(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、
前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインと、
前記油圧ポンプの目標トルクおよび前記高圧油ラインの作動油の圧力に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定するポンプ要求値算出部と、
前記油圧ポンプの押しのけ容積を前記要求値Ｄｐに調節するポンプ制御部と、
パワー係数が最大となる前記回転シャフトの理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて前記油圧ポンプの前記目標トルクを決定する目標トルク算出部と、
前記目標トルクの前回値および前記回転シャフトの加減速トルクの和と、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクとの偏差に基づいて、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを補正する目標トルク補正部とを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項２】
前記回転シャフトの回転数を計測する回転数計と、
前記回転シャフトの回転数の計測値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項３】
前記回転数計は複数設けられており、
前記理想トルク算出部は、複数の前記回転数計による前記回転シャフトの回転数の計測値の平均値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクを求めることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項４】
前記回転シャフトの回転数を計測する回転数計と、
前記回転シャフトの回転数の計測値から見積もられる前記再生エネルギー源のエネルギー流の流速に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項５】
前記回転数計は複数設けられており、
前記エネルギー流の流速は、複数の前記回転数計による前記回転シャフトの回転数の計測値の平均値から見積もられることを特徴とする請求項４に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項６】
前記回転シャフトを駆動する前記再生エネルギー源のエネルギー流の流速を計測する流速計と、
前記エネルギー流の流速の計測値に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項７】
前記流速計は複数設けられており、
前記理想トルク算出部は、複数の前記流速計による前記エネルギー流の流速の計測値の平均値に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求めることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項８】
前記目標トルク補正部は、前記偏差にゲインＧを乗算して補正値Ｔfeedforwardを求め、該補正値Ｔfeedforwardを前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクから引算することで、前記目標トルクを補正することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項９】
前記目標トルク算出部は、前記回転シャフトの前記理想トルクにスケール係数Ｍ（ただし、Ｍは１未満の正の値）を乗算して、前記油圧ポンプの前記目標トルクを決定することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１０】
前記再生エネルギー型発電装置の周囲の雰囲気温度を計測する雰囲気温度センサをさらに備え、
前記雰囲気温度センサによる前記雰囲気温度の計測値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクが補正されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１１】
前記ポンプ要求値算出部は、前記油圧ポンプの目標トルクを前記高圧油ラインの作動油の圧力で除算して、前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを求めることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１２】
前記高圧油ラインの作動油の圧力が所定範囲に維持されるように前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するポンプ要求値補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１３】
前記高圧油ラインの作動油の温度を計測する油温センサをさらに備え、
前記高圧油ラインの作動油の温度の計測値に基づいて、前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するポンプ要求値補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１４】
前記再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１５】
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機と、前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインとを備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、
パワー係数が最大となる前記回転シャフトの理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて前記油圧ポンプの目標トルクを決定するステップと、
前記目標トルクの前回値および前記回転シャフトの加減速トルクの和と、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクとの偏差に基づいて、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを補正するステップと、
前記油圧ポンプの前記目標トルクおよび前記高圧油ラインの作動油の圧力に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定するステップと、
前記油圧ポンプの押しのけ容積を前記要求値Ｄｐに調節するステップとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを介して、再生エネルギー源から得られるロータの回転エネルギーを発電機に伝達する再生エネルギー型発電装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流エネルギーを利用した潮流発電装置等の再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。
【０００３】
このような装置には、従来からギヤ式（機械式）のトランスミッションが多く用いられてきた。ギヤ式トランスミッションは、再生エネルギー源のエネルギー流速が入力される風力発電装置や潮流発電装置のロータのようなエネルギー抽出機構の低速回転を増速し、発電機を駆動するための高速回転に変換する。例えば、一般的な風力発電装置では、ロータの回転数は数ｒｐｍ〜数十ｒｐｍ程度であるのに対し、発電機の定格回転数は通常１５００ｒｐｍ又は１８００ｒｐｍであるから、ロータと発電機との間に機械式（ギヤ式）の増速機が設けられている。すなわち、ロータの回転数は、増速機で発電機の定格回転数まで増速された後、発電機に入力される。
上記したようなギヤ式トランスミッションは、故障しやすかったり、メンテナンス及び交換、あるいは修理の費用が嵩んだりする傾向があるため、これを解消する設計および建設が課題となっていた。
【０００４】
さらなる課題として、あらゆる条件下において、エネルギー抽出機構により最も効率的にエネルギーを抽出可能な再生エネルギー型発電装置を設計することが挙げられる。
このような設計を実現する最も効果的な装置として、ピッチ角が固定された状態でブレードを保持し、先端速度比がほぼ一定となるように、動作範囲の大部分にわたる風速または流速に対して比例的にブレードの回転数を変化させるものがある。費用効率が高い規模の再生エネルギー型発電装置においては、ギヤ式トランスミッションはこの比が常に固定されており、そのため複雑化し故障しやすい電力変換装置により配電網へ電力供給しなければならない。
【０００５】
そこで、近年、機械式トランスミッションに替えて、可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した再生エネルギー型発電装置が注目を浴びている。このような発電装置では、大規模な機構においても可変容量型を実現することができる。油圧トランスミッションは、ギヤ式トランスミッションより軽量で且つロバストであり、またダイレクトドライブ式発電機の駆動機構より軽量である。その結果、発電に関わる全体コストを削減することができる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータと、油圧ポンプ及び油圧モータの間に設けられた作動油流路とからなる油圧トランスミッションを用いた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置の油圧トランスミッションでは、複数組のピストン及びシリンダと、シリンダ内でピストンを周期的に摺動させるカムと、ピストンの往復運動のタイミングに合わせて開閉される高圧弁及び低圧弁とで油圧ポンプが構成されている。そして、上死点近傍でピストンをラッチすることで、シリンダとピストンで囲まれる作動室（ワーキングチャンバ）を非作動状態として、油圧ポンプの押しのけ容積を変化させるようになっている。
【０００７】
また、特許文献２には、風力発電装置のロータ回転数制御装置が開示されている。この装置は、ロータにより駆動される回転シャフトと、回転シャフトによりアクティブ化される多段ポンプとを備える。多段ポンプには、段ごとに共通の作動油吸入ラインおよび排出ラインが設けられており、排出ラインに配置される第１の制御手段により各段のポンプの作動状態が決定される。そして、風力エネルギーを効果的に電力変換する範囲内に回転シャフトの回転数が維持されるように、アイドル状態のシリンダの比率を変化させて回転シャフトのトルクを調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００４０４７０号明細書
【特許文献２】米国登録特許第４，４９６，８４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したような特許文献１および２等に記載される再生エネルギー型発電装置においては、再生エネルギー源から効率的にエネルギーを抽出し、高い発電効率を維持することが求められる。ところが、このような発電装置で用いられる再生エネルギー源には、通常、風力や潮流等の自然エネルギーが用いられるため発電に利用可能なエネルギーの変動が大きく、これにより常時、最も効率的なエネルギー抽出を行なうことは困難であった。特に、再生エネルギーは短期間での時間的不安定性が高く、効率的なエネルギー抽出を行なうためには、エネルギー変動に対応して迅速に制御することが必要とされる。
【００１０】
ここで、特許文献２には、風力エネルギーを効果的に抽出可能な範囲内に回転シャフトの回転数が維持されるように回転シャフトのトルクを調節する構成が記載されているが、トルク調節に関する具体的手段は何ら開示されておらず、再生エネルギーの変動に応じて迅速に所望の回転シャフトのトルクを得るための運転制御技術は未だ確立されていない。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、再生エネルギーの変動に応じて迅速に所望の回転シャフトのトルクを得ることができる再生エネルギー型発電装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、
再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、
前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインと、
前記油圧ポンプの目標トルクおよび前記高圧油ラインの作動油の圧力に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定するポンプ要求値算出部と、
前記油圧ポンプの押しのけ容積を前記要求値Ｄｐに調節するポンプ制御部と、
パワー係数が最大となる前記回転シャフトの理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて前記油圧ポンプの前記目標トルクを決定する目標トルク算出部と、
前記目標トルクの前回値および前記回転シャフトの加減速トルクの和と、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクとの偏差に基づいて、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを補正する目標トルク補正部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記再生エネルギー型発電装置では、ポンプ要求値算出部によって油圧ポンプの目標トルクおよび高圧油ラインの作動油の圧力に基づいてポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定し、ポンプ制御部によって押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節するようにしたので、所望のトルク、すなわち再生エネルギー源から効率的にエネルギーを抽出可能な最適なトルクを得ることが可能となる。特に、油圧ポンプの目標トルクを再生エネルギーの変動に対応して変化させることで、再生エネルギーの変動に追従して迅速なトルク調節が可能となる。
なお、ポンプ制御部が油圧ポンプの押しのけ容積Ｄｐを決定する際に用いる「高圧油ラインにおける作動油の圧力」は、作動油の圧力の実測値であってもよいし、設定値（目標圧力）であってもよい。
【００１３】
上記再生エネルギー型発電装置において、パワー係数が最大となる前記回転シャフトの理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて前記油圧ポンプの前記目標トルクを決定する目標トルク算出部をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
このように、目標トルク算出部では、パワー係数が最大となる回転シャフトの理想トルクに基づいて目標トルクを決定しているため、再生エネルギー型発電装置の発電効率を高く維持することができる。
【００１５】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記回転シャフトの回転数を計測する回転数計と、前記回転シャフトの回転数の計測値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることが好ましい。
【００１６】
この再生エネルギー型発電装置では、回転数計による回転シャフトの回転数の計測値に基づいて理想トルクを求めるようにしたので、再生エネルギー型発電装置の発電効率を向上させることができる。また、回転シャフトの回転数は回転数計により高精度に計測可能であるから、この実測した回転シャフトの回転数に基づいて理想トルクを決定することにより、油圧ポンプの制御を適切に行うことができる。
【００１７】
さらにこの再生エネルギー型発電装置において、前記回転数計は複数設けられており、前記理想トルク算出部は、複数の前記回転数計による前記回転シャフトの回転数の計測値の平均値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクを求めてもよい。
【００１８】
このように、回転数計が複数設けられ、これらの回転数計による計測値の平均値に基づいて理想トルクを求めることにより、理想トルク算出の正確性が向上するとともに、回転数計自体または外的要因等によるノイズを除去することができる。
【００１９】
あるいは、上記再生エネルギー型発電装置において、前記回転シャフトの回転数を計測する回転数計と、前記回転シャフトの回転数の計測値から見積もられる前記再生エネルギー源のエネルギー流の流速に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることが好ましい。
【００２０】
このように、回転数計によって計測された回転シャフトの回転数の計測値から見積もられる再生エネルギー源のエネルギー流の流速に基づいて理想トルクを求めるようにしたので、再生エネルギー型発電装置の発電効率を向上させることができる。また、エネルギー流の流速は、回転数計による回転数の計測値から推定するようにしたため、高い精度でエネルギー流の流速を推定することができ、油圧ポンプの制御を適切に行うことができる。さらに、エネルギー流の流速を計測する流速計を設置しない構成とすることもでき、コスト削減が図れる。
【００２１】
さらにこの再生エネルギー型発電装置において、前記回転数計は複数設けられており、前記エネルギー流の流速は、複数の前記回転数計による前記回転シャフトの回転数の計測値の平均値から見積もられるようにしてもよい。
【００２２】
このように、回転数計が複数設けられ、これらの回転数計による計測値の平均値に基づいてエネルギー流の流速を推定し、このエネルギー流の流速から理想トルクを求めることにより、理想トルク算出の正確性が向上するとともに、回転数計自体または外的要因等によるノイズを除去することができる。
【００２３】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記回転シャフトを駆動する前記再生エネルギー源のエネルギー流の流速を計測する流速計と、前記エネルギー流の流速の計測値に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求める理想トルク算出部とをさらに備えることが好ましい。
【００２４】
このように、流速計によって計測された再生エネルギー源のエネルギー流の流速に基づいて理想トルクを求めるようにしたので、再生エネルギー型発電装置の発電効率を向上させることができる。また、エネルギー流の流速は、流速計で直接計測するようにしたため高精度で流速を取得可能であり、これにより油圧ポンプの制御を適切に行うことができる。
【００２５】
さらにこの再生エネルギー型発電装置において、前記流速計は複数設けられており、前記理想トルク算出部は、複数の前記流速計による前記エネルギー流の流速の計測値の平均値に基づいて前記回転シャフトの前記理想トルクを求めるようにしてもよい。
【００２６】
このように、流速計が複数設けられ、これらの流速計による計測値の平均値に基づいて理想トルクを求めることにより、理想トルク算出の正確性が向上するとともに、流速計自体または外的要因等によるノイズを除去することができる。
【００２７】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記目標トルクの現在値および前記回転シャフトの加速トルクの和により得られる、前記再生エネルギーのエネルギー流からの前記回転シャフトへの入力トルクの推定値から前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを引算して得られる偏差に基づいて、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを補正する目標トルク補正部をさらに備えることが好ましい。
【００２８】
このように、目標トルク補正部によって、再生エネルギーのエネルギー流からの回転シャフトへの入力トルクの推定値から目標トルク算出部で決定された目標トルクを引算して得られる偏差に基づいて、目標トルク算出部で決定された目標トルクを補正することで、回転シャフトの加減速時に、回転シャフトが所望の回転数となるまでの時間を短縮可能な目標トルクを導出することができる。したがって、再生エネルギーの変動に応じて油圧ポンプを迅速に制御することが可能となる。
【００２９】
さらにこの再生エネルギー型発電装置において、前記目標トルク補正部は、前記偏差にゲインＧを乗算して補正値Ｔfeedforwardを求め、該補正値Ｔfeedforwardを前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクから引算することで、前記目標トルクを補正することが好ましい。
【００３０】
ここでは、目標トルク補正部によって、偏差にゲインＧを乗算して補正値Ｔfeedforwardを求めるようにしており、このゲインＧを適切な値に設定することで、目標トルクをより適正な値に補正可能となる。すなわち、目標トルクの補正量をゲインＧによって調整することで、再生エネルギーの変動に対応した制御の追従性能を調整することができる。
【００３１】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記目標トルク算出部は、前記回転シャフトの前記理想トルクにスケール係数Ｍを乗算して、前記油圧ポンプの前記目標トルクを決定することが好ましい。
【００３２】
このように、目標トルク算出部によって、回転シャフトの理想トルクにスケール係数Ｍを乗算して、油圧ポンプの前記目標トルクを決定するようにしたので、スケール係数Ｍを適切に調節することによって、エネルギー流の流速変動に対する追従性を向上させることができる。
【００３３】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記再生エネルギー型発電装置の周囲の雰囲気温度を計測する雰囲気温度センサをさらに備え、前記雰囲気温度センサによる前記雰囲気温度の計測値に基づいて、前記回転シャフトの前記理想トルクが補正されることが好ましい。
【００３４】
一般に、再生エネルギー型発電装置では、再生エネルギー源の密度が温度によって変動する。したがって、再生エネルギー型発電装置の周囲の雰囲気温度を計測し、この計測値に基づいて理想トルクを補正することで、より一層精度を向上させることが可能となる。
【００３５】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記ポンプ要求値算出部は、前記油圧ポンプの目標トルクを前記高圧油ラインの作動油の圧力で除算して、前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを求めることが好ましい。
【００３６】
回転シャフトが油圧ポンプから受けるトルクは、ポンプの押しのけ容積と高圧油ラインの作動油の圧力との積で求められるため、目標トルクを得るための油圧ポンプの押しのけ容積は、目標トルクを高圧油ラインの作動油の圧力で除算することで容易に求めることができる。このように油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを求めることで、実際の回転シャフトのトルクを、より一層目標トルクに近づけることが可能となる。
【００３７】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記高圧油ラインの作動油の圧力が所定範囲に維持されるように前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するポンプ要求値補正部をさらに備えることが好ましい。
【００３８】
このように、ポンプ要求値補正部によって高圧油ラインの作動油の圧力が所定範囲に維持されるようにしたので、安定した運転を確保するように油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正することができる。
【００３９】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記高圧油ラインの作動油の温度を計測する油温センサをさらに備え、前記高圧油ラインの作動油の温度の計測値に基づいて、前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するポンプ要求値補正部をさらに備えることが好ましい。
【００４０】
このように、油温センサで計測された高圧油ラインの作動油の温度に基づいて、ポンプ要求値補正部によって油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するようにしたので、オイルの熱膨張を考慮して、適切に油圧ポンプを制御することが可能となる。
【００４１】
さらにまた、上記再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であることが好ましい。
風力発電装置は風力エネルギーの変動が大きいが、上記再生エネルギー型発電装置を採用することで、風力エネルギーの変動に応じて迅速に所望の回転シャフトのトルクを得ることができる。
【００４２】
本発明に係る再生エネルギー型発電装置の運転方法は、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機と、前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインとを備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、
パワー係数が最大となる前記回転シャフトの理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて前記油圧ポンプの目標トルクを決定するステップと、
前記目標トルクの前回値および前記回転シャフトの加減速トルクの和と、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクとの偏差に基づいて、前記目標トルク算出部で決定された前記目標トルクを補正するステップと、
前記油圧ポンプの前記目標トルクおよび前記高圧油ラインの作動油の圧力に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定するステップと、
前記油圧ポンプの押しのけ容積を前記要求値Ｄｐに調節するステップとを備えることを特徴とする。
【００４３】
この再生エネルギー型発電装置の運転方法においては、油圧ポンプの目標トルクおよび高圧油ラインの作動油の圧力に基づいてポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定し、押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節するようにしたので、所望のトルク、すなわち再生エネルギー源から効率的にエネルギーを抽出可能な最適なトルクを得ることが可能となる。特に、油圧ポンプの目標トルクを再生エネルギーの変動に対応して変化させることで、再生エネルギーの変動に追従して迅速なトルク調節が可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、油圧ポンプの目標トルクおよび高圧油ラインの作動油の圧力に基づいてポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定し、押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節するようにしたので、所望のトルク、すなわち再生エネルギー源から効率的にエネルギーを抽出可能な最適なトルクを得ることが可能となる。特に、油圧ポンプの目標トルクを再生エネルギーの変動に対応して変化させることで、再生エネルギーの変動に追従して迅速なトルク調節が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】風力発電装置の構成例を示す図である。
【図２】風力発電装置の油圧トランスミッション及び発電機の構成を示す図である。
【図３】制御ユニットの記憶部に記憶されたＣｐ最大曲線を示すグラフである。
【図４】制御ユニットの記憶部に記憶されたＣｐ最大曲線を示すグラフである。
【図５】制御ユニットによる油圧ポンプの制御を示すフローチャートである。
【図６】制御ユニットの信号伝達フローを示す図である。
【図７】油圧ポンプの具体的な構成を示す図である。
【図８】油圧モータの具体的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４７】
図１は、風力発電装置の構成例を示す図である。図２は、風力発電装置の油圧トランスミッション及び発電機の構成を示す図である。
【００４８】
図１に示すように、風力発電装置１は、主として、風を受けて回転するロータ２と、ロータ２の回転を増速する油圧トランスミッション１０と、電力を発生させる発電機２０と、ナセル２２と、ナセル２２を支持するタワー２４と、風力発電装置１の油圧トランスミッション１０を制御する制御ユニット４０（図２参照）と、圧力計３１及び回転数計３２を含む各種計測器とを備える。
【００４９】
ロータ２は、ブレード４が取り付けられたハブ６に回転シャフト８が連結された構成を有する。すなわち、３枚のブレード４がハブ６を中心として放射状に延びており、それぞれのブレード４が、回転シャフト８と連結されたハブ６に取り付けられている。これにより、ブレード４が受けた風の力によってロータ２全体が回転し、回転シャフト８を介して油圧トランスミッション１０に回転が入力される。
【００５０】
油圧トランスミッション１０は、図２に示すように、回転シャフト８に従動して駆動する容量可変型の油圧ポンプ１２と、発電機２０に接続された容量可変型の油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４との間に設けられた高圧油ライン１６及び低圧油ライン１８を有する。
【００５１】
油圧ポンプ１２の吐出側は、高圧油ライン１６によって油圧モータ１４の吸込側に接続されており、油圧ポンプ１２の吸込側は、低圧油ライン１８によって油圧モータ１４の吐出側に接続されている。油圧ポンプ１２から吐出された作動油（高圧油）は、高圧油ライン１６を介して油圧モータ１４に流入し、油圧モータ１４を駆動する。油圧モータ１４で仕事を行った作動油（低圧油）は、低圧油ライン１８を介して油圧ポンプ１２に流入して、油圧ポンプ１２で昇圧された後、再び高圧油ライン１６を介して油圧モータ１４に流入する。
【００５２】
なお、図２には、油圧モータ１４を１個だけ含む油圧トランスミッション１０を示したが、複数の油圧モータ１４を設けて、それぞれの油圧モータ１４を油圧ポンプ１２に接続してもよい。
【００５３】
ここで、一例として、油圧ポンプと油圧モータの具体的な構成例を説明する。図７は油圧ポンプの具体的な構成を示す図で、図８は油圧モータの具体的な構成を示す図である。
【００５４】
油圧ポンプ１２は、図７に示すように、シリンダ８０及びピストン８２により形成される複数の油圧室８３と、ピストン８２に係合するカム曲面を有するカム８４と、各油圧室８３に対して設けられる高圧弁８６および低圧弁８８とにより構成される。
高圧弁８６は、各油圧室８３と高圧油ライン１６との間の高圧連通路８７に設けられ、低圧弁８８は、各油圧室８３と低圧油ライン１８との間の低圧連通路８９に設けられている。
この油圧ポンプ１２では、回転シャフト８とともにカム８４が回転すると、カム曲線に合わせてピストン８２が周期的に上下動し、ピストン８２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン８２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。
【００５５】
油圧モータ１４は、図８に示すように、シリンダ９０及びピストン９２により形成される複数の油圧室９３と、ピストン９２に係合するカム曲面を有するカム９４と、各油圧室９３に対して設けられた高圧弁９６および低圧弁９８とにより構成される。
高圧弁９６は、各油圧室９３と高圧油ライン１６との間の高圧連通路９７に設けられ、低圧弁９８は、各油圧室９３と低圧油ライン１８との間の低圧連通路９９に設けられている。
この油圧モータ１４では、油圧ポンプ１２がつくった高圧油ライン１６と低圧油ライン１８との差圧によって、ピストン９２が周期的に上下動し、ピストン９２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン９２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。
なお、油圧ポンプ及び油圧モータは、上記したようなピストン式に限定されるものではなく、他にもベーン式等のように、可変容量型の油圧機構であればいずれの形式であってもよい。また、ピストン式としては、アキシアルピストンポンプ・モータ、ラジアルピストンポンプ・モータ、レシプロピストンポンプ・モータ等を用いることができる。
【００５６】
図２に戻り、各種計測器として、回転シャフト８の回転数を計測する回転数計３２と、高圧油ライン１６内の圧力を計測する圧力計３１が設けられている。さらにまた、各種計測器類として、ナセル２２の外部に取り付けられ、風速を計測する風速計３３、風力発電装置１の周囲の雰囲気温度を計測する温度センサ３４と、高圧油ライン１６の作動油の温度を計測する油温センサ３５とのうち少なくともいずれかが設けられていてもよい。これらの計測結果は、制御ユニット４０に送られて、油圧ポンプ１２の制御に用いられる。なお、図には各種計測器が１つずつ設けられた場合を示しているが、同一の計測器が複数設けられていてもよい。
【００５７】
また、高圧油ライン１６及び低圧油ライン１８には脈動防止用アキュムレータ６４が設けられている。これにより、高圧油ライン１６及び低圧油ライン１８の圧力変動（脈動）が抑制される。なお、低圧油ライン１８には、作動油中の不純物を除去するオイルフィルタ６６と、作動油を冷却するオイルクーラ６８が設けられている。
【００５８】
高圧油ライン１６と低圧油ライン１８との間には、油圧モータ１４をバイパスするバイパス流路６０が設けられている。そして、バイパス流路６０には、高圧油ライン１６の作動油の圧力を設定圧力以下に保持するリリーフ弁６２が設けられている。これにより、高圧油ライン１６内の圧力がリリーフ弁６２の設定圧力まで上昇すれば、リリーフ弁６２が自動的に開いて、バイパス流路６０を介して低圧油ライン１８に高圧油を逃すことができる。
【００５９】
また、油圧トランスミッション１０には、オイルタンク７０、補充ライン７２、ブーストポンプ７４、オイルフィルタ７６、返送ライン７８、低圧リリーフ弁７９が設けられている。
油圧モータ１４からの戻り流れの全部又は一部がこれらのユニットの一つ以上を通過するようにしてもよい。
【００６０】
オイルタンク７０は、補充用の作動油が貯留されている。補充ライン７２は、オイルタンク７０を低圧油ライン１８に接続している。ブーストポンプ７４は、補充ライン７２に設けられ、オイルタンク７０から低圧油ライン１８に作動油を補充するようになっている。このとき、低圧油ライン１８に供給される作動油は、補充ライン７２に設けられたオイルフィルタ７６によって不純物が除去される。
これにより、作動油の漏洩が油圧トランスミッション１０の内部で生じても、ブーストポンプ７４によってオイルタンク７０から低圧油ライン１８に作動油が補充されるので、油圧トランスミッション１０内を循環する作動油の量を維持できる。
【００６１】
返送ライン７８は、オイルタンク７０と低圧油ライン１８との間に配置されている。低圧リリーフ弁７９は、返送ライン７８に設けられており、低圧油ライン１８内の圧力を設定圧力と同じ又はそれ以下に保持するようになっている。
これにより、ブーストポンプ７４によって作動油が低圧油ライン１８に供給されても、低圧油ライン１８内の圧力が低圧リリーフ弁７９の設定圧力に達すれば、低圧リリーフ弁７９が自動的に開いて、返送ライン７８を介してオイルタンク７０に作動油を逃すことができる。よって、油圧トランスミッション１０内を循環する作動油の量を適切に維持できる。
【００６２】
発電機２０は、電力系統５０に連系されており、発電した電力を電力系統５０に供給するようになっている。発電機２０は、図２に示すように、油圧モータ１４の出力軸１５に接続された回転子２０Ａと、電力系統５０に接続された固定子２０Ｂとで構成された電磁石同期発電機を用いる。発電機２０の回転子２０Ａには励磁機５２が接続されており、固定子２０Ａに流れる界磁電流を変化させて、発電機２０の固定子２０Ｂに発生する電力の力率を調節できるようになっている。これにより、所望の力率に調整された良質の電力が電力系統５０に供給される。
【００６３】
図１に示すナセル２２は、ロータ２のハブ６を回転自在に支持するとともに、その内部に油圧トランスミッション１０や発電機２０等の各種機器を収納している。なお、ナセル２２をタワー２４に回転自在に支持し、ヨーモータ（不図示）を用いて、風向きに応じてナセル２２を旋回させるようにしてもよい。
【００６４】
タワー２４は、基礎２６から上方に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。タワー２４が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル２２が設置される。
【００６５】
ここで、図２に示す制御ユニット４０の構成について説明する。なお、制御ユニット４０は、ナセル２２の内部又は外部の異なる場所に存在し、制御ユニット４０が分散型の制御システムを構築していてもよい。制御ユニット４０及びこれを構成する各制御部４１〜４７の一つ以上の機能が一つの演算処理装置に組み込まれていてもよい。
制御ユニット４０は、理想トルク算出部４１と、目標トルク算出部４２と、目標トルク補正部４３と、ポンプ要求値算出部４４と、ポンプ要求値補正部４５と、ポンプ制御部４６と、記憶部４７とを有する。
【００６６】
目標トルク算出部４２は、パワー係数Ｃｐが最大となる回転シャフト８の理想トルクを求め、該理想トルクに基づいて油圧ポンプ１２の目標トルクを決定する。これに加えて、目標トルク算出部４２は、回転シャフト８の理想トルクにスケール係数Ｍを乗算して、油圧ポンプ１２の目標トルクを決定することが好ましい。
【００６７】
理想トルク算出部４１は、回転シャフト８の回転数の計測値に基づいて、回転シャフトの理想トルクを求める。理想トルクとは、風力エネルギーから回転シャフト８の回転エネルギーへ効率的にエネルギー変換可能な、すなわち、風力エネルギーの抽出効率が高いトルクをいう。
具体的に、理想トルク算出部４１としては以下のような構成が挙げられる。
一例として、理想トルク算出部４１は、回転数計３２による回転シャフト８の回転数の計測値に基づいて、パワー係数Ｃｐが最大となる理想トルクを求める。また、複数の回転数計３２による回転シャフトの回転数の計測値の平均値に基づいて、回転シャフト８の理想トルクを求めるようにしてもよい。
【００６８】
他の例として、理想トルク算出部４１は、回転数計３２による回転シャフト８の回転数の計測値から見積もられる風速に基づいて回転シャフト８の理想トルクを求める。また、複数の回転数計３２による回転シャフトの回転数の計測値の平均値から見積もられる風速に基づいて回転シャフト８の理想トルクを求めるようにしてもよい。このとき、風速計３３により直接風速を求めるようにしてもよい。また、風速計３３が複数設けられている場合には、風速の平均値を用いるようにしてもよい。
【００６９】
また、理想トルク算出部４１は、雰囲気温度センサ３４で計測される風力発電装置１の周囲の雰囲気温度に基づいて、理想トルクを補正するようにしてもよい。回転シャフト８のトルクに影響を与える因子の一つとして、風力発電装置１の周囲の雰囲気温度がある。これは、厳密には、風力エネルギーは風の通過流量（質量流量）と風速とから決定されるので、周囲の雰囲気温度が変化することにより空気密度が変化し、これにともない空気質量が変化するためである。したがって、風力発電装置１の周囲の雰囲気温度に基づいて理想トルクを補正することにより、理想トルクの精度を向上させることができる。
【００７０】
目標トルク補正部４３は、目標トルク算出部４２で決定される目標トルクを補正する。具体的には、目標トルクの現在値および回転シャフト８の加速トルクの和により得られる空気力学的トルクの推定値から目標トルク算出部４２で決定された目標トルクを引算して得られる偏差に基づいて、目標トルク算出部４２で決定される目標トルクを補正する。なお、空気力学的トルクとは、風力エネルギーのエネルギー流からの回転シャフト８への入力トルクのことである。
【００７１】
また、目標トルク補正部４３は、雰囲気温度センサ３４で計測される風力発電装置１の周囲の雰囲気温度に基づいて、空気力学的トルクを算出するようにしてもよい。回転シャフト８のトルクに影響を与える因子の一つとして、回転シャフト８の加速トルクのほかに、風力発電装置１の周囲の雰囲気温度がある。これは、上記したように、周囲の雰囲気温度が変化することにより空気密度が変化し、これにともない空気質量が変化するので、回転シャフト８のトルクに影響を与えるものである。
【００７２】
さらに、目標トルク補正部４３は上記構成に加えて、空気力学的トルクおよび目標トルクの偏差にゲインＧを乗算して補正値Ｔfeedforwardを求め、該補正値Ｔfeedforwardを目標トルク算出部４４で決定された目標トルクから引算することで、目標トルクを補正するようにしてもよい。
【００７３】
ポンプ要求値算出部４４は、油圧ポンプ１２の目標トルクを高圧油ライン１６の作動油の圧力で除算して、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを求める。
【００７４】
ポンプ要求値補正部４５は、高圧油ライン１６の作動油の圧力が所定範囲に維持されるように油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正する。
また、ポンプ要求値補正部４５は、油温センサ３５で計測される高圧油ライン１６の作動油の温度の計測値に基づいて、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するようにしてもよい。
【００７５】
ポンプ制御部３６は、油圧ポンプ１２を制御するもので、ここでは特に、油圧ポンプの押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節する。
また、上記した各制御部のほかに、モータ制御部（不図示）を有していてもよい。モータ制御部は、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｄｐから求めた油圧ポンプ１２の吐出量Ｑｐに基づいて発電機２０の回転数が一定になるように油圧モータ１４の押しのけ容積の要求値Ｄｍを決定する。
油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の制御については後述する。
【００７６】
記憶部４７は、油圧ポンプ１２の制御に用いるデータが保存されている。具体的には、風力発電装置１の制御に用いるＣｐ最大曲線および目標圧力設定曲線等が記憶されている。
図３及び４は、記憶部３７に記憶されたＣｐ最大曲線を示すグラフである。Ｃｐ最大曲線は、パワー係数Ｃｐが最大になる点を結んだ曲線である。風速Ｖを横軸にとり、回転シャフト８の回転数Ｗｒを縦軸にとった座標系においてＣｐ最大曲線１００を表したのが図３であり、回転シャフト８の回転数Ｗｒを横軸にとり、油圧ポンプ１２の目標トルクを縦軸にとった座標系においてＣｐ最大曲線１０２を表したのが図４である。
【００７７】
上記した制御ユニット４０の動作に関するアルゴリズムについて、図５のフローチャートを用いて説明する。
最初に、回転数計３２によって、回転シャフト８の回転数Ｗｒが計測される（ステップＳ１）。
理想トルク算出部４１は、回転数計３２で計測された回転数Ｗｒからパワー係数Ｃｐが最大となる理想トルクＴｉを決定する（ステップＳ２）。具体的には、パワー係数Ｃｐが最大の運転状態が維持されていることを前提として、記憶部４７からＣｐ最大曲線１００（図３参照）を読み出して、Ｃｐ最大曲線１００に基づいて、計測された回転数Ｗｒに対応する風速Ｖを求める。そして、理想トルク算出部４１は、記憶部４７からＣｐ最大曲線１０２（図４参照）を読み出して、上記で推定された風速Ｖに対応する油圧ポンプ１２の理想トルクＴｉを求める。なお、図４には、推定された風速ＶがＶ２である場合に油圧ポンプ１２の理想トルクＴｉを決定する例を示した。
【００７８】
さらに、目標トルク算出部４２は、理想トルク算出部４１で決定した理想トルクＴｉにスケール係数Ｍを乗算して、調整理想トルクＭＴｉを算出する（ステップＳ３）。スケール係数Ｍは、０．９〜１．０の範囲内であることが好ましく、その値は、風力発電装置１の稼働中、風の状況やブレード４の空気力学的変化に応じて変更してもよい。スケール係数Ｍ＜１の場合、回転シャフト８に与えられるトルクは、通常の理想トルクの場合よりわずかに小さい値となり、その分、回転シャフト８の回転数を通常の理想トルクの場合に比べて少し上昇させることができる。したがって、風速の急速な変化に応じて回転シャフト８の回転数を迅速に追従させることが可能となる。なお、ここでいう突風時とは、風力発電装置１の許容風速範囲の上限値以下であることを前提条件としている。許容風速範囲は、ロータ２が過回転とならず通常運転可能な風速の範囲であり、一般に定格風速範囲の上限値より高く設定されている。
【００７９】
ここで、上記した構成を採用することで、凪時には、理想トルクが最適なトルク（Ｍ＝１の場合）からわずかに外れることとなる。しかし、突風時に風力エネルギーから変換される回転エネルギーは凪時よりも大幅に大きいので、風力発電装置全体としてより多くのエネルギーを得ることができる。そのため、上記した構成を採用することによる効果は大きい。
【００８０】
一方、目標トルク補正部４３は、回転シャフト８の回転数Ｗｒの変化量から回転シャフト８の角加速度ａｒを決定する（ステップＳ４）。
さらに、目標トルク補正部４３は、空気力学的トルクＴaeroを算出する（ステップＳ５）。空気力学的トルクＴaeroは、現時点で風により回転シャフト８に加わる実際のトルクである。すなわち、空気力学的トルクＴaeroは、前回の目標トルクＴｄ(prev)によって油圧ポンプ１２から回転シャフト８に加えられたトルクと、ロータ２（回転シャフト８を含む）及び油圧ポンプ１２の慣性モーメントＪrotor+ponpと回転シャフト８の角加速度ａｒの積からなる加減速トルクとの和から得られる。なお、前回の目標トルクＴｄは、選択された油圧ポンプ１２の総押しのけ容積と、高圧油ラインの作動油の圧力計測値とから求めるようにしてもよい。
【００８１】
そして、目標トルク補正部４３は、ステップＳ５で算出した空気力学的トルクＴaeroと、ステップＳ３で算出した調整理想トルクＭＴｉとの偏差から過剰トルクＴexcessを算出する（ステップＳ６）。この過剰トルクＴexcessは、回転シャフト８を加速（正の場合）または減速（負の場合）する可能性があるトルクである。
さらに、目標トルク補正部４３は、過剰トルクＴexcessにゲインＧを乗算してトルク補正値Ｔfeedforwardを算出する（ステップＳ７）。ここで、トルク補正値Ｔfeedforwardの算出には、より複雑なフィードフォワード関数を使用してもよい。例えば、リードまたはラグコントローラにより風速追従性を改善させることもできる。
【００８２】
次いで、目標トルク算出部４２は、調整理想トルクＭＴｉとトルク補正値Ｔfeedforwardとを乗算して目標トルクＴｄを算出する（ステップＳ８）。そして、ポンプ要求値算出部４４は、目標トルクＴｄと高圧油ラインの作動油の圧力Ｐｓ（高圧油圧力）とから、次の式（１）により油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定する（ステップＳ９）。
（数１）
押しのけ容積の要求値Ｄｐ＝目標トルクＴｄ／高圧油圧力ＰＳ              （１）
【００８３】
そして、ポンプ制御部４６により、油圧ポンプ１２の押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節する（ステップＳ１０）。
ここで、図７に示す油圧ポンプ１２を用いて、ポンプ制御部４６における制御について説明する。
【００８４】
ポンプ制御部３２は、所望の油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐが得られるように、ピストン８２が下死点から上死点を経て再び下死点に戻るサイクルの間、高圧弁８６を閉じて低圧弁８８を開いたままの状態を維持する非作動室の数を変化させる。すなわち、ポンプ制御部３２は、所望の押しのけ容積の要求値Ｄｐから非作動室の数を決定し、これに基づいて油圧ポンプ１２を制御する。
また、ポンプ制御部３２における制御において、他の例として、ピストンサイクル中に高圧弁（８６，９６）が開く時間を変化させて油圧ポンプ１２又は油圧モータ１４の押しのけ容積を調節するようにしてもよい。
【００８５】
次に、図６を参照して、制御ユニット４０の信号伝達フローを説明する。なお、図６は、上記図５に示したアルゴリズムのフローチャートに対応している。
まず最初に、回転数計３２によって計測される回転シャフト８の回転数Ｗｒから理想トルクＴｉを決定する。このとき、理想トルクＴｉは、図４に示した目標トルク（ここでは理想トルクＴｉ）と回転数Ｗｒとの関数１０２を用いて、パワー係数Ｃｐが最大となる理想トルクＴｉを決定する。
【００８６】
さらに、理想トルクＴｉにスケール係数Ｍを乗算して、調整理想トルクＭＴｉを算出する。スケール係数Ｍは０〜１の範囲内であればいずれの値であってもよく、好ましくは０．９〜１の範囲内の値である。スケール係数Ｍを乗算することで、調整理想トルクＭＴｉは理想トルクＴｉよりわずかに低くなり、その分回転数が少し上がる。したがって、突風時には回転シャフト８がより急速に加速することとなる。その結果、スケール係数Ｍを乗算しない場合に比べて、より大きな出力を得ることができる。
一方、スケール係数Ｍを用いることで、回転シャフト８はより緩慢に減速する。したがって、凪時においては最適な回転数から少し外れて運転することとなる。しかし、突風に対して追従させることにより得られる追加出力は、凪時の準最適運転による出力損失より大きい。
【００８７】
目標トルクＴｄは、調整理想トルクＭＴｉとトルクフィードバックコントローラ２０１の出力値との差で求められる。なお、トルクフィードバックコントローラ２０１は、目標トルク補正部４３に含まれるものである。このトルクフィードバックコントローラ２０１は、目標トルクの現在値と加速トルクとから空気力学的トルクの推定値Ｔaeroを算出する。加速トルクは、回転シャフト８の角加速度と、ロータ２の回転慣性モーメントＪとを乗算することにより求められる。トルクフィードバックコントローラ２０１の出力値は、空気力学的トルクの推定値と調整理想トルクとの偏差Ｔexcessである。この偏差にゲインＧを乗算し、補正トルクＴfeedbackを算出する。ゲインＧは０から１の範囲内のいずれの値であってもよい。ゲインＧが０の場合、トルクフィードバックコントローラ２０１は無効となる。
【００８８】
トルクフィードバックコントローラ２０１は、調整理想トルクＭＴｉから補正トルクを引算することによりエネルギー抽出の加速及び減速に対応する。具体的には、加速時には目標トルクをわずかに低減し、減速時には調整理想トルクに補正トルクを加算し、目標トルクをわずかに増加する。これにより、調整理想トルクの制御のみの場合に比べて、回転シャフト８をより迅速に加速及び減速させることができる。よって、風から回収できるエネルギーの総量が増加することとなる。
【００８９】
次いで、目標トルクＴｄを高圧油ライン１６の作動油の圧力で除算し、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを算出する。この要求値Ｄｐは、圧力リミッタ２０２で補正してもよい。圧力リミッタ２０２は、出力値がコントローラの要求値ＤｐであるＰＩＤ式コントローラでもよい。なお、圧力リミッタ２０２は、ポンプ要求値補正部４５に含まれるものである。また、圧力リミッタ２０２は、油圧ポンプ１２の圧力を許容範囲内に維持する。つまり、ポンプ要求（ポンプ側で要求される）量子流体移動速度を修正し、風力安全運転可能な最大レベル未満に維持する。リリーフ弁６２を介してエネルギーを消散することが望まれるような運転モードでは、圧力リミッタは無効としてもよい。たとえば、極度の突風時には風力発電装置が定格速度以上で動作するのを防止するなど、用途によって異ならせても良い。また、ポンプ要求値補正部４５では、油温センサ３５で計測された高圧油ライン１６の作動油の温度に基づいて、ポンプ要求値補正部４５によって油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するようにしてもよい。
【００９０】
なお、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを算出する際に、アジャスタ２０３によって、電力要求指令に基づいて目標トルクＴｄを補正してもよい。電力要求指令は、例えば、風力発電装置１が属する発電ファームのファーム制御装置から入力される。このように、電力要求指令に基づいて目標トルクＴｄを補正することにより、必要に応じた適切な発電出力を得ることが可能となる。
【００９１】
以上説明したように、上述の実施形態では、ポンプ要求値算出部４４によって油圧ポンプ１２の目標トルクＴｄおよび高圧油ライン１６の作動油の圧力Ｐｓに基づいてポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを決定し、ポンプ制御部４６によって押しのけ容積を要求値Ｄｐに調節するようにしたので、所望のトルク、すなわち風力エネルギーから効率的にエネルギーを抽出可能な最適なトルクを得ることが可能となる。特に、油圧ポンプ１２の目標トルクＴｄを風力エネルギーの変動に対応して変化させることで、風力エネルギーの変動に追従して迅速なトルク調節が可能となる。
また、目標トルク算出部４２では、パワー係数Ｃｐが最大となる回転シャフト８の理想トルクＴｉに基づいて目標トルクを決定するようにしたので、風力発電装置１の発電効率を高く維持することができる。
【００９２】
また、理想トルク算出部４１では、回転数計３２による回転シャフト８の回転数の計測値に基づいて理想トルクを求めるようにしたので、風力発電装置１の発電効率を向上させることができる。また、回転シャフト８の回転数は回転数計３２により高精度に計測可能であるから、この実測した回転シャフト８の回転数に基づいて理想トルクを決定することにより、油圧ポンプ１２の制御を適切に行うことができる。
特に上述の実施形態では、回転数の計測値に基づいて風速を推定し、風速に基づいて理想トルクを求めるようにしたので、高い精度で風速を推定することができ、油圧ポンプ１２の制御を適切に行うことができる。また、風速を測定する風速計３３を設置しない構成とすることもでき、コスト削減が図れる。
なお、複数の回転数計３２による回転シャフト８の回転数の計測値の平均値に基づいて、回転シャフト８の理想トルクＴｉ、あるいは風速を求めてもよく、この場合、理想トルク算出の正確性が向上するとともに、回転数計自体または外的要因等によるノイズを除去することができる。
【００９３】
さらにまた、回転数計３２を用いた理想トルクの算出に替えて、風速計３３によって計測された風速に基づいて理想トルクを求めるようにしてもよく、これにより上記と同様に、風力発電装置１の発電効率を向上させることができる。また、風速計３３で風速を直接計測するようにしたため、高精度で風速を取得可能であり、これにより油圧ポンプ１２の制御を適切に行うことができる。
なお、複数の風速計３３による風速の平均値に基づいて、回転シャフト８の理想トルクＴｉを求めてもよく、この場合、理想トルク算出の正確性が向上するとともに、風速計自体または外的要因等によるノイズを除去することができる。
【００９４】
目標トルク補正部４３によって、風力エネルギーのエネルギー流からの回転シャフト８への入力トルクの推定値から目標トルク算出部で決定された目標トルクを引算して得られる偏差に基づいて、目標トルク算出部で決定された目標トルクを補正することで、回転シャフト８の加減速時に、回転シャフトが所望の回転数となるまでの時間を短縮可能な目標トルクを導出することができる。したがって、風力エネルギーの変動に応じて油圧ポンプ１２を迅速に制御することが可能となる。
【００９５】
また、ポンプ要求値算出部４４によって、油圧ポンプ１２の目標トルクを高圧油ライン１６の作動油の圧力で除算して、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを求めるようにしたので、実際の回転シャフトのトルクを、より一層目標トルクに近づけることが可能となる。
【００９６】
さらに、ポンプ要求値補正部４５によって高圧油ライン１６の作動油の圧力が所定範囲に維持されるようにしたので、安定した運転を確保するように油圧ポンプの押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正することができる。
さらにまた、油温センサ３５で計測された高圧油ライン１６の作動油の温度に基づいて、ポンプ要求値補正部４５によって油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄｐを補正するようにしたので、オイルの熱膨張を考慮して、適切に油圧ポンプ１２を制御することが可能となる。
【００９７】
以上、本実施形態の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００９８】
例えば、上述の実施形態では、本発明を風力発電装置に適用した例について説明したが、本発明は潮流発電装置に適用してもよい。ここでいう「潮流発電装置」は、海、川または湖等に設置され、潮流のエネルギーを利用して発電を行う装置であり、ロータ２が風ではなく潮流を受けて回転する点を除けば上述の風力発電装置１と基本的な構成は共通する。風力発電装置１と共通する構成要素について同一の符号を用いて説明すれば、潮流発電装置は、潮流を受けて回転するロータ２と、ロータ２の回転を増速する油圧トランスミッション１０と、電力を発生させる発電機２０と、潮流発電装置の各部を制御する制御ユニット４０とを備える。
ここで、潮流発電装置の制御ユニット４０は、上述のとおり、パワー係数が最大となる油圧ポンプ１２の目標トルクを求め、該目標トルク及び高圧油ライン１６における作動油の圧力から油圧ポンプの押しのけ容積Ｄｐを決定し、油圧ポンプ１２の制御を行うようにしたので、所望のトルクを得ることが可能となり、発電効率を向上させることができる。
なお、潮流発電装置の場合、風速計３３に替えて潮流の速度を計測する速度計で計測した潮流の速度から、Ｃｐ最大曲線１０２（図４参照）を用いて、油圧ポンプ１２の目標トルクを求めてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１            風力発電装置
２            ロータ
４            ブレード
６            ハブ
８            回転シャフト
１０          油圧トランスミッション
１２          油圧ポンプ
１４          油圧モータ
１６          高圧油ライン
１８          低圧油ライン
２０          発電機
２２          ナセル
２４          タワー
２６          基礎
３１          圧力計
３２          回転数計
３３          風速計
３４          雰囲気温度センサ
３５          油温センサ
４０          制御ユニット
４１          理想トルク算出部
４２          目標トルク算出部
４３          目標トルク補正部
４４          ポンプ要求値算出部
４５          ポンプ要求値補正部
４６          ポンプ制御部４６
４７          記憶部
５０          電力系統
５２          励磁機
６０          バイパス流路
６２          リリーフ弁
６４          脈動防止用アキュムレータ
６６          オイルフィルタ
６８          オイルクーラ
７０          オイルタンク
７２          補充ライン
７４          ブーストポンプ
７６          オイルフィルタ
７８          返送ライン
７９          低圧リリーフ弁
１００        Ｃｐ最大曲線
１０２        Ｃｐ最大曲線
【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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