｖの機械にとって、発電開始速度に対応する電圧レベルは、約９９０Ｖであろう。
【００８８】
一連のタービン発電機が単一の海底電力ケーブルを用いて制御される状況において、拡張された方法が適用されてもよいことも、また理解されるだろう。このようなケースにおいて、発電開始速度は、下回ると一連の発電機から取り出された電力が０Ｗに達する潮力のレベルに対応するだろう。
【００８９】
改善された制御方法の使用は、ケーブル寿命を高めて、かつ故障または破損されたケーブルを迅速に検出する手段を提供するために、海底電力ケーブル上の電圧を常に保持することにより、単一のタービン発電機または一連のタービン発電機を操作する、より確実な方法を可能にする。
【００９０】
本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されないが、本発明の範囲から逸脱することなく、修正または変更されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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