(57)【要約】本発明は、回転シャフト８と、回転シャフト８によって駆動される油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２で昇圧された作動油によって駆動される油圧モータ１４と、発電機２０と、ピッチ駆動機構５とを備える再生エネルギー型発電装置１に適用される。停止制御部４０によって、異常事象の発生時に、再生エネルギー型発電装置１の運転状態を示す状態値と、通常運転時の状態値である正常値との乖離を算出し、この乖離が第１閾値以上の場合、油圧ポンプ１２のアイドル状態への移行、油圧モータ１４のアイドル状態への移行およびピッチ駆動機構５によるピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行い、前記乖離が第１閾値よりも正常値に近い第２閾値以上第１閾値未満の場合、油圧ポンプ１２のアイドル状態への移行、油圧モータ１４のアイドル状態への移行およびピッチ駆動機構５によるピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行う。
2013080321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生エネルギーを利用して発電を行う再生エネルギー型発電装置であって、
前記再生エネルギーによって回転翼とともに回転する回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動されて作動油を昇圧する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで昇圧された前記作動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、
前記回転翼のピッチ角を調節するピッチ駆動機構と、
前記再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得する監視部と、
異常事象の発生時に、前記再生エネルギー型発電装置を停止させる停止制御部とを備え、
前記停止制御部は、通常運転時の前記状態値である正常値に対する前記監視部で取得された前記状態値の乖離が第１閾値以上の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行うとともに、前記乖離が前記第１閾値よりも前記正常値に近い第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行うことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項２】
前記状態値は、前記油圧ポンプの回転数、前記油圧モータの回転数および前記発電機の出力の少なくとも一つ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３】
前記停止制御部は、前記乖離が前記第１閾値以上の場合、前記乖離が前記第２閾値以上前記第１閾値未満の場合に比べて高速で前記ピッチ角をフェザー側に変更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４】
前記油圧ポンプは、シリンダおよびピストンで囲まれて前記作動油で満たされる複数の作動室と、各作動室の前記ピストンを上死点と下死点との間で互いに位相差を持たせて上下動させるカムとを含み、
前記停止制御部は、前記乖離が前記第１閾値以上の場合、全作動室を同時に非作動状態に切り替えて前記油圧ポンプを即時停止させるとともに、前記乖離が前記第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、各作動室の前記ピストンが前記上死点または前記下死点に位置するタイミングで前記作動室を非作動状態に順次切り替えて前記油圧ポンプを停止させ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】
前記停止制御部は、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの一方で前記異常事象が発生した場合、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方をアイドル状態に移行させ、これらの移行後も前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの他方を少なくとも所定時間だけ稼働状態に維持させ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６】
前記状態値が前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの一方の回転数であり、該状態値が前記第２閾値未満であっても、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方で前記異常事象が発生した場合、前記ピッチ駆動機構により前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方をアイドル状態に移行させ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】
前記状態値が前記油圧モータの回転数であり、該状態値が前記第２閾値未満であっても、前記発電機を連系した電力系統が停電した場合、前記停止制御部は、前記油圧モータをアイドル状態に移行させるとともに前記発電機を前記電力系統から解列させ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８】
前記電力系統が停電した場合、前記停止制御部は、前記油圧モータをアイドル状態に移行させるとともに前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させ、これらの移行後も前記油圧ポンプを稼働状態に維持させることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項９】
前記油圧ポンプの吐出口および前記油圧モータの吸入口を接続する高圧油ラインをさらに備え、
前記停止制御部は、前記高圧油ラインの圧力が設定下限値より低い状態で所定時間継続した場合、前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータをアイドル状態に移行させ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】
前記状態値が前記油圧モータの回転数であり、
前記第１閾値は、定格負荷運転中の前記発電機が電力系統から解列した時に異常が発生した場合に予想される前記発電機の最大回転数に対応する前記油圧モータの回転数よりも低い値に設定されてい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】
前記油圧ポンプの吐出口および前記油圧モータの吸入口を接続する高圧油ラインと、
前記油圧ポンプの吸入口および前記油圧モータの吐出口を接続する低圧油ラインと、
前記高圧油ラインに接続される高圧アキュムレータと、
前記低圧油ラインに接続される低圧アキュムレータと、
前記高圧アキュムレータから前記低圧アキュムレータに連通するバイパスラインとをさらに備え、
前記停止制御部は、前記高圧アキュムレータの圧力が設定値より高くなった場合、前記バイパスラインを介して、前記高圧アキュムレータから前記低圧アキュムレータへ前記作動油を放出させ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】
前記回転シャフトおよび前記油圧モータと前記発電機とを連結する出力軸の少なくとも一方の軸受に潤滑油を供給するヘッドタンクをさらに備え、
前記停止制御部は、前記ヘッドタンクの潤滑油圧力および潤滑油量の一方が設定値より低下した場合、前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータをアイドル状態に移行させ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】
前記再生エネルギー型発電装置は、前記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１４】
再生エネルギーによって回転翼とともに回転する回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動されて作動油を昇圧する油圧ポンプと、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動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、前記回転翼のピッチ角を調節するピッチ駆動機構とを備えた再生エネルギー型発電装置の制御方法であって、
前記再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得する取得ステップと、
異常事象の発生時に、前記再生エネルギー型発電装置を停止させる停止ステップとを備え、
前記停止ステップでは、通常運転時の前記状態値である正常値に対する前記取得ステップで取得された前記状態値の乖離が第１閾値以上の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行い、
前記乖離が前記第１閾値よりも前記正常値に近い第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行うことを特徴とする再生エネルギー型発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプおよ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、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およびその制御方法に関する。なお、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発  電装置、河流発電装置等を挙げることができる。
【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、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。【０００３】
このような再生エネルギー型発電装置においては、装置自体やその周辺機器に異常事象が発生した場合、機器の損傷や寿命低下、あるいは性能低下を防ぎ、さらに安全性を確保するために緊急停止させるようになっている。【０００４】
再生エネルギー型発電装置の停止方法として、例えば特許文献１には、機械式ブレーキを用いてロータを減速するようにした風力発電装置が記載されている。また、別の停止方法として、特許文献２には、ピッチ制御装置によりピッチ角をフェザー側に制御して回転翼を減速させる方法が記載されている。さらにこれらを組み合わせた方法として、特許文献３には、回転翼のピッチ角制御によるピッチブレーキに加えて、機械式ブレーキを併用する方法が記載されている。【０００５】
ところで、近年、油圧ポンプおよ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集めている。
例えば、特許文献４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を組み合わせた油圧トランスミッションを備えた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置では、油圧ポンプおよび油圧モータが作動油流路を介して互いに接続され、ロータの回転エネルギーが、油圧トランスミッションを介して発電機に伝わるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１８９９００号明細書
【特許文献２】特開２０１０−１５６３１８号公報
【特許文献３】米国特許第６２６５７８５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／００４０４７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献４等に記載される油圧トランスミッションにおいては、異常事象の発生時、ピッチブレーキ等によりロータの回転を停止させるとともに、油圧ポンプおよび油圧モータを停止させる必要がある。
しかしながら、緊急停止を要する異常事象が発生してから急激にピッチブレーキをかけたり、油圧モータおよび油圧モータを急激にアイドル状態へ移行させたりすると、機器へ過大な負荷がかかり、耐久性が低下してしまうという問題があった。【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、異常事象の発生時に、運転状態に応じた停止制御を行うことができ、安全性を確保しながら停止制御による機器への負荷を軽減できる再生エネルギー型発電装置およびその制御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】
【０００９】
本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーを利用して発電を行う再生エネルギー型発電装置であって、前記再生エネルギーによって回転翼とともに回転する回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動されて作動油を昇圧する油圧ポンプと、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動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、前記回転翼のピッチ角を調節するピッチ駆動機構と、前記再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得する監視部と、異常事象の発生時に、前記再生エネルギー型発電装置を停止させる停止制御部とを備え、前記停止制御部は、通常運転時の前記状態値である正常値に対する前記監視部で取得された前記状態値の乖離が第１閾値以上の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行うとともに、前記乖離が前記第１閾値よりも前記正常値に近い第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行うことを特徴とする。【００１０】
本発明によれば、監視部で再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得し、停止制御部によって、この状態値と正常値との乖離の度合いによって異なる停止制御を行うようにしている。すなわち、状態値の乖離が第１閾値以上の場合、油圧ポンプのアイドル状態への移行、油圧モータのアイドル状態への移行およびピッチ駆動機構によるピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行う。このように、異常事象の中でも特に過酷な運転状態である場合には、ハードワイヤード回路を用いて停止制御を行うことによって、確実に再生エネルギー型発電装置を停止することができる。【００１１】
一方、乖離が第１閾値よりも正常値に近い第２閾値以上第１閾値未満の場合、油圧ポンプのアイドル状態への移行、油圧モータのアイドル状態への移行およびピッチ駆動機構によるピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行う。このように、異常事象の中でも運転状態が通常運転時に近い場合には、ソフトウェア制御を用いて停止制御を行う。これにより、急激な停止動作を回避し、機器へ与えられる負荷を軽減できる。特に、油圧ポンプのアイドル状態への移行または油圧モータのアイドル状態への移行によって停止制御を行う場合、通常運転時と同様の制御によって行うことができるため、油圧ポンプまたは油圧モータの寿命低下を防ぐことができる。また、ソフトウェア制御を用いることで、通常運転時のシーケンスにのっとって制御を行うことができるので、異常事象の原因が取り除かれた後、迅速に再起動を行うことができ、稼働率の大幅な低下を回避できる。さらにまた、ハードワイヤード回路によって停止させるような深刻な状況になるまで放置するのではなく、その前にソフトウェア制御によって停止制御することで、機器に過大な負荷をかけずに再生エネルギー型発電装置を停止させることができる。
なお、ハードワイヤード回路とは、物理的な結線により命令を実行するように構成された回路である。【００１２】
ここで、前記状態値は、前記油圧ポンプの回転数、前記油圧モータの回転数および前記発電機の出力の少なくとも一つであってもよい。【００１３】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記停止制御部は、前記乖離が前記第１閾値以上の場合、前記乖離が前記第２閾値以上前記第１閾値未満の場合に比べて高速で前記ピッチ角をフェザー側に変更することが好ましい。
このように、乖離が第１閾値以上の場合、異常事象の中でも特に過酷な運転状態であるので、できるだけ迅速に停止させることが最も優先される。したがって、高速でピッチ角をフェザー側に変更してピッチブレーキをかけることで、停止までの時間を短縮することができる。【００１４】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプは、シリンダおよびピストンで囲まれて前記作動油で満たされる複数の作動室と、各作動室の前記ピストンを上死点と下死点との間で互いに位相差を持たせて上下動させるカムとを含み、前記停止制御部は、前記乖離が前記第１閾値以上の場合、全作動室を同時に非作動状態に切り替えて前記油圧ポンプを即時停止させるとともに、前記乖離が前記第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、各作動室の前記ピストンが前記上死点または前記下死点に位置するタイミングで前記作動室を非作動状態に順次切り替えて前記油圧ポンプを停止させることが好ましい。【００１５】
上述したように、乖離が第１閾値以上の場合、迅速に停止させることが最も優先されるので、油圧ポンプの全作動室を同時に非作動状態に切り替えることで即時停止させ、安全性を確保する。ところがこのとき、ピストンは位相差をもって上下動しているので、ピストンが上死点と下死点以外に位置するにもかかわらず非作動状態に切り替えられる作動室が発生する。このようなタイミングで切り替えられると、油圧ポンプの構成部品に予期せぬ荷重がかかってしまうことがある。そこで、必ずしも緊急停止を要さない、乖離が第２閾値以上第１閾値未満の場合には、各作動室のピストンが上死点または下死点に位置するタイミングで作動室を非作動状態に順次切り替える。これにより、構成部品に予期せぬ荷重がかかることを回避し、延いては、油圧ポンプや油圧モータの寿命低下を防止できる。【００１６】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記停止制御部は、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの一方で前記異常事象が発生した場合、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方をアイドル状態に移行させ、これらの移行後も前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの他方を少なくとも所定時間だけ稼働状態に維持させることが好ましい。【００１７】
このように、油圧ポンプおよび油圧モータのうち異常事象が発生した一方は停止させる。異常事象が発生していない他方は必ずしも停止させる必要はないので、少なくとも所定時間だけ稼働状態に維持させる。例えば、油圧モータを所定時間だけ稼働状態に維持させる場合、油圧モータは発電機が電力系統と繋がっている限り、高圧油ラインの残留エネルギー分の仕事を行う。そして、時間の経過に伴い油圧は低下し、油圧モータはアイドル状態となり、発電機の出力も低下する。つまり、油圧モータはアイドル状態になるまでの間、発電機を駆動し続けることとなり、発電効率が向上する。一方、油圧ポンプを所定時間だけ稼働状態に維持させるようにしたので、その間油圧ポンプによる制御力（トルク）をロータに付与して、ピッチブレーキを補助することができる。【００１８】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記状態値が前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの一方の回転数であり、該状態値が前記第２閾値未満であっても、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方で前記異常事象が発生した場合、前記ピッチ駆動機構により前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータの前記一方をアイドル状態に移行させることが好ましい。【００１９】
このように、状態値が第２閾値未満であっても、異常事象が発生したら停止制御を行う。すなわち、第１閾値以上のハードワイヤード回路による停止制御と、第２閾値以上第１閾値未満のソフトウェア制御による停止制御に加えて、状態値が第２閾値に満たなくても異常事象に応じて停止制御を行うようにし、３段階の停止制御を行う構成としている。これにより、停止制御の信頼性を向上させることができる。【００２０】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記状態値が前記油圧モータの回転数であり、該状態値が前記第２閾値未満であっても、前記発電機を連系した電力系統が停電した場合、前記停止制御部は、前記油圧モータをアイドル状態に移行させるとともに前記発電機を前記電力系統から解列させることが好ましい。【００２１】
このように、状態値が第２閾値未満であっても、発電機を連系した電力系統が停電した場合は異常事象と認識し、停止制御部によって、発電機に連結される油圧モータをアイドル状態に移行させるとともに発電機を電力系統から解列させる。これにより、発電機の過回転を防止可能となる。【００２２】
ここで、上記したように電力系統が停電した場合、前記停止制御部は、前記油圧モータをアイドル状態に移行させるとともに前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させ、これらの移行後も前記油圧ポンプを稼働状態に維持させるようにしてもよい。【００２３】
このように、電力系統が停電した場合に、油圧モータをアイドル状態に移行させて油圧モータと発電機とを保護するとともに、ピッチ駆動装置によりピッチブレーキを作動してロータの回転を停止する制御を行うことで、安全性を確保することができる。このとき、これらの移行後も油圧ポンプを稼働状態に維持させるようにしたので、その間油圧ポンプによる制御力（トルク）をロータに付与して、ピッチブレーキを補助することができる。【００２４】
上記再生エネルギー型発電装置は、前記油圧ポンプの吐出口および前記油圧モータの吸入口を接続する高圧油ラインをさらに備え、前記停止制御部は、前記高圧油ラインの圧力が設定下限値より低い状態で所定時間継続した場合、前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータをアイドル状態に移行させることが好ましい。【００２５】
高圧油ラインの圧力が設定下限値より低い状態で所定時間継続した場合、油圧トランスミッションの配管が破損して作動油の漏れが発生していると考えられる。作動油は、その一部が油圧ポンプや油圧モータの軸受部へ供給されて潤滑油の役割を果たすこともあり、作動油の漏れが顕著になると軸受部への油供給が絶たれる懸念がある。そこで、軸受の保護を図るために再生エネルギー型発電装置の停止制御を行って、ピッチ角をフェザー側に移行させ、最終的に油圧ポンプと油圧モータもアイドル状態にして、再生エネルギー型発電装置を停止する。【００２６】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記状態値が前記油圧モータの回転数であり、前記第１閾値は、定格負荷運転中の前記発電機が電力系統から解列した時に異常が発生した場合に予想される前記発電機の最大回転数に対応する前記油圧モータの回転数よりも低い値に設定されていることが好ましい。
このように第１閾値を設定することで、発電機が電力系統から解列した場合であっても、発電機が最大回転数に到達する前に停止することができ、発電機の損傷を防止できる。【００２７】
上記再生エネルギー型発電装置は、前記油圧ポンプの吐出口および前記油圧モータの吸入口を接続する高圧油ラインと、前記油圧ポンプの吸入口および前記油圧モータの吐出口を接続する低圧油ラインと、前記高圧油ラインに接続される高圧アキュムレータと、前記低圧油ラインに接続される低圧アキュムレータと、前記高圧アキュムレータから前記低圧アキュムレータに連通するバイパスラインとをさらに備え、前記停止制御部は、前記高圧アキュムレータの圧力が設定値より高くなった場合、前記バイパスラインを介して、前記高圧アキュムレータから前記低圧アキュムレータへ前記作動油を放出させることが好ましい。【００２８】
高圧アキュムレータの圧力が設定値より高くなった場合、高圧アキュムレータで規定される最大許容圧力を超えてしまうおそれがある。そこで、このような場合に、高圧アキュムレータから低圧アキュムレータに連通するバイパスラインを介して低圧アキュムレータへ高圧の作動油を放出することによって、高圧アキュムレータの圧力を低下させて異常事象を解消することができる。【００２９】
上記再生エネルギー型発電装置は、前記回転シャフトおよび前記油圧モータと前記発電機とを連結する出力軸の少なくとも一方の軸受に潤滑油を供給する密閉されたヘッドタンクをさらに備え、前記停止制御部は、前記ヘッドタンクの潤滑油圧力および潤滑油量の一方が設定値より低下した場合、前記ピッチ駆動装置を駆動して前記ピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、前記油圧ポンプおよび前記油圧モータをアイドル状態に移行させることが好ましい。【００３０】
ヘッドタンクやその配管から潤滑油が漏出すると、回転シャフトや出力軸の軸受に十分な潤滑油が供給されず、軸受が損傷してしまう可能性がある。そこで、ヘッドタンクの潤滑油圧力および潤滑油量の一方が設定値より低下した場合に、ピッチ駆動装置を駆動してピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、油圧ポンプおよび油圧モータをアイドル状態に移行させて停止制御を行う。これにより、軸受が損傷してしまう前に再生エネルギー型発電装置を停止させることができる。【００３１】
さらにまた、再生エネルギー型発電装置は、前記再生エネルギーの一形態である風から電力を生成する風力発電装置であってもよい。【００３２】
本発明に係る再生エネルギー型発電装置の制御方法において、再生エネルギーによって回転翼とともに回転する回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動されて作動油を昇圧する油圧ポンプと、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動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、前記回転翼のピッチ角を調節するピッチ駆動機構とを備えた再生エネルギー型発電装置の制御方法であって、前記再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得する取得ステップと、異常事象の発生時に、前記再生エネルギー型発電装置を停止させる停止ステップとを備え、前記停止ステップでは、通常運転時の前記状態値である正常値に対する前記取得ステップで取得された前記状態値の乖離が第１閾値以上の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行い、前記乖離が前記第１閾値よりも前記正常値に近い第２閾値以上前記第１閾値未満の場合、前記油圧ポンプのアイドル状態への移行、前記油圧モータのアイドル状態への移行および前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行うことを特徴とする。【００３３】
本発明によれば、再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得し、この状態値と正常値との乖離の度合いによって異なる停止制御を行うようにしている。すなわち、状態値の乖離が第１閾値以上であって、異常事象の中でも特に過酷な運転状態である場合には、ハードワイヤード回路を用いて停止制御を行う。これにより、確実に再生エネルギー型発電装置を停止することができる。【００３４】
一方、乖離が前記第１閾値よりも正常値に近い第２閾値以上第１閾値未満の場合であって、異常事象の中でも運転状態が通常運転時に近い場合には、ソフトウェア制御を用いて停止制御を行う。これにより、急激な停止動作を回避し、機器へ与えられる負荷を軽減できる。特に、油圧ポンプのアイドル状態への移行または油圧モータのアイドル状態への移行によって停止制御を行う場合、通常運転時と同様の制御によって行うことができるため、油圧ポンプまたは油圧モータの寿命低下を防ぐことができる。また、ソフトウェア制御を用いることで、通常運転時のシーケンスにのっとって制御を行うことができるので、異常事象の原因が取り除かれた後、迅速に再起動を行うことができ、稼働率の大幅な低下を回避できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明では、再生エネルギー型発電装置の運転状態を示す状態値を取得し、この状態値と正常値との乖離の度合いによって異なる停止制御を行うようにしている。すなわち、状態値の乖離が第１閾値以上であって、異常事象の中でも特に過酷な運転状態である場合には、ハードワイヤード回路を用いて停止制御を行う。これにより、確実に再生エネルギー型発電装置を停止することができる。【００３６】
一方、乖離が前記第１閾値よりも正常値に近い第２閾値以上第１閾値未満の場合であって、異常事象の中でも運転状態が通常運転時に近い場合には、ソフトウェア制御を用いて停止制御を行う。これにより、急激な停止動作を回避し、機器へ与えられる負荷を軽減できる。さらにまた、ハードワイヤード回路によって停止させるような深刻な状況になるまで放置するのではなく、その前にソフトウェア制御によって停止制御することで、機器に過大な負荷をかけずに再生エネルギー型発電装置を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】風力発電装置の油圧トランスミッションと停止制御部の構成を示す図である。
【図３】油圧ポンプの具体的な構成例を示す図である。
【図４】油圧モータの具体的な構成例を示す図である。
【図５】油圧ポンプの回転数を状態値とした場合の停止制御を示す図である。
【図６】油圧モータの回転数を状態値とした場合の停止制御を示す図である。
【図７】発電機の出力を状態値とした場合の停止制御を示す図である。
【図８】風力発電装置の停止制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】停止制御時における油圧ポンプの各弁の開閉タイミングを示す図である。
【図１０】第３の停止モードの適用異常事象とその停止制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
図１は風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。図２は風力発電装置の油圧トランスミッションと停止制御部の構成を示す図である。図３は油圧ポンプの具体的な構成例を示す図である。図４は油圧モータの具体的な構成例を示す図である。
【００４０】
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、電力系統２５に連系された発電機２０と、停止制御部４０（図２参照）を含む各制御部と、回転数計３２、３４を含む各種計測器とを備える。
油圧トランスミッション１０および発電機２０は、ナセル２２又はこれを支持するタワー２４の内部に収納されていてもよい。なお、図１には、タワー２４が地上に立設された陸上風力発電装置を示したが、風力発電装置１は洋上を含む任意の場所に設置されていてもよい。
【００４１】
ロータ２は、回転翼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枚の回転翼４がハブ６を中心として放射状に延びており、それぞれの回転翼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。回転翼４には、回転翼４のピッチ角を調節するためのアクチュエータ（ピッチ駆動機構）５（図２参照）が取り付けられている。アクチュエータ５は、ピッチ制御部３３からの制御信号によって制御される。これにより、回転翼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。
【００４２】
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によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２と、発電機２０に接続される出力軸１５を有する可変容量型の油圧モータ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および低圧油ライン１８を有する。
【００４３】
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。
【００４４】
図３および図４を用いて、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４の具体的な構成例について説明する。
油圧ポンプ１２は、図３に示すように、シリンダ８０およびピストン８２により形成される複数の作動室（ワーキングチャンバ）８３と、ピストン８２に係合するカム曲面を有するリングカム８４と、各作動室８３に対して設けられる高圧弁８６および低圧弁８８とにより構成されてもよい。高圧弁８６は、各作動室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、各作動室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。ここで、高圧弁８６には、油圧室８３から高圧油流路１６に向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁を用い、低圧弁８８には電磁弁を用いることができる。
【００４５】
油圧ポンプ１２の運転時において、回転シャフト８とともにリングカム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。そのため、ピストン８２とシリンダ８０の内壁面によって形成される作動室８３の容積は周期的に変化する。
油圧ポンプ１２では、高圧弁８６および低圧弁８８の開閉制御によって、各作動室８３をアクティブ状態又はアイドル状態に切替えることができる。作動室８３がアクティブ状態である場合、吸入工程において高圧弁８６を閉じ低圧弁８８を開くことで低圧油ライン１８から作動室８３内に作動油を流入させるとともに、ポンプ工程において高圧弁８６を開き低圧弁８８を閉じることで作動室８３から高圧油ライン１６に圧縮された作動油を送り出す。一方、作動室８３がアイドル状態である場合、吸入工程およびポンプ工程の両方において、高圧弁８６が閉じて低圧弁８８が開いた状態を維持して、作動室８３と低圧油ライン１８との間で作動油を往復させる（すなわち、高圧油ライン１６には作動油を送り出さない）。ポンプ制御部３４は、高圧弁８６および低圧弁８８を開閉することによって油圧ポンプ１２を停止制御する。
【００４６】
油圧モータ１４は、図４に示すように、シリンダ９０およびピストン９２により形成される複数の作動室９３と、ピストン９２に係合するカム曲面を有する偏心カム９４と、各作動室９３に対して設けられた高圧弁９６および低圧弁９８とにより構成されてもよい。高圧弁９６は、各作動室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、各作動室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。ここで、高圧弁９６および低圧弁９８には、電磁弁を用いることができる。
【００４７】
油圧モータ１４の運転時において、油圧ポンプ１２が作った高圧油ライン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。油圧モータ１４の運転中、ピストン８２とシリンダ８０の内壁面によって形成される作動室８３の容積は周期的に変化する。
油圧モータ１４は、高圧弁９６および低圧弁９８の開閉制御によって、各作動室８３をアクティブ状態又はアイドル状態に切替えることができる。作動室９３がアクティブ状態である場合、モータ工程において高圧弁９６を開き低圧弁９８を閉じることで高圧油ライン１６から作動室９３内に作動油を流入させるとともに、排出工程において高圧弁９６を閉じ低圧弁９８を開くことで作動室９３内で仕事をした作動油を低圧油ライン１８に送り出す。一方、作動室９３がアイドル状態である場合、モータ工程およびポンプ工程の両方において、高圧弁９６が閉じて低圧弁９８が開いた状態を維持して、作動室９３と低圧油ライン１８との間で作動油を往復させる（すなわち、高圧油ライン１６からの高圧油を作動室９３に受け入れない）。また、モータ制御部３５は、高圧弁９６および低圧弁９８を開閉することによって油圧モータ１４を停止制御することもある。
【００４８】
図２に戻り、高圧油ライン１６には分岐ライン６３が接続され、この分岐ライン６３に高圧アキュムレータ６４が接続されている。高圧油ライン１６と高圧アキュムレータ６４との間には電磁弁６５を設けてもよい。なお、アキュムレータ６４の圧力は、圧力計６８によって取得される。
同様に、低圧油ライン１８にも、分岐ラインを介して低圧アキュムレータ６９が接続されている。低圧油ライン１８と低圧アキュムレータ６９との間には電磁弁を設けてもよい。これらの低圧アキュムレータ６４、６９は、蓄圧あるいは脈動防止などを目的として設置される。
【００４９】
高圧アキュムレータ６４と低圧アキュムレータ６９との間には、これらのアキュムレータ６４、６９を連通するバイパスライン６６が設けられている。このバイパスライン６６にはバイパス弁６７が設けらる。そして、バイパス弁６７を開くことで、高圧アキュムレータ６４に蓄えられた高圧油の少なくとも一部を低圧アキュムレータ６９へ供給することができる。
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ライン６０が設けられている。そして、バイパスライン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。
【００５０】
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７１、ブーストポンプ７２、オイルフィルタ７３、返送ライン７４、低圧リリーフ弁７５が設けられている。
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７１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７２は、補充ライン７１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。
返送ライン７４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７５は、返送ライン７４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。
【００５１】
さらにまた、潤滑油が貯留されるヘッドタンク７８と、ヘッドタンク７８の潤滑油を回転シャフト８や出力軸１５の軸受に供給する軸受潤滑油ライン７７とが設けられている。軸受潤滑油ライン７７には、潤滑油を軸受に圧送するポンプ（不図示）が設けられている（図２では回転シャフト８の場合のみを示している）。そして、この軸受潤滑油ライン７７を介して、ヘッドタンク７８から回転シャフト８や出力軸１５の軸受に潤滑油が供給されるようになっている。なお、ヘッドタンク７８の潤滑油は、上記した軸受の他にも、風力発電装置１の構成部材の他の摺動部へ供給されてもよい。また、ヘッドタンク７８は所定圧力を維持した状態で密閉されていてもよい。軸受潤滑油ライン７７の軸受上流には潤滑油軸受供給圧力を計測する圧力センサ７９（図２では軸位置に簡易的に表示）が設けられており、この圧力センサ７９によって潤滑油の圧力が検出される。なお、圧力センサ７９の替わりに、液面レベルセンサ等のように潤滑油量を直接計測する計測器を設けてもよい。なお、軸受にはグリース封入の場合もあり、その場合は上記した構成を有していない。
【００５２】
各種計測器として、風力発電装置１には、回転数計３２および３４と、圧力センサ３１、６８、７９とが設けられている。回転数計３２は回転シャフト８の回転速度を計測する。回転数計３４は油圧モータ１４の出力軸１５の回転速度を計測する。圧力計３１は、高圧油ライン１６の作動油（高圧油）の圧力を計測する。圧力センサ６８は高圧アキュムレータ６４の作動油の圧力を計測する。圧力センサ７９は潤滑油の圧力を計測する。
【００５３】
ここで、上記構成の風力発電装置１における停止制御について、詳細に説明する。
一般に、風力発電装置においては、通常運転時の状態とは異なる異常事象が発生した場合に、機器の損傷や寿命低下、あるいは性能低下等を引き起こしたり、場合によっては安全性の確保が困難となる可能性もあるので、異常事象の内容やその深刻度によっては風力発電装置１を停止させる必要がある。
そこで、本実施形態の風力発電装置１では、以下に説明する停止制御部４０によって、異常事象の発生時に適切に風力発電装置１を停止させるようにしている。
【００５４】
この停止制御部４０は、風力発電装置１の運転状態を示す状態値から異常事象を検知し、異常事象に対応した停止制御を行う。なお、ここでいう異常事象とは、主に風力発電装置１を構成する部位に生じる事象を指すが、例えば停電等のように、風力発電装置１の周辺装置の事象を含んでもよい。
停止制御部４０は、運転状態判定部４１と、記憶部４５と、停止モード決定部５０と、ハードワイヤード指令出力部５１と、ソフトウェア指令出力部５２と、系統状態判定部４９とを備える。
【００５５】
記憶部４５は、閾値格納部４６と停止モード格納部４７とを有しており、停止制御部４０で用いられる各種の設定値や閾値などが格納されている。
閾値格納部４６は、状態値に対応した第１閾値と第２閾値とが格納されている。第１閾値は、通常運転時の状態値である正常値より大きく、通常運転で許容される状態値を超えて緊急停止が必要とされる境界となる値である。第２閾値は、正常値よりも大きく且つ第１閾値よりも小さい値であり、つまり第１閾値より正常値に近い値である。第２閾値と第１閾値との間では、必ずしも緊急停止する必要はなく、運転を続行できる状態ではあるが、この状態が継続することにより運転に影響が生じる可能性がある。これらの閾値は、例えば図５〜図７に示すように、状態値に対応してそれぞれ設定されて、閾値格納部４６に格納されている。なお、状態値とは、例えば、油圧ポンプ１２の回転数、油圧モータ１４の回転数、発電機２０の出力等である。
【００５６】
停止モード格納部４７には、状態値の種類ごとに複数の停止モードが格納されている。各停止モードは、制御対象とその停止制御の内容とが紐付けられて設定されている。また、一つの種類の状態値に対して、正常値と状態値との乖離の大きさに対応して、少なくとも第１の停止モードおよび第２の停止モードからなる２段階の停止モードが設定されている。
第１の停止モードは、状態値と正常値との乖離が第１閾値以上の場合に適用されるもので、油圧ポンプ１２のアイドル状態への移行、油圧モータ１４のアイドル状態への移行およびピッチ駆動機構５によるピッチ角のフェザー側への移行の少なくとも一つをハードワイヤード回路により行う。
第２の停止モードは、状態値と正常値との乖離が第２閾値以上第１閾値未満の場合に適用されるもので、油圧ポンプ１２のアイドル状態への移行、油圧モータ１４のアイドル状態への移行およびピッチ角のフェザー側への移行の全てをソフトウェア制御により行う。
【００５７】
運転状態判定部４１は、各種計測器から入力される状態値に基づいて、風力発電装置１の運転状態が、停止制御を行う必要のある異常事象か否かを判定する。ここで、運転状態判定部４１は、乖離算出部４２と比較部４３とからなる。
乖離算出部４２は、各種計測器から入力される状態値と、正常値との乖離を算出する。
比較部４３は、乖離算出部４２で算出される乖離と、閾値格納部４６に格納される第１閾値および第２閾値とをそれぞれ比較する。
停止モード決定部５０は、比較部４３の比較結果に基づいて停止モードを決定し、これに対応した停止モードを停止モード格納部４７から抽出する。
【００５８】
ハードワイヤード指令出力部５１は、停止モード決定部５０で決定された停止モードの制御内容のうち、ハードワイヤード回路による制御に関する指令を該当の制御対象に出力する。なお、ハードワイヤード回路とは、リレーやスイッチ等のハードウェアを電線で接続して、物理的な結線により命令を実行するように構成された回路である。
ソフトウェア指令出力部５２は、停止モード決定部５０で決定された停止モードの制御内容のうち、ソフトウェア制御による制御に関する指令を該当の制御対象に出力する。なお、ソフトウェア制御とは、演算処理装置でプログラム処理を実行することによって命令を実行させるものである。
【００５９】
系統状態判定部４９は、電力系統２５の系統状態を取得して、系統状態が異常事象か否かを判定する。例えば、系統状態判定部４９により電力系統５０の電圧が低下したときに異常事象である停電が発生したと判定してもよい。なお、系統状態判定部４９は、電力系統２５の電圧を計測する電圧センサを用いることが好ましいが、電圧センサに替えて、力率計又は無効電力計を用いて間接的に電力系統５０の状態を判定してもよい。
そして、運転状態判定部４１と同様に、この系統状態判定部４９による判定結果に基づいて、停止モード決定部５０で停止モードを決定し、ハードワイヤード指令出力部５１またはソフトウェア指令出力部５２から各指令を出力する。
【００６０】
各制御対象における停止制御の具体例を図５〜図７に示す。なお、以下の例では、停止制御の制御対象を、回転翼４のピッチ、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４としている。ただし、これら以外の制御対象の制御内容を含んでいてもよい。
【００６１】
図５は油圧ポンプの回転数を状態値とした場合の停止制御を示す図である。同図に示すように、油圧ポンプ１２の回転数を状態値とした場合、正常値には油圧ポンプ１２の定格回転数を適用してもよい。さらに、第１閾値は正常値より大きい値とし、第２閾値は、正常値より大きく且つ第１閾値より小さい値とする。
このとき、油圧ポンプ１２の回転数が第１閾値以上である場合には、第１の停止モードＡ１が適用される。第１の停止モードＡ１では、各制御対象に対する制御内容が、回転翼４のピッチに対してはハードワイヤード回路によるフェザー側への移行であり、油圧ポンプ１２に対してはハードワイヤード回路による即時アイドル状態への移行であり、油圧モータ１４に対してはハードワイヤード回路による即時アイドル状態への移行である。
一方、油圧ポンプ１２の回転数が第２閾値以上第１閾値未満である場合には、第２の停止モードＢ１が適用される。第２の停止モードＢ１では、各制御対象に対する制御内容が、回転翼４のピッチに対してはソフトウェア制御によるフェザー側への移行であり、油圧ポンプ１２に対してはソフトウェア制御による停止指令であり、油圧モータ１４に対してはソフトウェア制御による停止指令である。
【００６２】
図６は油圧モータの回転数を状態値とした場合の停止制御を示す図である。この閾値設定および停止制御は、図５に示した油圧ポンプ１２の場合と略同一であるので、詳細な説明は省略するが、やはり第１の停止モードＡ２においては主にハードワイヤード回路により停止制御を行い、第２の停止モードＢ２においては主にソフトウェア制御により停止制御を行うようになっている。
なお、図５および図６では、第１の停止モードにおいて、第１閾値以上で油圧ポンプ１２および油圧モータ１４の両方をハードワイヤード回路により即時停止する設定としたが、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４のうち異常事象が発生していない方は、ソフトウェア制御により停止制御してもよいし、所定時間だけ通常運転を続行した後に停止制御してもよい。
また、油圧モータの回転数を状態値とする場合、第１閾値は、定格負荷運転中の発電機２０が電力系統２５から解列した時に異常が発生した場合に予想される発電機２０の最大回転数に対応する油圧モータ１４の回転数よりも低い値に設定されていることが好ましい。これにより、発電機２０が電力系統２５から解列した場合であっても、発電機２０が最大回転数に到達する前に停止することができ、発電機２０の損傷を防止できる。
【００６３】
図７は発電機の出力を状態値とした場合の停止制御を示す図である。同図に示すように、発電機２０の出力を状態値とした場合、正常値には発電機２０の定格出力を適用してもよい。さらに、第１閾値は正常値より大きい値とし、第２閾値は、正常値より大きく且つ第１閾値より小さい値とする。
このとき、発電機２０の出力が第１閾値以上である場合には、第１の停止モードＡ３が適用される。第１の停止モードＡ３では、各制御対象に対する制御内容が、回転翼４のピッチに対してはハードワイヤード回路によるフェザー側への移行であり、油圧ポンプ１２に対してはハードワイヤード回路による即時アイドル状態への移行であり、油圧モータ１４に対してはハードワイヤード回路による即時アイドル状態への移行である。
一方、発電機２０の出力が第２閾値以上第１閾値未満である場合には、第２の停止モードＢ３が適用される。第２の停止モードＢ３では、各制御対象に対する制御内容が、回転翼４のピッチに対してはソフトウェア制御によるフェザー側への移行であり、油圧ポンプ１２に対してはソフトウェア制御による停止指令であり、油圧モータ１４に対してはソフトウェア制御による停止指令である。
【００６４】
次に、図８に示すフローチャートを参照して、風力発電装置１の停止制御の一例を説明する。ここでは、風力発電装置１の運転状態を示す状態値として、油圧ポンプ１２の回転数を用いている。
【００６５】
最初に、ステップＳ１において、運転状態判定部４１は、油圧ポンプ１２の回転数を取得する。油圧ポンプ１２の回転数は、回転数計３２で計測される回転シャフト８の計測値であってもよい。ステップＳ２で、運転状態判定部４１の乖離算出部４２は、ステップＳ１で取得した油圧ポンプ１２の回転数と、通常運転時の回転数である正常値との乖離を算出する。
次いで、ステップＳ３において、比較部４３で上記乖離と第１閾値とを比較し、乖離が第１閾値以上である場合、停止モード決定部５０で、油圧ポンプ１２の回転数に対する第１の停止モードＡ１を選択し、停止モード格納部４７から第１の停止モードＡ１に対応した制御対象および制御内容を抽出する。
【００６６】
そして、ステップＳ４で、第１の停止モードＡ１に従って停止制御を行う。すなわち、第１の停止モードＡ１の制御内容のうちハードワイヤード回路による停止制御はハードワイヤード指令出力部５１から各制御対象の制御部に指令を出力する。一方、ソフトウェア制御による停止制御はソフトウェア指令出力部５２から各制御対象の制御部に指令を出力する。例えば、制御対象が回転翼４のピッチ角で、制御内容がハードワイヤード回路によりピッチ角をフェザー側に移行する場合、ハードワイヤード指令出力部５１からピッチ制御部３３に指令を送信し、この指令に基づいてピッチ制御部３３で制御信号を生成してピッチ駆動機構５を制御する。なお、ピッチ駆動機構５が、高速用と通常用の２種類ある場合には、迅速に停止制御を行うために、第１の停止モードでは高速用のピッチ駆動機構５によってピッチ角を制御することが好ましい。
【００６７】
ステップＳ３における比較結果で、乖離が第１閾値未満である場合、続いて比較部４３で上記乖離と第２閾値とを比較する。このとき、乖離が第２閾値以上である場合、停止モード決定部５０で、油圧ポンプ１２の回転数に対する第２の停止モードＢ１を選択し、停止モード格納部４７から第２の停止モードＢ１に対応した制御対象および制御内容を抽出する。
そして、ステップＳ６で、第２の停止モードＢ１に従って停止制御を行う。このとき、第１の停止モードＡ１と同様に、制御内容に応じてハードワイヤード指令出力部５１またはソフトウェア指令出力部５２から各制御対象の制御部に指令を出力する。
【００６８】
ここで、図９を用いて、油圧ポンプ１２の停止制御における具体的な動作を説明する。図９は停止制御時における油圧ポンプの各弁の開閉タイミングを示す図である。図３に示す油圧ポンプ１２において、回転シャフト８とともにカム８４が回転すると、図９に示すピストンサイクル曲線１１０のように、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。なお、図９において、ピストンサイクル曲線１１０は、横軸を時刻ｔとして、ピストン８２の位置の経時変化を示した曲線である。
【００６９】
通常運転時、高圧弁８６は油圧室８３と高圧油ライン１６との圧力差によって開閉する逆止弁であるので、その開閉動作は油圧室８３の圧力に依存する。すなわち、高圧弁８６は、高圧弁ポジション１１４に示すように、ポンプ工程において油圧室８３内の圧力（圧力曲線１２０参照）が上昇し、高圧油ライン１６の圧力よりも高くなると自動的に開かれ、ポンプ工程の終了とともに自動的に閉じられる。一方、低圧弁８８は、低圧弁ポジション１１８から分かるように、ピストン８２が下死点に達する直前に閉じられ、ピストン８２が上死点に到達した直後に開かれる。これにより、吸入工程では油圧室８３の圧力が低下し、ポンプ工程では油圧室８３の圧力が上昇する。なお、図中の点線部分は、停止制御を行わずに通常運転を続行したときのグラフである。
【００７０】
ポンプ工程で異常事象が検知され、第１の停止モードが適用される場合、図９に示すように、ハードワイヤード指令出力部５１から停止指令を受けた時点で、ポンプ制御部３４は低圧弁８８を開く。これにより、油圧室８３の圧力が低下して、高圧弁８６が閉じられる。このとき、ハードワイヤード回路によって低圧弁８８および高圧弁８５を強制的に閉じるようにしてもよい。
一方、第２の停止モードが適用される場合、ソフトウェア指令出力部５２から停止指令を受けた後、ポンプ制御部３４は低圧弁８８をその状態に維持し、ピストン８２が次に下死点に到達した時に低圧弁８８を開く（不図示）。これにより油圧室８３の圧力が低下して、高圧弁８６が閉じられる。
このように、第１の停止モードＡ１においては、油圧ポンプ１２の全作動室を同時に非作動状態に切り替えることで即時停止させ、安全性を確保でき、第２の停止モードＢ１においては、作動室８３を順次非作動状態に切り替えるようにしたので、予期せぬ荷重がかかることを回避し、延いては油圧ポンプ１２の寿命低下を防止できる。
【００７１】
なお、ステップＳ４およびステップＳ６の停止制御では、油圧ポンプ１２を次のように停止制御してもよい。
停止制御部４０は、油圧ポンプ１２で、第１の停止モードや第２の停止モードが適用される異常事象が発生した場合、油圧ポンプ１２をアイドル状態に移行させ、この移行後も油圧モータ１４を少なくとも所定時間だけ稼働状態に維持させる。
このように、油圧ポンプ１２に異常事象が発生した場合、油圧モータ１４を所定時間だけ稼働状態に維持させることによって、油圧モータ１４がアイドル状態になるまでの間、発電機２０を駆動し続けることとなり発電効率が向上する。なお、油圧モータ１４に異常事象が発生した場合は、油圧ポンプ１２を所定時間だけ稼働状態に維持させる。これにより、油圧ポンプ１２を稼働させている間油圧ポンプ１２による制御力（トルク）をロータ２に付与して、ピッチブレーキを補助することができる。
【００７２】
また、上記した状態値による停止制御に加えて、以下の停止制御を行うようにしてもよい。
ステップＳ５において、比較部４３で状態値が第２閾値未満であると判断された後、ステップＳ７で、他の異常事象があるか否かを判断する。例えば、系統状態判定部４９により電力系統２５が停電していると判定された場合のように、他の異常事象があると判定されたら、停止モード決定部５０で第３の停止モードＣを選択し、停止モード格納部４７から第３の停止モードＣに対応した制御対象と制御内容を抽出する。そして、ステップＳ８で、第３の停止モードＣに従って停止制御を行う。このとき、第１および第２の停止モードと同様に、制御内容に応じてハードワイヤード指令出力部５１またはソフトウェア指令出力部５２から各制御対象の制御部に指令を出力する。
このように、状態値が第２閾値に満たなくても異常事象に応じて停止制御を行うようにし、３段階の停止制御を行う構成とすることで、停止制御の信頼性を向上させることができる。
る。
【００７３】
図１０を用いて、第３の停止モードが適用される他の異常事象と、これに対応した制御対象および制御内容の具体例を説明する。ここで、図１０は第３の停止モードの適用異常事象とその停止制御を示す図である。
【００７４】
異常事象が電力系統３５の停電である場合は次の制御を行う。
発電機２０を連系した電力系統２５が停電した場合、停止制御部４０は、油圧モータ１２をアイドル状態に移行させるとともに発電機２０を電力系統２５から解列させる。これにより、発電機２０の過回転を防止可能である。
またこのとき、油圧モータ１４をアイドル状態に移行させるとともにピッチ駆動装置５を駆動してピッチ角をフェザー側に移行させ、これらの移行後も前記油圧ポンプを稼働状態に維持させることが好ましい。このとき、油圧ポンプ１２は、油圧モータ１４の停止による高圧油ライン１６の圧力上昇にしたがって、徐々に停止させ最終的にアイドル状態にしてもよい。このように、電力系統２５が停電した場合に、油圧モータ１４をアイドル状態に移行させて油圧モータ１２と発電機２０とを保護するとともに、ピッチ駆動装置５によりピッチブレーキを作動してロータ２の回転を停止する方向に制御することで安全性を確保する。このとき、これらの移行後も油圧ポンプ１２を稼働状態に維持させるようにしたので、その間油圧ポンプ１２による制御力をロータ２に付与して、ピッチブレーキを補助することができる。
【００７５】
異常事象が高圧油ライン１６の圧力低下である場合は次の制御を行う。
高圧油ライン１６の圧力が設定下限値より低い状態で所定時間継続した場合、作動油の漏れが発生している可能性があるので、ピッチ駆動装置５を駆動してピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４をアイドル状態に移行させることが好ましい。これにより、回転シャフト８や出力軸１５等の軸受の保護が図れる。このとき、油圧ポンプ１２は、ピッチブレーキによる入力トルク、回転数の減少にともなって徐々に停止させていき最終的にアイドル状態となる。一方、油圧モータ１４は、高圧油ライン１６の圧力低下に応じて徐々に停止状態に近づき、最終的にアイドル状態となる。
【００７６】
異常事象がヘッドタンク７８の潤滑油量の低下である場合は次の制御を行う。
ヘッドタンク７８の潤滑油圧力および潤滑油量の一方が設定値より低下した場合、ピッチ駆動装置５を駆動してピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４をアイドル状態に移行させることが好ましい。
ヘッドタンク７８やその配管から潤滑油が漏出すると、回転シャフト８や出力軸１５の軸受に十分な潤滑油が供給されず、軸受が損傷してしまう可能性がある。そこで、ヘッドタンク７８の潤滑油圧力および潤滑油量の一方が設定値より低下した場合に、ピッチ駆動装置５を駆動してピッチ角をフェザー側に移行させるとともに、油圧ポンプ１２および油圧モータ１４をアイドル状態に移行させて停止制御を行う。これにより、軸受が損傷してしまう前に風力発電装置１を停止させることができる。このとき、油圧ポンプ１２は、ピッチブレーキによる入力トルク、回転数の減少にともなって徐々に停止させていき最終的にアイドル状態となる。一方、油圧モータ１４は、高圧油ライン１６の圧力低下に応じて徐々に停止状態に近づき、最終的にアイドル状態となる。
【００７７】
異常事象がヘッドタンク７８の潤滑油量の低下である場合は次の制御を行う。
高圧アキュムレータ６４の圧力が設定値より高くなった場合、バイパスライン６６を介して、高圧アキュムレータ６４から低圧アキュムレータ６９へ作動油を放出させることが好ましい。これにより、高圧アキュムレータの圧力を低下させることができる。なお、この異常事象が発生した場合は、発電機２０、油圧ポンプ１２または油圧モータ１４は、通常制御を継続してもよい。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態では、風力発電装置１の運転状態を示す状態値を取得し、この状態値と正常値との乖離の度合いによって異なる停止制御を行うようにしている。すなわち、状態値の乖離が第１閾値以上であって、異常事象の中でも特に過酷な運転状態である場合には、ハードワイヤード回路を用いて停止制御を行う。これにより、確実に風力発電装置１を停止することができる。
【００７９】
一方、乖離が前記第１閾値よりも正常値に近い第２閾値以上第１閾値未満の場合であって、異常事象の中でも運転状態が通常運転時に近い場合には、ソフトウェア制御を用いて停止制御を行う。これにより、急激な停止動作を回避し、機器へ与えられる負荷を軽減できる。さらにまた、ハードワイヤード回路によって停止させるような深刻な状況になるまで放置するのではなく、その前にソフトウェア制御によって停止制御することで、機器に過大な負荷をかけずに風力発電装置１を停止させることができる。
【００８０】
以上、本発明の実施形態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。
なお、上述の実施形態では、主として油圧ポンプ１２の回転数を状態値として用いた例を示したが、状態値はこれに限定されるものではなく、他にも、油圧モータ１４の回転数、発電機２０の出力等の他の状態値を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１            風力発電装置
２            ロータ
４            回転翼
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
２５          電力系統
３１、６８、７９  圧力センサ
３２、３４    回転数計
３３          ピッチ制御部
３４          ポンプ制御部
３５          モータ制御部
４０          停止制御部
４１          運転状態判定部
４２          乖離算出部
４３          比較部
４５          記憶部
４６          閾値格納部
４７          停止モード格納部
４９          系統状態判定部
５０          停止モード決定部
５１          ハードワイヤード指令出力部
５２          ソフトウェア指令出力部
６４          高圧アキュムレータ
６６          バイパスライン
６９          低圧アキュムレータ
７０          オイルタンク
７８          ヘッドタンク
７９          圧力センサ
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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