(57)【要約】  タービン（２）駆動の電力生産システム（１）であって、前記タービン（２）は流速（ｖ）が時間的に変化する流体（３）によって駆動されるように構成され、前記タービン（２）が静圧変位ポンプ（６）に接続され、前記ポンプ（６）が閉ループ式静圧伝達システム（７）の一部としてさらに前記静圧変位モータ（８）に接続され、前記モータ（８）が所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）に近い周波数（ｆｇ）でＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）を駆動するように構成された電力生産システム（１）が、静圧モータ（８）の体積変位（１３）を制御するように構成された閉ループ式システムが、前記流体（３）の速度（ｖ）を表す速度信号（１１ｓ）を発生するように構成された流体速度メータ（１１ｍ）と、前記タービン（２）の回転速度の測定値（ω）を示す回転速度信号（１２ｓ）を提供するように構成された回転速度メータ（１２ｍ）と、前記速度信号（１１ｓ）及び前記回転速度信号（１２ｓ）を連続的に受信しかつ制御信号（１６）を計算するように構成されたモータ変位制御システム（１５）と、設定されたタービンの先端速度比（ＴＳＲｓｅｔ）を維持して、これにより前記流体速度（ｖ）が変動しても電力生産システム（１）の電力効率を向上させるために、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために前記制御信号（１６）を受信するように構成された、前記静圧モータ上の体積変位制御用アクチュエータ（１７）とを備える、ことを特徴とする。
2009513882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流速（ｖ）が時間的に変化する流体（３）によって駆動されるように構成されたタービン（２）を有し、
前記タービン（２）が、静圧変位ポンプ（６）に接続され、さらに、静圧伝達システム（７）の一部として静圧変位モータ（８）に接続され、
前記静圧変位モータ（８）が、所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）に近い周波数（ｆｇ）でＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）を駆動するように構成された、タービン駆動式電力生産システム（１）であって、
閉ループ制御システム（１５、１５ａ）を備え、この閉ループ制御システム（１５、１５ａ）は、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するように構成された前記静圧モータ上で動作する体積変位制御用アクチュエータ（１７）に対する制御信号（１６）を連続的に計算するための入力として、１つ以上の速度測定値を用いるように構成されていることを特徴とする電力生産システム（１）。
【請求項２】
前記閉ループ制御システム（１５）が、前記流体（３）の速度（ｖ）を表す速度信号（１１）を流体速度メータ（１１ｍ）から連続的に受信するようにさらに構成され、
前記タービン（２）の回転速度の測定値（ω）を示すタービン回転速度信号（１２ｓ）をタービン回転速度用センサ（１２ｍ）から連続的に受信し、
前記風速及びタービン回転速度信号（１１、１２ｓ）に基づいて、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために前記静圧モータ上の体積変位制御用アクチュエータ（１７）に対する制御信号（１６）を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力生産システム（１）。
【請求項３】
設定されたタービンの先端速度比（ＴＳＲｓｅｔ）を維持して、これにより前記流体速度（ｖ）が変動する間に前記電力生産システム（１）の電力効率の改善を実現できるようにする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記発電機（９）が電気グリッド（１４）に接続されるように構成され、かつ前記所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）が、前記発電機（９）が前記電気グリッド（１４）の周波数で動作するように制御するために、前記発電機（９）の前記周波数（ｆｇ）に影響する又は前記周波数（ｆｇ）を支配する前記電気グリッド（１４）の周波数（ｆｇｒｉｄ）である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記発電機（９）が、周波数（ｆｇ）のＡＣ電力（１０）を供給する前記発電機（９）によって影響される周波数を有する地域の電力消費システム（１３）に接続され、前記所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）が前記地域の電力消費システム（１３）の固定され要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記発電機（９）が同期式発電機である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記発電機（９）が非同期式発電機である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御システム（１５）に入力するために、前記モータ（８）のモータ回転速度（ωｇ）を表すモータ速度信号（１８ｓ）を提供するモータ回転速度センサ（１８ｍ）をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御システム（１５）に入力するために、タービン羽根のピッチ角度（αｐ）を表すタービン羽根ピッチ用信号（１９ｓ）を提供するタービンピッチ角度センサ（１９ｍ）をさらに備え、
前記制御システム（１５）が、前記ピッチ角度（αｐ）を制御するために、タービン羽根のピッチ角度制御信号（２０）を計算するようにさらに構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記静圧伝達システム（７）が閉ループ式静圧伝達システム（７）である、ことを特徴とする請求項１に記載のタービン駆動式電力生産システム（１）。
【請求項１１】
前記同期式発電機（９）に加えて、出力電圧の周波数をさらに安定化するためかつ無効電力（Ｘｃ）を提供するために、励起制御（１５ｅ）を備える、ことを特徴とする請求項６に記載のタービン駆動式電力生産システム（１）。
【請求項１２】
前記ポンプ（６）の出力部と入力部との間に配置されたチョークバルブ（３１ａ）及び遮断弁（３１ｂ）を有する液圧管路を含み、前記ポンプ（６）からの主出力管路上に配置された三方弁（３１ｃ）が、前記ポンプから前記モータへの流れを前記チョークバルブと前記遮断弁とを通過して前記ポンプへ戻るように方向を変えるために配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のタービン駆動式電力生産システム（１）。
【請求項１３】
タービン駆動式電力生産システム（１）を制御する方法であって、
前記タービン（２）は、流速（ｖ）が時間的に変化する流体（３）によって駆動され、
前記タービン（２）が静圧変位ポンプ（６）を駆動し、前記ポンプ（６）が静圧伝達システム（７）の一部としてさらに静圧変位モータ（８）に接続され、
前記モータ（８）が、所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）に近い周波数（ｆｇ）でＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）を駆動し、
前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために、前記静圧モータ上で動作する体積変位制御用アクチュエータ（１７）に対する制御信号（１６）を連続的に計算するための閉ループ制御システム（１５、１５ａ）に対する入力として、１つ以上の速度測定値を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記閉ループ制御システム（１５）が、前記流体（３）の速度（ｖ）を表す速度信号（１１）を流体速度メータ（１１ｍ）から連続的に受信し、前記タービン（２）の回転速度の測定値（ω）を示すタービン回転速度信号（１２ｓ）をタービン回転速度用センサ（１２ｍ）から連続的に受信し、そして前記風速及びタービン回転速度信号（１１、１２ｓ）に基づいて、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために前記静圧モータ上の体積変位制御用アクチュエータ（１７）に対する制御信号（１６）を計算する、ことを特徴とする請求項１３に記載のタービン駆動式電力生産システム（１）を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン駆動式発電システム及びそれを制御するシステムに関する。さらに具体的に言うと、本発明は、流体速度が時間的に変化する流体によってタービンが駆動される発電システムに関する。タービンは、静圧伝達システム内の静圧変位モータに接続された静圧変位ポンプを駆動する。このモータはさらに、所定の望ましい周波数に近い周波数でＡＣ電力を供給する。流体速度の測定値、タービン速度の測定値及び静圧モータすなわち発電機の速度の測定値は、制御信号を計算するため及び静圧モータの体積変位（volumetric displacement）を制御するためのモータ変位制御システムに対する入力として使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来は、風力タービンシステムからの動力は、直接又は回転速度変換ギアボックスによって発電機に機械的に伝達される。発電機は電気グリッドすなわちネットに連結されて、同期周波数でこのため固定速度で強制的に回転するようにされる。タービンが適当なレベルの機械的なトルク及び動力を与えない場合は、発電機はモータとして動作するようにされ、またこのためネットが発電機及びタービンをギアボックスを介して駆動することができる。タービン羽根の角度を液圧システムにより変化させて、所定の風速でタービンから最大の動力を得ることができるようにする、又は風速が設計限界を超える場合は、動力を望ましいレベルに制限することができることは背景技術では周知である。タービン速度が発電機によって一定に維持されるため、風速の範囲にわたってタービンからの最大の効率及びこれにより最大の電力出力を維持するように、羽根角度を変化させることができる。ピッチを調整することによって発電機の速度を制御することについての不都合な点は、変化する風速に対してシステムが適応する応答時間が遅いという事実である。
【０００３】
風力及び水力タービンは、現在ではエネルギーを発生するための重要な装置である。風力発電装置の従来技術の液圧伝達に対する欠陥の結果として、そのような発電装置を設計する上での１つの最新技術は、タービンタワーの頂部に比率が高いギアボックスが付いたタービン発電機構体を使用することである。この設計により、発電装置の大きさと出力を制限しかつ効率を損なうような一連の構造的な課題が発生する。ギアボックスを使用することにより、風力発電装置に関連した重量及び費用及び雑音が増加する。さらに、この設計が単一ユニットの発電装置を実現したため、各ユニットの費用と重量が増加することになる。
【０００４】
タービンの動力を伝達する別の方法は、液圧ポンプ及び液圧モータから構成する静圧伝達システムを使用する。液圧ポンプは、発電機に連結された液圧モータに流量を与えるタービンによって駆動される。ポンプ及びモータの変位を適切に選択することにより、タービンと発電機との間に望ましい速度比が与えられ、かつモータの変位を可変にすることにより、速度比が変更できるようにされる。
【０００５】
米国特許明細書第４，５０３，６７３号（Schachles、１９７９年）では、タービンポンプによって発生された液圧が感知され、風速で変化するデータ値と比較される。圧力が設定値よりも低い場合は、モータの変位が増加するため、タービン速度は実際の圧力と設定された圧力とが等しくなるまで増加する。このように、風速が増加するにつれて、先端速度比（ＴＳＲ）を一定にするためにデータ値が風速と共に変化するようにタービン速度が増加する。
【０００６】
タービンの回転速度を測定して、これを本発明に基づいて制御システムに対する入力として使用することは、米国特許明細書第４，５０３，６７３号の中で説明されているような、発電機の速度を制御するために圧力の測定値を使用するシステムと比較する場合、幾つかの利点がある。これらの利点には、以下の内容が含まれる。
−最大効率に対する動作点の精度が向上されること。これは所定の風速に対するタービン速度の変化による液圧の変動の比率が低いためである。この風速は、その動作の不確実性の原因になる可能性がある。図形的な関係が、この問題を悪化させる可能性がある凹面形の上向き（concave upward）であることも考えられる。タービン速度制御を用いて、タービンの効率を最大にする速度をより正確に画定することができる。
−前述の結果として、また液圧がシステムで生ずる方法のために、圧力制御システムに対して許容できる動的な応答を与えることが問題となる恐れがある。この場合、また不安定性を避けるために、システムコントローラの利得値は、その定常状態の精度をさらに妥協するレベルに設定する必要がある。
【０００７】
１つ以上の電源装置が付いた、電源装置と発電機との間で液圧伝達を行う種々の発電装置が提案されている。この１つ以上の電源装置は、例えば潮力発電装置又は波力発電装置に対する風力タービン又は水力タービンとすることができる。そのような伝達により、複数の駆動装置が発電機、ポンプ又は他の工作機械に接続された１つの液圧モータを動作させることができる。
【０００８】
液圧モータに伝達する液圧ポンプに動力を供給する風力タービンを備えた風力発電装置は周知である。
【０００９】
ドイツ特許公開第３０ ２５ ５６３号（Calzoni、１９８０）では、風力発電装置用の流体変速機が提案されている。ここでは、始動が手作業でシャントバルブにより制御され、最大動作圧力が圧力制御バルブによって制限される。液圧モータの速度を一定に維持するため又はタービンの動作を最適にするための制御は提供されない。
【００１０】
日本の特許出願第６１２１２６７４号（Matsushita Seiko、１９８６）は、風力タービンタワー（wind turbine tower）の基礎に配置された液圧ポンプ及び発電機構体を備えた風力発電装置を説明している。
【００１１】
ＷＩＰＯ公開第ＷＯ９４／１９６０５号（Gelhard、１９９４）は、複数のタービンユニットを備えた風力発電装置を説明している。これらのタービンユニットは、ユニットの１つの基礎に配置された１つの液圧モータ式発電機構体を動作するように接続することができる。
【００１２】
米国特許明細書第４，５０３，６７３号（Schachle及びその他、１９８５）から、液圧ポンプと発電機を駆動するように接続された可変変位式モータとに接続された風力発電装置は周知である。一定速度で動作しているとき、モータへの流量はその変位に比例している。タービンの速度を増加するためには、モータを通る流速を増加できるようにモータの変位を増加させる必要がある。
【００１３】
ＷＩＰＯ公開第ＷＯ０３／０９８０３７号（MLH Global、２００３）は、変位が可変で圧力補償式静圧伝達装置を備えた風力タービンを説明している。この装置の主な目的は、「オーバーランニング」負荷を制御することである。このために、オイル回路内の圧力の変動に応答して、伝達装置の変位を変化させる手段が提案される。この提案された変位制御は始動の間に動作するが、通常動作の間には使用されない。
【００１４】
固定した速度比で発電機を動作させている風力タービンとの関連において、種々の風力タービンピッチ制御システムが周知である。ＷＩＰＯ公開第ＷＯ９９／０７９９６号では、こうした制御システムが説明されているが、液圧伝達には適当ではない。
【００１５】
米国特許明細書第４，６２２，４７３号（Curry、１９８６）から、多数の風力動作式液圧ポンプが液圧モータに動力を供給し、この液圧モータが今度は発電機に動力を与えることが周知である。このシステムは、任意の特定の周波数を維持するための液圧制御システムを備えていない。
【００１６】
フランス特許出願第ＦＲ−２７５５４７３号は、風力タービンで使用するための液圧伝達装置を説明している。この伝達装置は、閉ループ形サーボシステムによって制御される。この閉ループ形サーボシステムは、発電機の回転速度を測定する速度検出器、及びこの検出器からの出力を受け取り、またそれを使用して可変流量ポンプ内のプレートの傾斜角度を制御するためのレギュレータを備えている。この制御システムは、タービンの回転速度すなわち風速を測定しないため、最適化された先端速度比率に基づいて効率を改良するために使用することはできない。
【００１７】
米国特許出願第ＵＳ２００５／０１９４７８７Ａ１号は、流体力学的ギアを備えた風力発電装置に対して３つの制御レベルを有する制御システムを説明している。ここで風力発電装置は、電気グリッドに接続されている。コントローラは、回転翼の角度位置の制御及び／又は流体力学的速度トランスフォーマの反応部材の設定の制御及び／又は発電機のパワーエレクトロニクスの制御を行う。コントローラは、風力発電装置及び／又は電気グリッドの動作状態に依存する所定のセットポイント特性又は風の特性を備えている。そのような動力伝達装置は機械的なギアである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
どのようなタービンに対しても、風の中の全ての運動エネルギーを軸動力に変換することは、風はタービンを抜け出ることができなければならないため可能ではない。動いている風の塊の中の運動エネルギーに対してタービン内で得ることができる理論的な最大パワーは、当業者には周知のように、いわゆるベッツ限界（Betz limit）、Cp_max = 0,59、と呼ばれている。これは図４ａに例示されている。この図では、風力タービンの回転するプロペラを通って吹いている風の速度と共に動く予想された風の体積の円筒が示されている。回転する翼端によって描かれた円は、タービンによって掃引された領域であり、またタービンの１回転の中でタービンを通過する空気の円筒の長さが示されている。風速が増加すると、予想された円筒はタービンに向かってより早く移動し、タービンの回転速度又はピッチ角度は移動する風の塊の全てのエネルギーを利用するために変化する必要がある。タービンの先端速度と風速との間の比率は、いわゆる先端速度比（ＴＳＲ）と呼ばれる。最適化された先端速度比は、図４ｂから分かるように、タービンの速度と風速との間が線形関係になる。最適化された先端速度比は、タービンの設計により変化する。４枚羽根のタービンは、２枚羽根のタービンよりも最適化された先端速度比が低い。図４ｃのパワー係数Ｃｐ対ＴＳＲのグラフには、所定のタービン設計の先端速度比が例示されている。例示された実施例のパワー係数Ｃｐは、約６のＴＳＲ値に対してＣｐ値が最大の約０．４になる。タービンがより遅く動作するように作られる場合、すなわち先端速度比が減少する場合は、パワー係数は小さくなる。  同様に、タービンがあまりにも早く動作する場合、すなわち先端速度比が増加する場合は、パワー係数はやはり低下する。従って、先端速度比を曲線の頂部の最大パワー係数を与える値の極めて近くに維持することが重要である。このことは、閉ループ内の液圧がタービンの回転速度と風速との関数としてどのように変化するかを調査することによっても理解できる。これは、図４ｄに示されている。この図では、風速が増加することにより、タービンの速度が増加して、閉ループの圧力を最大にする。しかしながら、最大のタービン効率は、必ずしも最大の液圧に一致しない。
【００１９】
このため、モータ及び発電機を望ましいパワー周波数を提供する回転速度で動作させておき、風速の変化に基づいてタービンポンプの静圧変位に対してモータの静圧変位を変化させることによって、タービンに可能にされた回転速度を調整する必要がある。
【００２０】
最も一般的なパワー生産システムでは、発電機は所定の周波数で動作する必要があり、この周波数は、発電機がパワーを与えるグリッド、又はパワーが与えられるパワー消費システムの特性のいずれかによって制御される。提案されたシステムでは、モータの変位が閉ループの液圧制御システムの一部を形成するため、タービンの速度が設定値と異なる場合、発電機が設定値に近い速度で回転するまで、速度値の間の相違がモータの変位を変化させる原因になる。さらに、タービンのピッチを風速の関数として変化させることによって、液圧モータ及び発電機が望ましい速度でまたこれにより望ましい周波数で動作するように強制される場合でさえ、最大の効率を得るようにタービンを設定することができる。
【００２１】
解決すべき重要な問題は、風力システムの中にパワー生産システムの主要な重量を実際に配置することである。風力システムの中でマストの上部から離れて発電機を配置するには、重量の大部分をマストの上部から地面まで移動させる必要がある。地表面に発電機を配置することにより、前記発電機の管理及び保守がさらに容易になる。タービンから離して発電機を配置するためには、静圧伝達システムなどの動力伝達手段を使用する必要がある。風力タービンが発生したパワーを移送するために水力伝達装置を使用することは、タービンから離れた地上にモータ／発電機のユニットを配置するなど、幾つかの特許公開の中で提案されている。しかしながら、提案されたシステムには、背景技術の中で説明されたような多くの欠点がある。
【００２２】
さらに、本発明は、発電機がスタンドアロン形でパワー消費量が可変の装置に接続され、かつ大きなグリッドに同期されない場合に、モータの速度制御の問題に対処する。
【００２３】
本発明は、タービン及びモータの両方の、またこのため、発電機が電気グリッドに接続されない場合の発電機の閉ループ式速度制御をさらに提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前述の問題を改善するための本発明による解決策は、時間的に変化する流速ｖの流体によって駆動されるように構成されたタービンを備えたタービン駆動の電力生産システムである。前記タービンは静圧変位ポンプに接続され、このポンプは静圧伝達システムの一部として静圧変位モータにさらに接続され、モータは所定の望ましい周波数ｆｄｅｓに近い周波数ｆｇのＡＣ電力を供給する発電機を駆動するように構成される。本発明によるシステムの新しい特徴は、体積変位制御用アクチュエータのために制御信号を連続的に計算するための入力として１つ以上の速度測定値を用いるように構成された閉ループ制御システムである。このアクチュエータは、静圧モータの体積変位ｄを連続的に調整するように構成された前記静圧モータ上で動作する。
【００２５】
本発明の好適な実施形態によれば、電力生産システムでは、閉ループ制御システムが流体の速度ｖを示す速度信号を流体速度メータから連続的に受信し、かつタービン２の回転速度の測定値ωを示すタービン回転速度信号をタービン回転速度センサ１２ｍから連続的に受信するように構成される。前記風速及びタービン回転速度信号に基づいて、静圧モータ８の体積変位を連続的に調整するために静圧モータ上の体積変位制御用アクチュエータ１７に対して制御信号（１６）が計算される。
【００２６】
本発明によれば、このシステムがこのように設定されたタービンの先端速度比を維持するように使用されるため、前記流体速度ｖが変動する間に電力生産システムの電力効率の向上が実現される。
【００２７】
本発明に基づいて、タービンの回転速度を測定して制御システムに対する入力としてこれを用いることは、米国特許明細書第４，５０３，６７３号で説明されているような、発電機の速度を制御するために圧力の測定値を用いるシステムと比較する場合、幾つかの利点が存在する。この利点には、最大効率に対して動作点の精度が向上されることが含まれる。これは、所定の風速に対してタービン速度における変化による液圧の変動する比率が小さいためであり、これはその動作に不確実性をもたらす可能性がある。図形的な関係が、この問題を悪化させる可能性がある凹面形の上向きであることも考えられる。タービン速度制御を用いて、タービンの効率を最大にする速度をより正確に画定することができる。前述の結果として、また液圧がシステムで生ずる方法のために、圧力制御システムに対する許容できる動作的な応答を提供する上で問題となる恐れがある。この場合、また不安定性を避けるために、システムコントローラの利得値は、その定常状態の精度をさらに妥協するレベルに設定する必要がある。
【００２８】
説明される図面は単に例示するためであり、本発明を限定すると解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、タービン駆動式電力生産システム（１）から構成する。タービン（２）は流体（３）によって駆動されるように構成され、この流体は、風力タービン又は水力タービンなどの場合のように、時間的に変化する流速（ｖ）を有する。下記の明細書では、風力タービンを備えた実施例のみが説明されているが、当業者には明らかなように、本発明は水力駆動のタービンにも等しく適用できる。タービン（２）は、静圧伝達システム（７）の一部として、静圧変位モータ（８）にさらに接続された静圧変位ポンプ（６）を動作するように接続される。図１を参照されたい。この静圧システムは、閉ループ式静圧システム又は開ループ式静圧システムとすることができる。静圧モータ（８）は、ＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）の回転軸に接続されることによって、回転モーメントを移送するように構成される。このＡＣ電力は通常、所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）の近くで安定化された周波数（ｆｇ）で生産されるように要求される。
【００３０】
本発明によって示された新規で好ましく重要な特徴は、体積変位制御用アクチュエータ（１７）のために制御信号（１６）を連続的に計算するための入力として１つ以上の速度測定値を用いるように構成された閉ループ制御システム（１５、１５ａ）である。このアクチュエータ（１７）は、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するように構成された前記静圧モータ上で動作する。変位の中の変化により、作動流量が変動される。これは最終的に、ポンプからの出力流量がモータの流量に対する要求に適合するまでタービンの速度を変化させる。静圧モータの体積変位を制御することに関する幾つかの利点が、下記のように与えられる。
【００３１】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、閉ループ制御システム（１５）が流体（３）の速度（ｖ）を示す速度信号（１１）を流体速度メータ（１１ｍ）から連続的に受信し、かつ前記タービン（２）の回転速度の測定値（ω）を示すタービン回転速度信号をタービン回転速度センサ（１２ｍ）から連続的に受信するように構成され、かつ前記風速及びタービン回転速度信号（１１、１２ｓ）に基づいて、前記静圧モータ上の体積変位制御用アクチュエータ（１７）に対する制御信号（１６）を計算するために、静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するように構成される。
【００３２】
制御システム（１５）には、モータ変位制御用サブシステム（１５ａ）が含まれる。
【００３３】
図２は、システム内の静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を変化させる工程を含む本発明の好ましい実施形態を例示している。このシステムでは、発電機（９）が利用可能な無効電力を有する電気グリッド（１４）又は地域グリッド（１３）に接続されている。発電機（９）はこの場合、非同期式の発電機である。
【００３４】
さらに、この静圧伝達システムは、前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために静圧モータに接続され、かつ前記制御信号（１６）を受け取るように構成された体積変位制御用アクチュエータ（１７）を備えている。静圧モータ（８）の体積変位容積（ｄ）を増加させる場合、モータ軸を所定の角度回転させるためには、より大きな流体体積が要求され、また体積変位容積を減少させる場合は、同じ所定の角度だけモータ軸を回転させるためにはより小さな流体体積が必要とされる。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によるシステムは、設定されたタービンの先端速度比（ＴＳＲｓｅｔ）を維持できるように、またこれにより流体速度（ｖ）が変動する間に電力生産システム（１）の電力効率を改善することができるように構成される。この設定されたタービンの先端速度比は、流体速度と一緒に変動する。
【００３６】
風力及び水力タービン式電力生産システムに対して静圧伝達システムを使用することは、ギア駆動式の電力生産システムに対して幾つかの利点を提供する。
【００３７】
一般的な用語で言うと、水力式の装置は高い電力対重量比を提供するため、大きさ及びこれにより設置費用が削減される。従来の機械式システムと比較すると、システム内の可動部分の数を減少することができる。モータ及び発電機をタービンから離して配置する能力と組み合わせると、これはタービンと発電装置の位置のタワーの両方に対する設置及び維持する費用をさらに削減することができる。最近の開発によると、静圧伝達システムの効率因子は、速度比が高い機械的伝達システムの効率に匹敵することが示されている。
【００３８】
一般に、タービン駆動式システムは、ブレーキを開放するのに液圧を使用している。本発明の好ましい実施形態では、発電装置の液体伝達システムは、これが必要とされるブレーキ及びピッチ制御システムに対して液圧オイルを提供する。タービンにブレーキをかける別の方法では、制御された又は固定されたチョークを有する緊急シャットダウン回路及びシャットダウン・バルブがポンプの出口と入口との間に配置されている。
【００３９】
可動部分の数を削減すること及び比率が高いギアボックスがないことにより、電力生産システムから発生する音響雑音が著しく減少される。
【００４０】
本発明によるシステムの１つの重要な特徴は、付加的なインバータ及び／又は可変の羽根角度を要求することなく、風速が変化しても望ましい周波数に近付くように制御された安定した周波数で電力を生産することである。本発明によるシステムは、風速の変動に対して静圧の測定値に基づいて、類似の制御システムよりも早くて正確な動応答を有している。その理由は、従来技術による放物線の圧力曲線の適当な位置での動作とは異なり、本発明の制御システムの動作点が急勾配の線形関数に置かれているためである。
【００４１】
両方とも前に示された解決策によって構成される２つの主要な状態が発生する可能性がある。いわゆる所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は、発電機（９）がグリッド周波数にほとんど影響しない大きないわゆる「堅固な」グリッドの周波数（ｆｇｒｉｄ）、又は電力消費量が変わりやすい地域電力消費システムの要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）のいずれかとすることができる。
【００４２】
従って、本発明によるシステムの１つの実施形態では、発電機（９）は電気グリッド（１４）に接続されるように構成され、また所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は、発電機（９）が電気グリッド（１４）の周波数で動作するように制御するために、前記発電機（９）の前記周波数（ｆｇ）に影響又は支配する電気グリッド（１４）の周波数（ｆｇｒｉｄ）である。
【００４３】
本発明によるシステムの別の実施形態では、発電機（９）は、周波数（ｆｇ）のＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）によって影響される周波数を有する地域電力消費システム（１３）に接続されている。所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は、地域電力消費システム（１３）の固定され要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）である。
【００４４】
システムの主な目的は、電力グリッド又は地域電力消費システムが現在の電力生産を吸収できるという条件のもとで、タービンのタービン先端速度比を設定されたタービン先端速度比（ＴＳＲｓｅｔ）にできるだけ近付けるように維持して、これにより風速（ｖ）が変動する間に電力生産システム（１）の効率を向上させることである。この場合、各風速で最大電力を生産するために要求された発電機の出力周波数で動作するように強制された場合、発電機上の静圧モータからのトルクを最大にして、これにより発電機からの利用可能な電力を増加させることができる。設定されたタービン先端速度比は、前述したように、風速に応じて変動する。システムは、発電機が望ましい周波数の近くで動作するためにモータの回転速度を調整するようにさらに構成される。モータ変位容積の調整により、タービン速度の変化が発生する。言い換えると、本発明の目的は、必要に応じて、風速が連続的に変化しても最大の電力を生産するように、発電機上の静圧モータからのトルクを最大にできるようにすることであると言うことができる。
【００４５】
図３は、システム内の静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）の変動を含む、本発明の別の好ましい実施形態を例示している。このシステムは、発電機（９）が主要で堅固なグリッド又は地域電力消費システム（１３）に接続されている。この場合、発電機（９）は同期式発電機である。発電機（９）を要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）で動作するように制御するための所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は、電気グリッド（１４）の測定された周波数（ｆｍｅａｓ）又は地域電力消費システム（１３）から要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）である。測定値は、制御システム（１５）に与えられる。この制御システム（１５）は、発電機（９）が電気グリッド（１４）又は地域電力消費システム（１３）の周波数で動作するようにモータ回転速度（ωｇ）を制御するように構成されている。そのような別の好ましい実施形態では、発電機は電気回路の中で、またＡＣ機器にとっては一般的に、正しく動作するために５０Ｈｚ又は６０Ｈｚといった多少とも固定した周波数を要求する回路に接続された電気機器の中で唯一の発電機とすることができる。
【００４６】
同期式発電機（９ｓ）は、励起回路（１５ｅ）によって動作される。この励起回路は、出力電圧及び周波数の安定性を向上するために使用することができる。この回路を使用しない場合は、発電機の回転速度の変動に影響されることになる。この励起回路は制御システム（１５）と相互に作用して、生成された出力電力の品質及び電力生産システムの全体的な動作特性をさらに向上する。
【００４７】
同期式発電機を使用する利点は、同期式発電機（９ｓ）は励起回路（１５ｅ）のパラメータを変化させることによって、ネットワークの中でコンデンサのように動作することができることである。このような方法で、同期式発電機は、地域の産業によって又は、電力を生産するために非同期式発電機を用いる他の風力タービンなどの、ネットワーク内の他の非同期式発電機又はモータによって引き起こされた低品質の位相角を改善することができる。
【００４８】
堅固なグリッド：
図２は、システム内の静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を変化させる工程を含む本発明の好ましい実施形態を例示している。このシステムでは、発電機（９）が利用可能な無効電力を有する電気グリッド（１４）又は地域グリッド（１３）に接続されている。発電機（９）はこの場合、非同期式の発電機である。
【００４９】
このため、本発明の実施形態によるシステムでは、発電機（９）は電気グリッド（１４）に接続されるように構成され、所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は電気グリッド（１４）の周波数（ｆｇｒｉｄ）である。言い換えると、グリッド（１４）は非常に大きいので、それは発電機システムに影響されない「堅固な」グリッドを表す。非同期式発電機を使用することにより、グリッドの周波数が発電機（９）の周波数（ｆｇ）に影響して又はそれを支配して、発電機（９）が電気グリッド（１４）の周波数と同じ周波数で動作するように効果的に制御する又は実際に強制する。
【００５０】
非同期式発電機（９）が、無効電力を有する非同期式発電機を提供するために、例えばディーゼルエンジンによって動作される地域電力用発電機を備えた地域電力消費システム（１３）に接続されるように構成される場合、同期式ディーゼル発電機はこの場合地域電力生産システムの周波数を支配し、また非同期式発電機はあたかも堅固なグリッド内に配置されたように動作する。このため、非同期式発電機（９）が電気グリッド（１４）に近い速度で動作するように強制されるので、この発電機（９）はタービン速度を実際に制御する。このことは、固定されたポンプ／モータの流体容量を有し、タービンの先端速度比が最適ではないため、電力生産システムの効率を低下させることになる。従って、本発明のこの好ましい実施形態の目的は、グリッドに対して生産される電力の量に実際的な限度がないと考えるように、タービンを最適な先端速度比の近くで動作させて、発電機上の静圧モータからのトルクを最大にして、各風速で最大の電力を生産するように動作させることができるようにすることである。
【００５１】
図５は、システムの効率を最適にするために使用される制御ループを例示している。制御ループのタービン設定速度は、風速及び最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）の関数である。
【００５２】
モータ速度制御を使用することに関連して、ピッチ制御を使用することをさらに含むことができる。ピッチ制御は、風があまりにも強い場合又は電力生産が需要を超える場合に、タービンの効率を低下させるために使用することもできる。
【００５３】
図６ａは、本発明の別の好ましい実施形態の制御ループを例示している。この実施形態では、モータ速度は同期式発電機と一緒に使用するように一定に維持される。この図面は、モータの実際の速度とモータの設定速度との間の相違が、平衡状態が達成されるまでどのようにモータの変位を変化させるかを例示している。制御動作は、発電機上の変化する電力負荷状態のもとで、また変化する風速のもとでモータ速度の制御を実行する。モータの設定速度は、発電機（９）の要求された出力周波数（ｆｄｅｓ）から計算される。この制御ループは、モータ速度を同期式発電機と一緒に使用するために制御するのに適当であり、堅固なグリッド及び地域の電力消費用の両方に使用することができる。タービン速度は、発電機のトルク対回転速度曲線及び制御特性の間の交点で動作し、かつ消費された出力電力に基づいて調整される。
【００５４】
図６ｂは、図６ａに加えて、タービン速度及びその結果として電力生産システムの効率がシステムの動力学を通して任意のモータ制御動作によって影響されることを示す下側の部分を例示している。システム全体の効率を最大にするために、最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）を維持するように、タービン羽根のピッチを制御することができる。
【００５５】
電力生産システムの一般的な機械的設定
本発明によるシステムがどのように実現されるかに関する実施例が、下記の中で説明される。図７の電力生産システム（１）は、周知の設計の風力タービンタワー（６２）の頂部に配置されている。この電力生産システム（１）は回転ベアリング（６３）上に配置されるため、電力生産システム（１）がタワー（６２）の頂部で、適当な種類のタービン方向用コントローラによって制御されるブル・ギア（bull gear）（６４）及びヨー・ドライブ（yaw drive）（６５）を用いて枢動することができる。
【００５６】
回転ベアリング（６３）上に、ベースフレーム（６６）が恒久的に取り付けられる。このベースフレーム（６６）は、タービン軸（６９）上に風力タービン羽根（６８）を有する風力タービンハブ（６７）を備えた風力タービン設備の動作部分を支持している。このタービン軸（６９）はベアリング（７０）に取り付けられ、また液圧変位ポンプ（６）に連結されると共に、ベアリング（７０）と液圧変位ポンプ（６）との間に配置されたブレーキディスク（７３）を備えている。
【００５７】
液圧固定変位ポンプ（６）は、送りパイプ（７５）及び戻りパイプ（７６）によって可変変位液圧モータ（８）に連結されている。外部への漏れで失われた液体を補充するために液圧システムによって要求される作動液は、リザーバ（７７）からポンプ（３３）によって供給される。図７を参照されたい。電力生産システム（１）の動作は、図７に概略的に示された３つの制御回路によって制御される、すなわち前記タービン羽根ピッチ制御用サブシステム（１５ｂ）及びモータ用の前記モータ変位制御用サブシステム（１５ａ）を含む制御回路（１５）によって制御される。速度制御機能の選択は、発電機（９）が「堅固な」電力グリッド又は地域電力消費システムにさらに接続することに依存する。ピッチ制御用サブシステム（１５ｂ）は、液圧変位ポンプ（６）からのタービン軸（６９）を通して作動液の圧力を制御するための制御信号を提供する。
【００５８】
筐体すなわちナセル（３２）が、風力タービンハブ（６７）及びそのタービン羽根（６８）を除いて、電力生産システム（１）の構成要素をカバーしている。
【００５９】
図８は、液圧要素及び制御システムの要素と一緒に風力電力生産システム（１）の要素を概略的に例示している。
【００６０】
ポンプ（６）及びモータ（８）は、ポンプ（３３）によるリザーバからの流量によって高められる閉回路静圧システム（７）として構成される。この回路は、ポンプ（６）及びモータ（８）に対する圧力を制御し流量を冷却する要素を備えている。タービン用ハブ（６７）は羽根（６８）に対する取付け部を備えていて、その角度（αｐ）は必要な場合ピッチ制御用サブシステム（１５ｂ）によって制御されるアクチュエータで調整される。この目的のための流量は、ブレーキ（７３）を動作させるために必要な流量としてポンプ（６）から得られる。
【００６１】
モータ変位制御用サブシステム（１５ａ）は、タービン（２）の回転速度（ω）を間接的に制御するため及び／又はモータ（８）の回転速度（ωｇ）を直接的に制御するために、モータの変位を制御するための要求事項に基づいて、モータ変位（ｄ）を変化させるためにモータ変位用アクチュエータ（７８）に制御信号（１６）を提供する働きをする。
【００６２】
ブースタ用ポンプ（３３）からの圧力出力は安全弁（４２）によって制御され、リザーバからのその流れをフィルタ（４１）を通して受け取る。この加圧された流れは、どちらかのチェックバルブ（３７）によって静圧回路（７）の低圧側に送られる。安全弁（４２）からの流れは、ポンプ（６）及びモータ（８）を冷却するためにこれらのユニットのケーシングを通って取り込まれる。流れは、空気抜き弁（３９）及び安全弁（４０）によって高圧回路からも取り込むことができ、この流れはポンプ（６）のケーシングに入る冷却流に加えられる。モータ（８）のケーシングからの冷却流はクーラー（４４）及びフィルタ（４５）を通って送られ、その後リザーバ（７７）に戻される。静圧システムの圧力が所定の値を超える状態では、どちらかの安全弁（３８）が開いて、流れを静圧システムの低圧側に送る。
【００６３】
図８は、必要な場合、タービンポンプにブレーキをかけそして停止させる回路をさらに例示している。チョークバルブ（３１ａ）及び遮断弁（３１ｂ）を含む管路が、ポンプ（６）の出力部と入力部との間に設けられている。三方弁（３１ｃ）が、ポンプからモータへの流れをチョークバルブと遮断弁とを通過してポンプへ戻るように方向を変えるために配置された、ポンプ（６）からの主出力管路上に配置されている。これは起動されると、ポンプにブレーキをかけ、また速度が減少すると遮断弁が最終的に閉じて、ポンプを停止させる。
【００６４】
タービンハブ（６７）は、羽根（６８）用の取付け部を備えている。羽根（６８）の角度は、ピッチ制御用サブシステム（１５ｂ）からの制御信号（２０）によって命令されるピッチ制御用アクチュエータ（７９）によって制御される。この目的のための流れ及びブレーキ（７３）を動作させるために必要な流れは、ポンプ（６）から与えられる。ガスの圧力で維持されている液体の容積を有しているアキュームレータ（３４）がこの回路に接続されているため、静圧回路に圧力がない状態でもピッチ制御を動作することができる。ブレーキ（７３）はスプリング（３６）によって維持され、バルブ（３５）が動作されるとシステム圧力によって開放される。チェックバルブ（４３）は、アキュームレータ（３４）の圧力が静圧回路（７）内の圧力よりも低い場合にそれを充填するように開放される。
【００６５】
速度制御及びその安定性の動的な性能を向上させるために、周知の補償技術をモータ変位制御用サブシステム（１５ａ）に適用することができる。これらには、液圧をフィードバックすること及びＰＩＤ（比例、積分及び微分）制御回路を使用することが含まれるため、ダンピング及び定常状態の精度を向上するシステム利得を増加することができる。
【００６６】
発電機がグリッドから外れてモータ軸に抵抗性のトルクがないような状態では、タービンが暴走するのを防ぐことが必要である。液圧を維持しながらポンプの流れがモータを迂回するように動作させる高速動作のバルブを回路の中に組み込むことができる。
【００６７】
電力生産システム（１）の主な目的が本発明の第１の好ましい実施形態に基づいて「堅固な」グリッド（１４）にエネルギーを供給することであり、この「堅固な」グリッド（１４）への接続が公益事業のネットワーク内の重大な故障のために意図せずに失われる又は計画された保守作業に基づいて失われるような状態では、制御システム（１５）のモードを切り換えることによって、電力生産システム（１）の動作を自動的に又は手作業で本発明の第２の好ましい実施形態に切り換えて、そうしないと停電になる可能性がある地域のグリッドに電力の生産を続けることができる。
【００６８】
電力生産システム（１）の現在の機能が本発明の第２の好ましい実施形態に基づいて地域の電力消費システム（１３）にエネルギーを供給することであり、また「堅固な」グリッド（１４）への接続が回復されるような逆の状態では、制御システム（１５）のモードを切り換えることによって、電力生産システム（１）の動作を自動的に又は手作業で本発明の第１の好ましい実施形態に切り換えて、「堅固な」グリッド（１４）への電力を生産するようにすることができる。
【００６９】
ポンプ変位制御
静圧ポンプ（６）の変位は、固定又は可変のどちらかにすることができる。変位が可変のポンプの場合、例えば風／水の速度を用いる計画として選択されるように又は一定の出口圧力を維持するように、変位を構成することができる。このことは、変位が固定されたポンプと一緒に利用できないという利点を提供できる。そのような利点には、静圧伝達の効率が全体的に増加すること、一定の静圧を作ることにより制御特性が向上すること、及び高圧をバイパスする必要なくこのため不要な熱の発生を避けて、高圧のピークを制御することが含まれる。
【００７０】
図９には、複数ユニットの風力発電装置が示されている。４つのタワー（４６，４７，４８，４９）のそれぞれの上に、風力タービン（５０）及び液圧ポンプ（５１）が配置されている。各ポンプ（５１）から、２本の液圧パイプライン（４２）が、発電機（５４）を動作させる共通の可変変位式液圧モータ（５３）に連結されている。この実施形態では、各タービンに対する制御システムが、液圧モータ（５３）に対する共通の制御回路に接続されている。チェックバルブ（５５）が各ポンプの出力部に配置されて、少ない流量又は不十分な圧力を生じるタービンに対する逆流を防いでいる。
【００７１】
前述した伝達システムは、１つ以上のモータ、特に多数の電力変換ユニットを組み込む同様の目的に対して適用することができる。
【００７２】
この明細書は、ＡＣ発電機を使用することに基づいている。しかしながら、希望する場合、ＤＣ発電機を使用することもできる。
【００７３】
この明細書は全体的に、タービン（２）が流体（３）によって駆動されるタービンであると定義している。ここで、前記流体は、風すなわち移動する空気である。別の方法では、この流体は、川の流れ、潮流又は海流などの水流の中で動く水とすることができる。これは、図９で例示された方法に類似している。図９は、地上に配置された１つの液圧モータ及び発電機構体を動作させる多数の風力タービンユニットを備えた本発明の特定の実施形態を例示している。別の方法では、静圧回路の中で発電機に接続された１つ以上の静圧モータに、１つ以上の海の波で駆動される静圧ポンプを接続することができる。
【００７４】
前記静圧モータ（８）の「体積変位（ｄ）」という用語が、この明細書の全体で使用されているが、厳密には、「体積変位の容量（ｄ）」すなわち前記静圧モータ（８）の軸のラジアン回転当たりの処理体積（throughput volume）と呼ぶべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】タービン（２）が時間的に変化する流速ｖの流体によって駆動される、本発明による電力生産システム（１）を例示する図である。このタービン（２）は、静圧伝達システム（７）の中で静圧変位モータ（８）に接続された静圧変位ポンプ（６）を駆動し、モータ（８）は、所定の望ましい周波数（ｆｄｅｓ）に近い周波数（ｆｇ）のＡＣ電力（１０）を供給する発電機（９）を駆動する。流体速度の測定値（ｖ）及びタービン速度の測定値（ω）は、制御信号（１６）を計算するため、及び静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を制御するためにモータ変位制御システム（１５）に対する入力として使用できる。
【図２】システム内の静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を変化させる工程を含む本発明の好ましい実施形態を例示する図である。このシステムでは、発電機（９）が利用可能な無効電力を有する電気グリッド（１４）又は地域グリッド（１３）に接続されている。発電機（９）はこの場合、非同期式の発電機である。
【図３】システム内の静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を変化させる工程を含む本発明の好ましい実施形態を例示する図である。このシステムでは、発電機（９）が高範囲にわたる堅固なグリッド、又は地域電力消費システム（１３）に接続されている。発電機（９）はこの場合、同期式の発電機である。与えられた望ましい周波数（ｆｄｅｓ）は、電気グリッド（１４）の測定された周波数（ｆｍｅａｓ）、又は要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）で動作するように発電機（９）を制御するための地域電力消費システム（１３）の要求された周波数（ｆｌｏｃａｌ）である。測定値は、発電機（９）が電気グリッド（１４）の周波数で動作するように制御するために構成された制御システム（１５）に与えられる。  そのような別の好ましい実施形態では、発電機は電気回路の中で唯一の発電機とすることができ、また回路に接続された電気機器は正しく動作するために、ＡＣ機器の場合はたいていそうであるように、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚといった多少とも固定した周波数を要求する。  同期式発電機（９ｓ）は、励弧回路（１５ｅ）によって動作される。この励弧回路は、これがない場合は発電機の回転速度の変動から影響される可能性がある出力電圧及び周波数の安定性を向上させるために使用できる。  この励弧回路は制御システム（１５）と相互作用して、電力生産システムの発生された出力電力の品質及び全体的な動作特性をさらに高める。  同期式発電機を使用する利点は、同期式発電機（９ｓ）が、励弧回路（１５ｅ）のパラメータを変化することによって、ネットワークの中でコンデンサのように動作することができることである。このような方法で、同期式発電機は、現地産業又は電力を生産するために非同期式発電機を使用する他の風力タービンなどのネットワーク内の他の非同期式発電機又はモータによって引き起こされた貧弱な位相角を改良することができる。
【図４】幾つかの相互に関連がある図面及びグラフの中で、タービン駆動の電力生産システムが風速及びタービンの速度の中の変化にどのように対応するかに関する幾つかの態様を例示する図である。 図４ａは、風力タービンの回転するプロペラを通って吹いている風の速度と共に動く予想された空気の円筒を例示する図である。回転する翼端によって描かれた円は、タービンによって掃引された領域包み、またタービンの１回転の中でタービンを通過する空気の円筒の長さが示されている。風速が増加すると、予想された円筒はタービンに向かってより早く移動し、タービンの回転速度は移動する風の塊の全てのエネルギーを利用するために増加する必要がある。図４ｂは、タービンの先端速度と風速との間の比率を例示する図である。これは、いわゆる先端速度比（ＴＳＲ）と呼ばれる。最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）は、所定のタービン設計に対してタービンの速度と風速との間が線形関係になる。風力から最大のエネルギーを利用するために、２つのタービンの羽根の設計が類似の場合は、２枚羽根のタービンは４枚羽根のタービンよりも早く回転することが示されている。図４ｃは、パワー係数Ｃｐ対ＴＳＲすなわち所定のタービン設計に対する先端速度比のグラフを例示する図である。パワー係数は、最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）に対して最大値を有することが示されている。図４ｄは、風速が増加することによりタービン速度が増加して、閉ループの静圧システム内の圧力が増加し、結果として電力出力が増加することを例示する図である。しかしながら、最大圧力は必ずしも最大電力に一致しない。
【図５】本発明の第１の好ましい実施形態による制御ループを例示する図である。この制御ループのタービン設定速度は、風速と最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）との関数である。
【図６ａ】本発明の別の好ましい実施形態の制御ループを例示する図である。この図の上側は、モータの実際の速度とモータの設定速度との間の差が、均衡条件が達成されるまでどのようにモータの変位を変化するかを例示している。制御動作により、発電機上の変化する電力負荷条件及び変化する風速のもとで、制御されたモータ速度が提供される。モータの設定速度は、発電機（９）の予想出力周波数（ｆｄｅｓ）から計算される。この制御ループは、同期式発電機と一緒に用いるためにモータの速度を制御するのに適当であり、硬直したグリッド及び地域の電力消費の両方に対して使用できる。タービンの速度は、発電機のトルク対回転速度曲線の急勾配のフランク上で動作し、消費された出力電力に基づいてタービンの回転速度を調整する。
【図６ｂ】図６ａに加えて、タービン速度及びその結果、電力生産システムの効率がシステム動力学を通してモータ制御動作によって影響されることを示す下側の部分を例示する図である。システム全体の効率を最大にするために、最適化された先端速度比（ＴＳＲｏｐｔ）を維持するように、タービン羽根のピッチが制御される。
【図７】全体的に静圧モータに接続された静圧タービンを具備する風力タービン発電装置の縦断面図を例示する図である。この静圧モータは発電機に接続され、全ての装置は風力タービンタワーの頂部のナセルの中に配設されている。
【図８】本発明の好ましい実施形態による水力伝達装置及び制御回路を例示する図である。
【図９】複数の風力タービンユニットが地面に置かれた１つの液圧モータ及び発電機に動力を供給する、本発明の特定の実施形態を概略的に例示する図である。
【図１０】本発明の汎用性を例示する図である。この制御システムは、発電機の種類、ネットワークの大きさ及びピッチ制御を使用するかどうかによって大きさが変わる制御空間の中で動作するタービン駆動式電力生産システムを制御することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１：  発電システム
２：  例えば風力タービン又は水力タービンなどのタービン
３：  例えば気流又は水流などの移動する流体
６：  タービン（２）によって駆動される静圧ポンプ
７：  閉ループ式静圧伝達システム
８：  発電機（１０）を駆動する変位モータ
９：  発電機
１０：  発生されたＡＣ電力
ｆｇ：  発生されたＡＣ電力の周波数
ｆｄｅｓ：  外部（堅固な）グリッド上で測定された周波数ｆｍｅａｓ又は変動する地域電力消費者に対して要求された周波数ｆｒｅｑのいずれかの望ましい周波数
ｆｌｏｃａｌ：  地域電力消費システム（１３）の固定され要求された周波数
１１ｍ：  流体（３）の速度（ｖ）を測定するための流体速度メータ
１１ｓ：  流体（３）の速度（ｖ）を示す速度信号
ｖ：  流体（３）の速度
１２ｍ：  タービン（２）の回転速度（ω）を測定するタービン回転速度メータ
１２ｓ：  タービン（２）の回転速度（ω）を示す回転速度信号
ω：  タービン（２）の回転速度
１３：  地域電力消費システム（電力消費量は変動する）
１４：  電力グリッド（堅固）
１５：  制御システム
１５ａ：  モータ変位制御用サブシステム
１５ｂ：  ピッチ制御用サブシステム
１５ｅ：  励起制御
１６：  モータ（８）の体積変位（ｄ）を調整する制御システム（１５）からの制御信号
ｔｓｒｓｅｔ：  タービン（２）の設定された先端速度比
ｄ：  前記静圧モータ（８）の体積変位（ｄ）を連続的に調整するために前記制御信号（１６）を受信する、前記静圧モータ（８）上の体積変位制御用アクチュエータ（１７）
１８ｍ：  発電機（９）の回転速度（ωｇ）を測定するための回転速度メータ
１８ｓ：  発電機（９）の回転速度（ωｇ）を表す信号
ωｇ：  発電機（９）及び変位モータ（８）の回転速度
１９ｍ：  タービン羽根（６８）の角度（αｐ）を測定するためのピッチメータ
１９ｓ：  タービン羽根（６８）の角度（αｐ）を表す信号
αｐ：  タービン羽根（６８）の角度
２０：  羽根角度（ωｇ）制御信号
３１ａ：  チョークバルブ
３１ｂ：  シャットオフバルブ
３２：  ナセル
３３：  外部への漏洩のために失われた液圧システム（７）の閉ループの中の液体を補充するために使用される液圧オイルポンプ
３４：  ガスによる圧力のもとで維持される液体の体積を含むアキュームレータ
３５：  バルブ
３６：  タービン（２）にブレーキをかけるために使用されるスプリングであり、バルブ（３５）が動作されるときにシステム圧力によって開放される
３７：  加圧された流れをポンプ（３３）から静圧回路の低圧側に送るためのチェックバルブ
３８：  リリーフバルブ
３９：  パージバルブ
４０：  リリーフバルブ
４１：  ポンプ（３３）に達する前に、液体をフィルタ処理するためのフィルタ
４２：  ポンプ（３３）から出力する圧力を制御するためのリリーフバルブ
４３：  アキュームレータの圧力が静圧回路の圧力よりも低い場合、アキュームレータを充填するように開くチェックバルブ
４４：  クーラー
４５：  フィルタ
４６〜４９：  風力タービンのタワー
５０：  風力タービン
５１：  液圧ポンプ
５２：  二重の液圧パイプライン
５３：  液圧モータ
５４：  発電機
５５：  チェックバルブ
６２：  タワー
６３：  基礎
６４：  ブル・ギア
６５：  ヨー・ドライブ
６６：  ベースフレーム
６７：  風力タービン
６８：  風力タービンの羽根
６９：  タービン軸
７０：  ベアリング
７３：  ブレーキ
７５：  静圧伝達システム（７）の閉ループ式送りパイプ
７６：  静圧伝達システム（７）の閉ループ式戻りパイプ
７７：  リザーバ
７８：  モータ変位用アクチュエータ
７９：  ピッチ制御用アクチュエータ
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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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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