(57)【要約】      （修正有）【課題】フローティング発電プラント、全地球測位システム（ＧＰＳ）測位システム、電力システム及び制御システムを含むアンカー無しの浮動発電プラントシステムを提供する。【解決手段】浮動発電プラントシステムは、浮動発電プラント上でＧＰＳ測位を実行するように構成されるＧＰＳ測位システムと、浮動発電プラントを駆動するように構成される電力システム３と、ＧＰＳ測位システムからのＧＰＳ測位情報に基づいて電力システムを制御するように構成される制御システム４とを備える。【選択図】図２
2018019586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮動発電プラントと、
前記浮動発電プラント上でＧＰＳ測位を実行するように構成された全地球測位システム（ＧＰＳ）測位システムと、
前記浮動発電プラントを駆動するように構成された電力システムと、
前記ＧＰＳ測位システムからのＧＰＳ測位情報に基づいて、前記電力システムを制御するように構成された制御システムとを備えるアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項２】
前記電力システムは、前記浮動発電プラントに搭載された１つ又は複数の電力プロペラ構造を備え、
前記各電力プロペラ構造は、マウントと、第１の電源と、プロペラと、駆動軸と、ボールローラーベアリングと、位置決めピンと、平歯車セットと、第２の電源と、スラストボールベアリングと、シースチューブと、ベベルギアセットとを備え、
前記第１の電源と、前記プロペラと、前記駆動軸と、前記ボールローラーベアリングと、前記位置決めピンと、前記平歯車セットと、前記第２の電源と、前記スラストボールベアリングと、前記シースチューブと、前記ベベルギアセットとは前記マウントに取り付けられ、
すべての前記電力プロペラ構造は、前記マウントを介して浮動発電プラントに固定され、
駆動モータは駆動軸を介して動力を伝達するように構成され、前記駆動軸は、前記ベベルギアセットを介して動力の駆動方向を変更するように構成され、最終的にプロペラに力が加えられてアレイを移動するように駆動する動力を生成し、
ステップモータは、前記平歯車セット、前記位置決めピン及び前記スラストボールベアリングを介して前記シースチューブを駆動し、プロペラの駆動方向を変更するように構成される請求項１に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項３】
前記第１の電源は前記駆動モータであり、前記第２の電源は前記ステップモータである請求項２に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項４】
前記ＧＰＳ測位システムは、基準サイト装置と、少なくとも２つのＧＰＳ受信機とを備え、前記ＧＰＳ受信機の１つが前記基準サイト装置に取り付けられ、当該１つのＰＳ受信機以外のＧＰＳ受信機は浮動発電プラントに搭載される請求項１に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項５】
前記制御システムは方位角制御モードを含み、
前記方位角制御モードにおいて、浮動発電プラントの初期位置が決定され、浮動発電プラントのリアルタイム位置がＧＰＳ測位システムによってリアルタイムで取得され、リアルタイムの位置が初期位置と比較されて、浮動発電プラントが設計された場所から逸脱している方位角が決定され、浮動発電プラントの方位角オフセットをゼロにする請求項４に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項６】
前記浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機の設計上の位置をＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）とし、設計された位置から逸脱したＧＰＳ受信機のリアルタイム位置はＡ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とし、座標原点はＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）としたとき、
方位角制御モードに対応する制御方法は、
ベクトルＡ０ＯとベクトルＡ０との間の挟角である方位角オフセットθを受信するステップと、
前記方位角オフセットθをフィルタ処理するステップと、
比例積分制御法を用いて、制御オフセットが最初にΔθとして決定され、座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角速度が同じになるようにかつ座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角加速度が同じになるように電力プロペラ構造のプロペラのライン速度が制御され、
浮動発電プラントの方位角オフセットθが−Δθから＋Δθの範囲にある場合には、浮動発電プラントの方位角制御が完了する請求項５に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項７】
浮動発電プラントに複数のＧＰＳ受信機が搭載される場合において、方位角オフセットθをフィルタ処理した後、方位角オフセットθに対して重み付け処理を行う必要があり、
方位角オフセットθに対するフィルタ処理及び重み付け処理を行うことは、
前記複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
前記複数のＧＰＳ受信機の方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を計算するステップと、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を昇順で、θｓｍａｌｌｅｓｔ、θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ、…、θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、θｇｒｅａｔｅｓｔとしてソートするステップと、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップと、
βがΔβより小さいか否かを判定し、βがΔβより小さいときに、方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付けして平均化するステップと、
β≦Δβのときに、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件が成立するか否かを判定し、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たすときに、方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付け平均化する一方、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たさないときには、θｇｒｅａｔｅｓｔとθｓｍａｌｌｅｓｔを削除して新しいシーケンスを生成するステップと、
前記新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、前記新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップに戻る一方、前記新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、
Δβ及びΔβ１の両方は予め設定されたしきい値である請求項６に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項８】
浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機の設計上の位置をＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）とし、設計された位置から逸脱したＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とし、座標原点をＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）としたときに、
前記制御システムは、水平移動制御モードを含み、
前記水平移動制御モードに対応する制御方法は、
ベクトルＡ０Ａはアレイ全体の水平移動であり、比例積分制御法を用いて、最初に制御オフセットをΔＤとして決定することと、
すべての電力プロペラ構造のプロペラの方向をベクトルＡＡ０の方向と同じになるように調整し、浮動発電プラントの水平移動がΔＤから＋ΔＤの範囲内にあるときに水平移動制御を完了することを含む請求項４に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項９】
浮動発電プラントに複数のＧＰＳ受信機が搭載される場合に、制御オフセットＤをフィルタ処理した後に、制御オフセットＤに対してフィルタ処理及び重み付け処理を実行することは、
前記複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
複数のＧＰＳ受信機の制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を計算するステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を、ｄｓｍａｌｌｅｓｔ、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ、…、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、ｄｇｒｅａｔｅｓｔとして昇順でソートするステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップと、
ｄがΔｄより小さいか否かを判定し、ｄがΔｄ未満のときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、ｄがΔｄ以上の場合には、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件が満たされるか否かを判定するステップと、
｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件を満たすときに、制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件が満たされないときに、ｄｇｒｅａｔｅｓｔとｄｓｍａｌｌｅｓｔを削除して新しいシーケンスを生成するステップと、
前記新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、前記新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに、制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップに戻る一方、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに、前記複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、
Δｄ及びΔｄ１の両方が予め設定されたしきい値である請求項８に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【請求項１０】
前記制御システムは、測位モード、追跡モード、及びリスク回避モードを含む３つの動作モードを有し、
前記測位モードにおいて、前記制御システムは浮動発電プラントの姿勢を検出し、フローティング発電プラントの設計された位置及び方位角を用いてリアルタイムで計算され、最初に方位角を制御し、次いで、浮動発電プラントの水平移動がΔＤから＋ΔＤの設定範囲を超えているときに、もしくは、浮動発電プラントの方位角が−Δθから＋Δθの範囲を超えているときに、水平移動を制御することで。浮動発電プラントがリセットされ、
追跡モードにおいて、座標原点Ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）を基準とした水位において浮動発電プラントの方位角を変化させ、一日中太陽光発電アセンブリが直接に太陽に直接に対面し、かつ最大の日射エネルギーを受けるように確立し、
リスク回避モードにおいて、浮動発電プラントの最低風面積を達成するための天気予報に従って、極端な気象条件下で予め、浮動発電プラントが転覆又は破損しないように、浮動発電プラントが指定された方位角に回転され、前記浮動発電プラントは、浮動発電プラントが水の干上がりによって引き起こされた座礁を受けないように、乾季の水位モニタリングシステムに基づいて安全な水域に移動させる請求項９に記載のアンカー無しの浮動発電プラントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発電プラントシステムに関し、特に、アンカー無しの浮動発電プラントシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、すべての浮動発電プラントはアンカーシステムを使用して固定する必要がある。太陽電池アレイ全体の最大印加力を支持することに加えて、アンカーシステムは、さらに、水位の変化に適応してアンカーシステムの最大水平移動を制御する必要がある。このシステムは主に、アンカーケーブル、水底アンカーベース、ウェイトブロック及び様々な接続金具を含む。図１に示すように、太陽光発電アセンブリ１は、浮動発電プラントが設けられる
浮動ポンツーン２上で固定され、アンカーチェーン３がアンカーブロック４に接続される。アンカーチェーン３は、一般に、ステンレス鋼チェーン、ワイヤーロープ、もしくは様々なポリマー材料にてなるケーブルである。アンカーブロック４は、一般に、水底アンカーベースであり、主に鉄筋コンクリートブロック又は鋭いコーナーを備えた伝統的な鉄アンカーである。現在のところ、浮動発電プラントでのアセンブリを追跡することは困難であり、成熟した解決策はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのようなアンカーシステムは非常に複雑であって、ステーションの所在地のために、気象条件、水文データ、水底地形などに基づいて設計が必要である。
【０００４】
しかしながら、アンカーシステムには依然として解決が難しい次の欠陥がある。
１．アンカーシステムは複雑に設計される。アンカーシステムが水位の大きな変化に適応することは困難であり、乾季にはシステムの水平移動を制御することは困難である。
２．アンカーシステムは長期的には水に浸されるため、アンカーシステムの耐食性において高いコストパフォーマンスを達成することは困難である。
３．アンカーシステムは水の下で複雑であるため、アンカーシステムを操作し維持することは困難である。
４．アンカーシステムの境界のために発電プラントを追跡するために、アレイプラットフォーム全体を回転させることは不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、上記の技術的困難と欠陥に応答して、アンカー無しの浮動発電プラントシステムを提供することにより、浮動式発電プラントアンカーシステム技術を覆す。アンカーシステムが存在しないため、上記の欠陥はもはや存在しない。
【０００６】
本開示による解決策は以下の通りである。アンカー無しの浮動発電プラントシステムは、
浮動発電プラントと、浮動発電プラント上でＧＰＳ測位を実行するように構成された全地球測位システム（ＧＰＳ）測位システムと、浮動発電プラントを駆動するように構成された電力システムと、ＧＰＳ測位システムからのＧＰＳ測位情報に基づいて、電力システムを制御するように構成された制御システムとを含む。
【０００７】
上記の解決策のさらなる改善として、前記電力システムは、浮動発電プラントに搭載された１つ又は複数の電力プロペラ構造を含む。各電力プロペラ構造は、マウントと、第１の電源と、プロペラと、駆動軸と、ボールローラーベアリングと、位置決めピンと、平歯車セットと、第２の電源と、スラストボールベアリングと、シースチューブと、ベベルギアセットとを備え、第１の電源と、プロペラと、駆動軸と、ボールローラーベアリングと、位置決めピンと、平歯車セットと、第２の電源と、スラストボールベアリングと、シースチューブと、ベベルギアセットはマウントに取り付けられている。すべての電力プロペラ構造は、マウントを介してフローティング発電プラントに固定される。駆動モータは、駆動軸を介して動力を伝達するように構成され、駆動軸は、ベベルギアセットを介して力の駆動方向を変更するように構成され、最終的にプロペラに力が加えられて動くアレイを駆動する動力を生成する。ステップモータは、平歯車セットを介してシースチューブを駆動するように構成され、位置決めピンとスラストボールベアリングとの間に配置され、プロペラの駆動方向を変更する。
【０００８】
さらに、第１の電源は駆動モータであり、第２の電源はステップモータである。
【０００９】
上記の解決策のさらなる改善として、ＧＰＳ測位システムは、基準サイト装置と、少なくとも２つのＧＰＳ受信機とを含み、複数のＧＰＳ受信機の１つは基準サイト装置に搭載され、ＧＰＳ受信機以外のＧＰＳ受信機は浮動発電プラントに搭載される。
【００１０】
さらに、制御システムは、方位角制御モードを含む。方位角制御モードでは、浮動発電プラントの初期位置が決定され、浮動発電プラントのリアルタイム位置は、ＧＰＳ測位システムによってリアルタイムで取得され、リアルタイム位置が初期位置と比較されて、浮動発電プラントが設計された位置から逸脱し、電力システムは浮動発電プラントの方位角オフセットをゼロにするための方位角が決定される。
【００１１】
さらに、浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機の設計上の位置をＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）とし、ＧＰＳ受信機の設計上の位置からずれたリアルタイム位置をＡ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とし、座標原点をＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）としたときに、前記方位角制御モードに対応する制御方法は、
ベクトルＡ０ＯとベクトルＡ０との間の挟角である方位角オフセットθを受信するステップと、
方位角オフセットθをフィルタ処理するステップと、
比例積分制御法を用いて、制御オフセットが最初にΔθとして決定され、電力プロペラ構造のプロペラのライン速度が、座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角速度が同じになるようにかつ座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角加速度が同じになるように制御されて、浮動発電プラントの方位角オフセットθが−Δθから＋Δθの範囲にあるときに、浮動発電プラントの方位角制御が完了するステップとを含む。
【００１２】
好ましくは、複数のＧＰＳ受信機が浮動発電プラントに搭載されるときに、方位角オフセットθをフィルタ処理した後、方位角オフセットθに対して重み付け処理を行う必要があり、方位角オフセットθに対するフィルタ処理及び重み付け処理を行うことは、
複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
複数のＧＰＳ受信機の方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を計算し、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を、θｓｍａｌｌｅｓｔ，θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ，…，θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、θｇｒｅａｔｅｓｔとして昇順でソートするステップと、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップと、
βがΔβより小さいか否かを判定し、βがΔβより小さいときに方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付け平均化する一方、βがΔβ以上であるときに、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たすか否かを判定するステップと、
｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たすときに、方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付け平均化する一方、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たさないときに、θｇｒｅａｔｅｓｔとθｓｍａｌｌｅｓｔを削除して新しいシーケンスを生成するステップと、
新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップに戻る一方、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、
ここで、Δβ及びΔβ１の両方は、予め設定されたしきい値である。
【００１３】
さらに、浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機の設計上の位置をＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）とし、設計された位置から逸脱したＧＰＳ受信機のリアルタイム位置をＡ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とし、座標原点を（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）とするときに、制御システムは、水平移動制御モードを含む。水平移動制御モードに対応する制御方法は、ベクトルＡ０Ａがアレイ全体の水平移動であり、比例積分制御法を用いて、制御オフセットが最初にΔＤとして決定され、すべての電力プロペラ構造のプロペラの方向をベクトルＡＡ０の方向と同じ方向に調整し、浮動発電プラントの水平移動がΔＤから＋ΔＤの範囲内にあるときに水平移動制御が完了するステップを含む。
【００１４】
さらに、複数のＧＰＳ受信機が浮動発電プラントに搭載されるときに、制御オフセットＤに対してフィルタ処理した後、制御オフセットＤに対して重み付け処理を実行する必要があり、制御オフセットＤに対するフィルタ処理及び重み付け処理を行うことは、
複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
複数のＧＰＳ受信機の制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を計算するステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を、ｄｓｍａｌｌｅｓｔ、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ、…、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、ｄｇｒｅａｔｅｓｔとして昇順でソートするステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップと、
ｄがΔｄより小さいか否かを判定し、ｄがΔｄ未満のときに、制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、ｄがΔｄ以上のときに、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件が満たされるか否かを判定するステップと、
｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件を満たすときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件が満たされないときにｄｇｒｅａｔｅｓｔとｄｓｍａｌｌｅｓｔを削除して新しいシーケンスを生成するステップと、
新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップに戻る一方、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、
ここで、Δｄ及びΔｄ１は共に予め設定されたしきい値である。
【００１５】
好ましくは、制御システムは、測位モード、追跡モード、及びリスク回避モードを含む３つの動作モードを含む。
測位モードにおいて、前記制御システムは、浮動発電プラントの設計された位置及び方位角を用いて前記浮動発電プラントの姿勢をリアルタイムで検出し、最初に方位角を制御し、次いで、浮動発電プラントの水平移動がΔＤから＋ΔＤの設定範囲を超えている場合、もしくは浮動発電プラントの方位角が−Δθから＋Δθの範囲を超えている場合、水平移動を制御することで前記浮動発電プラントがリセットされる。
追跡モードにおいて、座標原点Ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）を基準とした水位において、浮動発電プラントの方位角が、太陽光発電アセンブリが一日中太陽に直接に対面するようにしかつ最大の日射エネルギーを受け取るように変化させる。
リスク回避モードにおいて、浮動発電プラントの最低風面積を達成するための天気予報に従って、極端な気象条件下で予め、浮動発電プラントが転覆又は破損しないように、浮動発電プラントが指定された方位角に回転され、前記浮動発電プラントは、浮動発電プラントが水の干上がりによって引き起こされた座礁を受けないように、乾季の水位モニタリングシステムに基づいて安全な水域に移動させる。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、ＧＰＳ測位システムと太陽電池アレイ上に固定された電力システムとの間の協働によって太陽電池アレイが追跡され位置決めされる。アンカーシステムが存在しないため、背景技術の欄で説明した上記の４つの欠陥は存在しなくなる。加えて、アンカーシステムの境界なしに、電力システムを制御することによって、制御システムによって設定された運動軌道に基づいて、太陽電池アレイを動作させることは容易である（位置決め、回転、水平移動等を含む）。アレイ全体が電力システムを制御することによって固定されるので、アレイが水底のアンカーケーブルと接続されていない場合、太陽電池アレイは、大きな可動浮動プラットフォームを生成することができ、このことはどの水位にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既存の固定システムの概略構造図である。
【図２】本開示によるアンカー無しの浮動発電プラントシステムの概略構造図である。
【図３】図２の電力システムの電力プロペラ構造の概略構造図である。
【図４】フィルタリング処理及び重み付け処理を行うフローチャート第１の実施形態に係る方位角制御モードにおける座標上の座標である。
【図５】第１の実施形態に係る水平移動制御モードにおける座標のフィルタリング処理及び重み付け処理を行うフローチャートである。
【図６】本開示によるアンカー無しの浮動発電プラントシステムの座標の概略的な仮想図である。
【図７】第２の実施形態に係る方位角制御モードにおける座標のフィルタリング処理及び重み付け処理を行うフローチャートである。
【図８】図７の方位角制御モードの概略的なモジュール構成図である。
【図９】フィルタリング処理及び重み付け処理を行うフローチャートである。第２の実施形態に係る水平移動制御モードにおける座標上の座標である。そして
【図１０】図９の水平移動制御モードの概略的なモジュール構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示の目的、解決策及び利点をより明確かつ明白にするために、本開示は、図面及び実施形態に関連して詳細に記載される。本明細書に記載された実施形態は、本開示を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではないことを理解されたい。
【００１９】
図２を参照すると、実施形態によるアンカー無しの浮動発電プラントシステムは、浮動発電プラント、全地球測位システム（ＧＰＳ）測位システム、電力システム３及び制御システム４を含む。ＧＰＳ測位システムは、浮動発電プラントでＧＰＳ測位を実行するように構成される。電力システム３は浮動発電プラントを駆動するように構成される。制御システム４は、ＧＰＳ測位システムからのＧＰＳ測位情報に基づいて電力システム３を制御するように構成される。
【００２０】
浮動発電プラントは、制御システム４の制御対象である。この実施形態では、浮動発電プラントは、複数の浮動体１と、これらの浮動体１に取り付けられた複数の太陽光発電アセンブリ２と、これらの浮動体１を浮動アレイとして接続する接続部材（図示せず）とを備えている。
【００２１】
ＧＰＳ測位システムは、基準サイト装置５と、（例えば、浮動発電プラントの四隅に取り付けられる）浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機とを含み、ここで、ＧＰＳの数
（すなわち、ＧＰＳ受信機の数）は浮動発電プラントに搭載されるのは２以上である。ＧＰＳ受信機７の１つは基準サイト装置５に搭載され、基準サイト装置５に搭載されたＧＰＳ受信機以外のＧＰＳ受信機７が浮動発電プラントに搭載される。これらのＧＰＳ受信機７は、同じ衛星を同時に観測して、基準値に対して、太陽電池アレイ（すなわち、浮動発電プラント）に搭載されたＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を決定する。さらに、太陽電池アレイのリアルタイム姿勢を決定し、ＧＰＳ受信機７の位置を計算することにより計算する。
【００２２】
電力システム３は、光電池アレイ上に取り付けられた高出力プロペラ構造を有する。図３に示すように、各電力プロペラ構造は、マウント１２１と、第１の電源と、プロペラ１１と、駆動軸１２と、ボールローラー軸受１３と、位置決めピン１４と、平歯車セット１５と、第２の電源と、推力ボールベアリング１７と、シースチューブ１９と、ベベルギアセット１２０とを備え、第１の電源と、プロペラ１１と、駆動軸１２と、ボールローラー軸受１３と、位置決めピン１４と、平歯車セット１５と、第２の電源と、推力ボールベアリング１７と、シースチューブ１９と、ベベルギアセット１２０とはマウント１２１に取り付けられている。第１の電源は駆動モータ１０であってもよく、第２の電源はステップモータ１６であってもよい。この前に、既存の浮動発電プラントはそれぞれ、電力システムの設計コンセプトを提案することなく、ケーブルで固定される。
【００２３】
マウント１２１には複数の固定穴１８が設けられ、すべての電力プロペラ構造が固定穴１８を介して太陽電池アレイに固定される。駆動モータ１０は、駆動軸１２を介して動力を伝達するように構成されており、駆動軸１２は、ベベルギアセット１２０を介して力の駆動方向を変更し、最終的にプロペラ１１に力が加わり、アレイを駆動する動力が発生して動くように構成される。ステップモータ１６は、平歯車セット１５、位置決めピン１４及びスラストボールベアリング１７を介して外筒１９を駆動することでプロペラ１１の駆動方向を変更するように構成される。この場合において、プロペラ１１の向きを水平方向に３６０度調整することができる。プロペラ１１は、制御装置４からの制御指令を受信して、太陽電池アレイ全体を回転させ、水平に太陽電池アレイを駆動するための電力を供給することができる。
【００２４】
制御システム４は、無線送受信機と、コンピュータ制御システムと、監視システムとを含む。無線送受信機は、ＧＰＳ測位システムによって決定された太陽電池アレイの位置信号を受信し、異なる動作モードで電力システム３を制御する（追跡、位置決め）するように構成され、これにより、太陽電池アレイを水面上に固定して追跡する。
【００２５】
制御システム４は、主に方位角制御モードと水平移動制御モードの２つの制御モードで電力システム３を制御し、これは本開示の研究開発の焦点であり、以下に詳細に説明する。
【００２６】
方位角制御モードでは、浮動発電プラントの初期位置が決定され、浮動発電プラントのリアルタイム位置は、ＧＰＳ測位システムによってリアルタイムで取得され、リアルタイム位置が初期位置と比較されて、浮動発電プラントは設計された場所から逸脱している方位角が決定される。そして、電力システムは、浮動発電プラントの方位角オフセットをゼロにする。
【００２７】
浮動発電プラントに搭載されたＧＰＳ受信機の設計上の位置をＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）とし、ＧＰＳ受信機の設計位置からの逸脱した位置をＡ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とし、座標原点をＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）とするとき、方位角制御モードに対応する制御方法は、
ベクトルＡ０ＯとベクトルＡ０との間の挟角である方位角オフセットθを受信するステップと、
方位角オフセットθをフィルタ処理するステップと、
比例積分制御法を用いて、制御オフセットが最初にΔθとして決定され、電力プロペラ構造のプロペラのライン速度が、座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角速度が同じになるようにかつ座標原点Ｏを中心に回転するプロペラの角加速度が同じになるように制御され、浮動発電プラントの方位角オフセットθが−Δθから＋Δθの範囲にあるときに浮動発電プラントの方位角制御が完了するステップとを含む。
【００２８】
図４に示すように、複数のＧＰＳ受信機が浮動発電プラントに搭載されるときに、方位角オフセットθをフィルタ処理した後、方位角オフセットθに対して重み付け処理を行う必要があり、方位角オフセットθに対するフィルタ処理及び重み付け処理を行うことは、
複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
複数のＧＰＳ受信機の方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を計算するステップと、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を、θｓｍａｌｌｅｓｔ、θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ、…、θｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、θｇｒｅａｔｅｓｔとして昇順でソートするステップと、
方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップと、
βがΔβより小さいか否かを判定し、βがΔβより小さいときに、方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付けして平均化する一方、βがΔβ以上であるときに、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１であるか否かを判定し、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件を満たすときに方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…を重み付け平均化する一方、｜θｇｒｅａｔｅｓｔ−θｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δβ１の条件が満たされないときにθｇｒｅａｔｅｓｔ及びθｓｍａｌｌｅｓｔを除去して新しいシーケンスを生成するステップと、
新たなシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに方位角オフセットθ１，θ２，θ３，…の標準偏差βを計算するステップに戻る一方、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、ここで、Δβ及びΔβ１の両方は、予め設定されたしきい値である。
【００２９】
水平移動制御モードに対応する制御方法は、ベクトルＡ０Ａがアレイ全体の水平移動であり、比例積分制御法を用いて、最初に制御オフセットをΔＤと決定し、すべての電力プロペラ構造のプロペラの方向をベクトルＡＡ０の方向と同じなるように調整し、浮動発電プラントの水平移動がΔＤから＋ΔＤの範囲内にあるときに水平移動制御が完了する。
【００３０】
図５に示すように、複数のＧＰＳ受信機が浮動発電プラントに搭載される場合には、制御オフセットＤをフィルタ処理した後、制御オフセットＤに対して重み付け処理を実行し、ここで、制御オフセットＤに対するフィルタ処理及び重み付け処理を行うことは、
複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を取得するステップと、
複数のＧＰＳ受信機の制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を計算するステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を、ｄｓｍａｌｌｅｓｔ、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｓｍａｌｌｅｓｔ、…、ｄｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｇｒｅａｔｅｓｔ、ｄｇｒｅａｔｅｓｔとして昇順でソートするステップと、
制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップと、
ｄがΔｄより小さいか否かを判定し、ｄがΔｄ未満のときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、ｄがΔｄ以上のときに｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１であるか否かを判定し、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件を満たすときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…を重み付けして平均化する一方、｜ｄｇｒｅａｔｅｓｔ−ｄｓｍａｌｌｅｓｔ｜＜Δｄ１の条件が満たされないときにｄｇｒｅａｔｅｓｔとｄｓｍａｌｌｅｓｔを削除して新しいシーケンスを生成するステップと、
新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいか否かを判定し、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きいときに制御オフセットｄ１，ｄ２，ｄ３，…の標準偏差ｄを計算するステップに戻る一方、新しいシーケンスのメンバー数が３より大きくないときに複数のＧＰＳ受信機のリアルタイム位置を再取得するステップとを含み、
ここで、Δｄ及びΔｄ１は共に予め設定されたしきい値である。
【００３１】
アンカー無しの浮動発電プラントシステムの制御方法はまた、本開示の焦点の１つであるので、さらに詳細に説明する。例えば、３つのＧＰＳ受信機７が太陽電池アレイに固定される。３つのＧＰＳ受信機は、Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の位置にＧＰＳ受信機Ａがあり、Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）の位置にＧＰＳ受信機Ｂがあり、Ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）の位置にＧＰＳ受信機Ｃがあるように置かれ、ここで、原点はＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）の位置でＯである。太陽電池アレイの幾何学的中心がＯ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）であると設定される。また、電力プロペラ１１はアレイ上にそれぞれ、図６に示すように、Ｄ１（Ｄ１ｘ，Ｄ１ｙ，Ｄ１ｚ）、Ｄ２（Ｄ２ｘ，Ｄ２ｙ，Ｄ２ｚ）、Ｄ３（Ｄ３ｘ，Ｄ３ｙ，Ｄ３ｚ）に設けられる。
【００３２】
ＧＰＳ受信機Ａ、Ｂ、Ｃの設計上の位置はそれぞれＡ０（Ａ０ｘ，Ａ０ｙ，Ａ０ｚ）、Ｂ０（Ｂ０ｘ，Ｂ０ｙ，Ｂ０ｚ）、Ｃ０（Ｃ０ｘ，Ｃ０ｙ，Ｃ０ｚ）とする。
【００３３】
１．方位角制御
【００３４】
まず最初に、浮動発電プラントの初期位置が決定される。浮動発電プラントのリアルタイム位置は、ＧＰＳ測位システムによってリアルタイムで取得され、リアルタイム位置が初期位置と比較されて方位角が決定される。浮動発電プラントは設計された場所から逸脱している。そして、電力システム３は、浮動電力プラントの方位角オフセットをゼロにする。
【００３５】
すなわち、まず、独立したアレイ上の２つの固定ＧＰＳ受信機が決定され、２つのＧＰＳ受信機の初期位置、すなわち、位置ロケーションが設計によって定義されて記録される。ＧＰＳ受信機のリアルタイム位置は、情報取得システムによってリアルタイムで取得される
対応する設計された位置と比較され、ＧＰＳ受信機が設計された位置から逸脱する回転角を決定し、電力システムを制御して回転角をゼロにする。
【００３６】
方位角を制御する方法において、方位角オフセットθは、ベクトルＡ０ＯとベクトルＡ０との間の挟角である。このシステムはまた、ベクトルＢ０ＯとベクトルＢＯとの間の挟角と、ベクトルＣ０ＯとベクトルＣＯとの間の挟角を認識する。取得システムは、取得した方位角オフセットθの精度を確保するように、これらの３つの挟角に関するフィルタリング処理及び重み付け処理などを行うように制御される。例えば比例積分制御方式などの制御方法が使用される。まず、制御オフセットをΔθとして決定する。プロペラのライン速度は、幾何中心を中心に回転する各プロペラの角加速度が同じになるように、幾何中心を中心に回転する各プロペラの角速度が同じになるように制御される。方位角制御は、アレイの方位角が−Δθから＋Δθの範囲にある場合には完了する。
【００３７】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｏの座標に対してフィルタリング処理及び重み付け処理を行う処理を図７に示し、ここで、Δβ及びΔβ１は予め設定されたしきい値である。方位角制御は図８に示されており、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｏの座標に対してフィルタ処理と重み付け処理を行い、フィードバックオフセット処理を行った後、電力システムを駆動するための制御情報を出力する。
【００３８】
２．水平移動制御
【００３９】
ベクトルＡ０Ａはアレイ全体の水平移動である。比例積分制御法などが用いられる。この方法では、制御オフセットが最初にΔＤとして決定され、すべての電力プロペラ構造のプロペラの方向がベクトルＡＡ０の方向と同じになるように調整される。アレイの水平移動がΔＤから＋ΔＤの範囲にある場合には、水平移動制御が完了する座標系におけるフィルタリング処理と重み付け処理は、方位角制御処理のためのものである。図９に示すように、Δｄ及びΔｄ１は予め設定されたしきい値である。水平移動制御を図１０に示す。
【００４０】
本開示によるアンカー無しの浮動発電プラントシステムでは、制御システムは、以下の３つの動作モードを有するように設計することができる。
【００４１】
１．測位モード
【００４２】
制御システムは、アレイの設計された位置及び方位角を用いて、アレイ全体の姿勢をリアルタイムで検出する。アレイは、最初に方位角を制御し、アレイの水平移動がΔＤから＋ΔＤの設定範囲を超えている場合、もしくはアレイの方位角が−Δθから＋Δθの範囲を超えている場合において、水平移動を制御することによってリセットされる。
【００４３】
トラッキングモード
【００４４】
トラックモードでは、太陽光発電アセンブリが一日のうちに太陽に直接に対面しかつ最大の太陽放射エネルギーを受け取ることができるように、太陽電池アレイ全体の幾何学的中心を基準にした水位において、太陽電池アレイ全体の方位角が変更される。
【００４５】
まず、太陽電池アレイの運動軌道は、制御システムによって予め計画されており、すなわち、２４個のシーケンス（方位角、時間）において予め計画されている。指定された期間中、アレイ全体が方位角制御を行うことによって特定の方位角に位置決めされ、配列が水平方向に移動しているか否かが判定される。配列の水平移動が許容値を超えている場合は、水平移動制御を行うことでアレイをリセットする必要がある。
【００４６】
３．リスク回避モード
【００４７】
（例えば、天気予報の黄色のアラームなど、天気予報が異常な天気が来ると報告するかもしれない）天気予報に従って決定される極端な気象条件のもとでは、太陽電池アレイを特定の方位角に回転させ、アレイの最小限の風面積を達成し、発電プラントが転倒又は破損しないことを確保することができる。
【００４８】
乾季には、水位監視システムに基づいて、浮動発電プラントが乾いた水によって引き起こされた撚りを受けないように、光起電アレイを安全な水域に移動させる。この方法を使用する際には、電気を予めシャットダウンする必要がある。
【００４９】
結論として、本開示は以下の利点を有する。
【００５０】
１．アンカー制御システムは、ＧＰＳの測位情報をリアルタイムで取得し、指定された領域に太陽電池アレイが停泊することを確保するように、制御システムを介して電力システムをリアルタイムに制御する。
２．動的経路計画コンピュータ制御システムは、太陽電池アレイ全体の追跡軌道を予め計画し、ＧＰＳ受信機のフィードバック測位情報に基づいて、計画された経路に従って動作するように電力システムを制御することで、太陽電池アレイを追跡し、動作させる。
３．ＧＰＳ受信機のフィードバック測位情報に基づいて、水が乾いてしまう危険性がある場合には、発電を停止することがあり、電力システムによって太陽光発電アレイが安全な水域に引き出される。
【００５１】
本開示は、以下の利点を有する。
１．従来のアンカーシステムの複雑な設計及び実施作業は、システムによって省略することができる。
２．システムのトラッキングモードで固定アレイをトラッキングアレイに変更することにより、発電収入を効果的に改善することができる。
３．このシステムは、水位の変化に対して強い適合性を有する。
４．太陽電池アレイは、非常に厳しい天候下での電力システムによって。安全な領域に引っ張られてもよい。
５．このシステムは、低コストで便利に取り付けることができる。
【００５２】
前述の実施形態は、本開示の好ましい実施形態であり、本開示を限定するものではない。本開示の精神及び原理の範囲内でなされたすべての改変、同等の置換及び改良は本開示の保護範囲内に入る。
【００５３】
本出願は、２０１６年７月２６日に中国国家知的所有権局に提出された、「無揚水発電プラントシステム」と題された中国特許出願第２０１６１０５９０９１１．３号の優先権を主張し、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【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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【図１０】
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【外国語明細書】
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