(57)【要約】  水力タービンの運転を制御するシステムが記述され、システムは、タービン、タービンの運転に影響する活動を測定する手段、タービンの運転を変更する手段、及び中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であって、メモリがＣＰＵに接続されるよう構成され、メモリがＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含む、データ処理装置を備え、ＣＰＵ及びメモリは、測定手段からの情報を受信し、変更手段に対してタービンの運転を変更する命令を実装するよう構成されている。タービンの運転を制御するためのデータ処理システム、コンピュータプログラム要素及び方法も記載されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力タービンの運転を制御するためのシステムであって、
タービンと、
前記タービンの運転に影響する活動を測定するための手段と、
前記タービンの運転を変更するための手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であり、メモリが前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記メモリが、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含むデータ処理装置と、を備え、
前記ＣＰＵ及びメモリが前記測定手段からの情報を受け取るように構成され、前記変更手段に対して前記タービンの運転を変更する命令を実装するよう構成される、
システム。
【請求項２】
活動を測定するための前記手段が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、活動の測定のための流速分布計形式の手段、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記タービンの運転を変更させるための前記手段が、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
水力タービンの運転を制御するためのシステムであって、
タービンと、
流速度（流速）を測定する手段と、
水流方向を測定する手段と、
タービンの負荷又は出力を測定する手段と、
タービンの速度を測定する手段と、
タービンブレード又はフォイルの迎え角を測定する手段と、
タービンの高さを測定する手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であり、メモリが前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記メモリが、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含む、データ処理装置と、を備え、
前記ＣＰＵとメモリが、前記流速度（率）測定手段、前記水流方向測定手段、前記タービン負荷又は出力測定手段、前記タービン速度測定手段、前記タービンの高さ、前記タービンの向き、からの情報を受け取り、前記タービンの運転を制御する命令を実装するよう操作可能に構成される、システム。
【請求項５】
水力タービンの運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含む、メモリと、を備え、
前記ＣＰＵ及びメモリが、タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取り、前記タービンの運転を変更する命令を送るように操作可能に構成される、データ処理装置。
【請求項６】
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、活動の測定のための流速分布計形式の手段、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載のデータ処理装置。
【請求項７】
水力タービンの運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）及び前記ＣＰＵに操作可能に接続されるメモリを備える中央制御装置と、
水力タービンの動作についての情報を伝搬するため、前記中央制御装置と通信するよう構成された少なくとも１つの端末と、
を備え、
前記中央制御装置内の前記メモリが、タービンの運転に影響する活動に関する情報の受け取り、及び、前記タービンの前記運転を変更する命令の前記端末への送信についての、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含む、データ処理装置。
【請求項８】
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、活動の測定のための流速分布計形式の手段、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載のデータ処理装置。
【請求項９】
コンピュータの助力を得て水力タービンの運転を制御する方法であって、
タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取ることと、
前記受け取った情報を分析することと、
前記受け取った情報に基づき、前記タービンの前記運転を変更させる命令を送信することと、
を備える方法。
【請求項１０】
前記タービンの運転に影響する前記活動についての情報が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨーイング又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
水力タービンの運転のためのプログラマブル装置を表現するデータがエンコードされたコンピュータ可読メモリであって、
タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取る手段と、
前記受け取った情報を分析する手段と、
前記受け取った情報に基づき、前記タービンの前記運転を変更する命令を送信する手段と、を備える、
コンピュータ可読メモリ。
【請求項１２】
前記タービンの運転に影響する前記活動についての情報が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載のコンピュータ可読メモリ。
【請求項１３】
コンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプログラム要素であって、
水力タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取ることと、
受け取った情報を分析することと、
受け取った情報に基づき、タービンの運転を変更させる命令を送信することと、
をプログラマブル装置に行わせる、コンピュータプログラム要素。
【請求項１４】
前記タービンの運転に影響する前記活動についての情報が、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せからなる群から選択される、請求項１３に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項１５】
水流から電力を生成する方法であって、
水流を有する領域に水力タービンを設置することと、
前記水力タービンについて、請求項１又は２に記載の水力タービンの運転を制御するためのシステムを提供することと、
水流がタービンを回転させることを可能にすることと、
前記水力タービンから電気を生成するために前記制御システムを使用して、前記水力タービンの電力出力を変更することと、を備える、
方法。
【請求項１６】
例を参照した上述の水力タービンの運転を制御するためのシステム。
【請求項１７】
例を参照した上述の水力タービンの運転を制御するためのデータ処理装置。
【請求項１８】
例を参照した上述のコンピュータの助力を得て水力タービンの運転を制御するための方法。
【請求項１９】
例を参照した上述のコンピュータ可読メモリ。
【請求項２０】
例を参照した上述のコンピュータプログラム要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、水力タービンの運転を制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水流から電力を生成することは知られている。しかし、水流から電力を生成する多くの既知のシステムは、制御が容易でないか、制御することができない。送電網に接続するためには、予測可能で制御可能な電力出力を有することが有益である。さらに、水環境は、大小の海洋生物、泥、シルト、生長物（growths）、その他の複雑性要因などの予測不可能な要素を含む。これまでの制御システムは、この種の出力リスク要因に対処できていない。
【０００３】
本発明は、上述の不都合の１つ以上を改善しようとするものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、本発明は、水力タービンの運転を制御するためのシステムであって、
タービンと、
タービンの運転に影響する活動を測定する手段と、
タービンの運転を変更する手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であって、メモリがＣＰＵに接続可能であり、ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含み、ＣＰＵとメモリが測定手段からの情報を受取り、タービンの運転を変更する命令を、変更手段に実装するよう動作可能に構成されるデータ処理装置とを備えるシステムを提供する。
【０００５】
好ましくは、システムは、所定の水流速度での電力生成を最適化するようにタービンを制御する。典型的には、流速（flow rate）は約１０ノット未満、約８ノット未満、約６ノット未満又は約１乃至５ノットの間である。水流速度は、潮流、河川流、流出又は大洋中又は海中の流れでありうる。本発明は、約５ノット未満の低流速の環境に設置された水力タービンを制御し、最適な電力又は電力生成を提供することにとりわけ好適である。システムは、約８ノットまでタービンを制御するために使用することができる。
【０００６】
タービンは、軸流タービン、トラックベース（track-based）タービン、回転リング（slew-ring）タービンなどの好適なタービンから選択さてよい。好ましくは、タービンは、ＷＯ２００５／０２８８５７、ＷＯ２００５／１１９０５２及びＷＯ２００７／０７０９３５（Atlantis Resources Corporation Pte Limited）に開示されているようなトラックベースタービンである。
【０００７】
タービンは、１つ以上の発電機を作動させる１つの動力取り出し機又は複数の発電機を作動させる複数の動力取出し機を有しうる。
【０００８】
好ましくは、タービンの出力に影響する活動（activity）は、流速度（率）（water velocity (rate)）、水流方向、水流に対する相対位置、負荷、トルク、水中での高さ又は位置、ローターブレード又はフォイルの速度、ローターブレード又はフォイル揚力、ローターブレード又はフォイル抗力、トルク、電力出力、生成された電気、電源負荷などから選択される。
【０００９】
好ましくは、タービンは、１つ以上の水流方向に対する相対的位置決め、高さ又は深さの調節、向き、ローターブレード又はフォイル抗力の変更、電源負荷の変更、トルクの変更、電力の伝達などによって、変更される。
【００１０】
好ましくは、電源負荷は、タービン又はシステムに関連して設置される可変速駆動（ＶＳＤ）を使用して変更される。好ましい構成の１つでは、ＶＳＤは、電力生成システムのパイロン又は取付け構造に設置される。ＶＳＤは、負荷又はトルクに影響を与えるために、発電機への電力を制御又はモニタすることが好ましい。
【００１１】
最低速度又は所望の速度でローターブレードの回転を開始又は継続させて、最適な電力生成を確実にするために、外部電源を使用することができる場合がある。タービンシステムが、送電網に取り付けられているので、制御システムは、必要があれば、タービンの出力を上げるために、送電網からの電力の引き出しを開始することができる。
【００１２】
好ましくは、活動の測定手段は、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、活動の測定のための流速分布計形式の手段、周囲空気温度もしくは周囲水温度又はモーター温度もしくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度又は生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレーの検査ルーチン、及び、これらの組合せのうち１つ以上又はこれらの組合せであってよい。
【００１３】
好ましい実施形態では、タービンの運転を変更させるための手段は、タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、タービンの速度に影響を与えるタービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及びこれらの組合せのうちの１つ以上であってよい。
【００１４】
第２の態様では、本発明は、水力タービンの運転を制御するシステムであって、
タービンと、
流速度（流速）を測定する手段と、
水流方向を測定する手段と、
タービンの負荷又は出力を測定する手段と、
タービンの速度を測定する手段と、
タービンブレード又はフォイルの迎え角を測定する手段と、
タービンの高さを測定する手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であり、メモリがＣＰＵに接続可能であり、ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含むデータ処理装置とを備え、ＣＰＵとメモリが、流速度（率）測定手段、水流方向測定手段、タービン負荷又は出力測定手段、タービン速度測定手段、タービンの高さ、タービンの向き、からの情報を受取り、タービンの運転を制御する命令を実装するよう構成される、システムを提供する。
【００１５】
好ましくは、命令は、トルクを増大させること、トルクを減少させること、タービンの方向を変更させること、タービンの高さを変更させること、タービンの向きを変更させること、ブレード又はフォイル角を変更させること、迎え角を変更させること、ＶＳＤ活動を変更させること、発電機を結合すること又は結合しないこと、送電網から電流を引き出すこと、送電網へ電流を送ることなどから選択される。
【００１６】
第３の態様では、本発明は、水力タービンの運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
ＣＰＵに接続可能なメモリであり、ＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含むメモリとを備え、ＣＰＵとメモリが、タービンの運転に影響する活動の情報を受取り、タービンのオペレーションを変更する命令を送信するよう構成される、データ処理装置を提供する。
【００１７】
好ましくは、データ処理装置は、受信されたタービンの運転に影響する活動に関する情報、受信されたタービンの出力又は運転に関する情報及び／又はタービンの出力又は運転に関する情報をさらに記憶する。
【００１８】
好ましくは、データ処理装置は、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）である。
【００１９】
好ましくは、タービンの運転に影響する活動の情報は、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度、生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレー検査ルーチン、タービンのヨー角度又は海底からの高さを変える油圧モーター、タービンの速度に影響を与えるタービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せのうちの１つ以上である。
【００２０】
第４の態様では、本発明は、水力タービンの運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）及びＣＰＵに動作可能に接続可されるメモリを含む中央制御装置と、
水力タービンの動作についての情報を伝搬するため、中央制御装置と通信するよう構成された少なくとも１つの端末とを備え、
中央制御装置内のメモリが、タービンの運転に影響する活動に関する情報の受信、及び、タービンの運転を変更させる命令の端末への送信についての、ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含む、データ処理装置を提供する。
【００２１】
好ましくは、装置は、各端末が、個々のタービン又はタービンの集合と通信している複数の端末を備える。
【００２２】
好ましくは、中央制御装置は、受信された複数のタービンの運転に関する情報をさらに記憶する。
【００２３】
中央制御装置は、端末に配線で接続されてもよく、又は、電話、無線などによって遠隔アクセスされてもよい。
【００２４】
第５の態様では、本発明は、コンピュータの援助を得て、水力タービンの運転を制御する方法であって、
タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取ることと、
受け取った情報を分析することと、
受け取った情報に基づき、タービンの運転を変更させる命令を送信することと
を備える、方法を提供する。
【００２５】
好ましくは、タービンの運転に影響する活動についての情報は、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度若しくは油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度、生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレー検査ルーチン、タービンのヨー角度又は海底からの高さを変える油圧モーター、タービンの速度に影響を与えるタービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せのうちの１つ以上である。
【００２６】
第６の態様では、本発明は、プログラマブル装置を表現するデータがエンコードされたコンピュータ可読メモリであって、
タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取る手段と、
受け取った情報を分析する手段と、
受け取った情報に基づき、タービンの運転を変更する命令を送信する手段と
を備える、コンピュータ可読メモリを提供する。
【００２７】
好ましくは、タービンの運転に影響する活動についての情報は、潜在的又は実際の障害を検出するソナー装置、流速分布計、周囲空気温度若しくは周囲水温度又はモーター温度、又は油圧オイル温度の測定のための熱電対、タービンのヨー又は線形位置に関する角度又は高さの測定値を受け取るトランスデューサ、潜在的又は実際の障害を検出するための１つ以上の水中又は水上カメラ、タービン速度、生成された電力、生成された電圧、生成された位相を測定する１つ以上のトランスデューサ、潮汐情報、ヒューズ、接続又はリレー検査ルーチン、タービンのヨー角度又は海底からの高さを変える油圧モーター、タービンの速度に影響を与えるタービンへのトルク入力を変える発電機又はインバータ、アラーム、及び、これらの組合せのうちの１つ以上である。
【００２８】
第７の態様では、本発明は、プログラマブル装置に、水力タービンの運転に影響する活動についての情報を受け取らせ、受け取った情報を分析させ、受け取った情報に基づき、タービンの運転を変更させる命令を送信させる、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム要素を提供する。
【００２９】
第８の態様では、本発明は、水流から電力を生成する方法であって、
第１又は第２の態様による電力システムを、水流を有する領域に設置することと、
水流がタービンを回転させることを可能にすることと、
電気を生成するシステムを使用して、タービンの電力出力を変更することと
を含む、方法を提供する。
【００３０】
本明細書を通して、文脈が別途指示しない限り、「含む（comprising）」又は「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」などの変形は、述べられた要素、整数、ステップ、又は要素、整数若しくはステップのグループの包括を示すものであり、他の要素、整数又はステップ又は要素、整数若しくはステップのグループを除外するものではないことが理解されよう。
【００３１】
本明細書に含まれている文書、行為、素材、装置、物品その他の議論は、本発明のコンテクストを提供する目的のためのみになされる。これらの事項のいずれか又は全てが、本明細書に開示される本発明の優先日以前にオーストラリアに存在する、先行技術の基礎の一部をなすか、又は本発明にかかる技術分野における常識であることを容認するものと理解されるものでない。
【００３２】
本発明がより明確に理解されるよう、以下の図面と例を参照して、実施形態が記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明による水力タービンのための制御システムを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明による、水力タービンのための別の制御システムを示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態の制御システムの構成要素を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施形態の制御システムの構成要素を示す概略図である。
【図５】図５は、処理システムの構成要素を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
水中電力生成システムは、典型的には、多数のブレード又はフォイルを有するタービンを備える。システムは、電力を生成する発電機又はポンプなどの電力抽出装置を含み、水圧又は揚力の影響下でのブレード又はフォイルの回転又は運動は、電力抽出装置を介する電力の生成を引き起こす。最も単純な形態では、タービンの運動率又は回転率は、タービンを通り越すか又はタービンを通る水の運動又は流速に比例する。流速が低すぎる場合、タービンは機能せず、電力が生成されない。同様に、流速が不規則又は一貫性がない場合には、電力生成率も不規則又は一貫性がなくなる。
【００３５】
本発明に係る水力タービンの運転を制御するためのシステムの例を図１に示す。タービン４０は、送電網７０に接続されており、電気を生成すること、及び、リンク６０を介して送電網７０に電気を伝送することが可能である。タービン４０は、水の運動の影響下でも動作可能である好適な構成のいずれであってもよい。例としては、ＷＯ００／５０７６８（Marine Current Turbines Limited）に開示されるような風力タービンに類似する軸流タービン、ＷＯ２００５／０２８８５７、ＷＯ２００５／１１９０５２及びＷＯ２００７／０７０９３５（Atlantis Resources Corporation Pte Limited）に開示されるようなトラックベースタービン及びＥＰ １ ４３０ ２２０ （Clean Current Power Systems Incorporated）に開示されるような回転リングタービンを含むがこれらに限定されない。本発明は、トラックベースタービンで試験され、そのようなシステムにとりわけ適している。
【００３６】
タービン４０の運転は、多数の測定手段２２、２４、２６、２８からの情報を受け取り処理する制御システム３０によって実行される。測定手段２２、２４、２６、２８の例は、流速度、流速、水流方向、タービン負荷又は出力、タービン速度、タービンのブレード又はフォイルの迎え角などを測定することができる。測定を行う特定の装置は、タービン４０の周辺環境に配置されることができ、これらの測定値又は情報を制御システムにリレーすることができる。測定手段２２、２４、２６、２８からの情報は、制御システム３０に与えられ、タービン４０の出力は、処理された情報に基づき制御される。所与の環境で情報が処理され、タービン４０に送られた信号又は命令がタービンの出力を最適化することを可能にする特定のソフトウェアが、開発されてきた。
【００３７】
１つの例では、制御システム３０は、プログラマブル論理制御（ＰＬＣ）を有し、最適な電力出力を提供するように、タービンの回転速度を制御するよう構成された可変速駆動（ＶＳＤ）を含むタービン４０と関連付けられている。所与の水流量について最適な電力出力が維持されるように、ＰＬＣは、ＶＳＤを使用してタービン４０の運転速度及びトルクを調整するよう構成される。
【００３８】
システムは、流速が低い場合にタービンの回転を開始又は増大させるため、又は、入力が高い又は低い状況下でのタービンの回転に対する抵抗を克服するために、キック始動機能をさらに含みうる。
【００３９】
図２は、図１のシステムに類似しているが、タービン４０についての外部変更手段５２及び５４をさらに含む構成を示す。変更手段５２及び５４の例は、水流方向に対してタービン４０の位置決め、タービン４０の高さ又は深さの調節、タービン４０のローターブレード又はフォイルの速度の変更、タービン４０に印加される電力負荷又はトルクの変更を含む。可変速駆動（ＶＳＤ）は、電力生成を最適化するために、所望の運動を維持するようタービン４０に反トルクを印加するために使用されることができる。
【００４０】
例えばトラックベースタービンなどの、水流方向に関する特定の位置決めを要するタービンについては、変更手段は、水流方向に対してタービン４０をフォーカスするか又は向ける回転構成（slewing arrangement）でありうる。
【００４１】
システムは、流速が低い場合にタービンの回転を開始又は増大させるため、又は、入力が高い又は低い状況下でタービンの回転に対する抵抗を克服するために、キック始動機能をさらに含みうる。この際、モーター構成によりタービン４０を回転させるために、送信網７０から電力が引かれる。いくつかの形式の発電機は、タービン４０の回転から電力を生成することができるが、送電網７０から受け取った電力によりタービン４０を回転させるモーターとしても使用することができる。制御システム３０は、要求に応じて、発電機への又は発電機からの電力供給を制御することができる。
【００４２】
制御システム３０は、システム１０に近接して配置され、測定手段２２、２４、２６、２８、変更手段５２、５４及びタービン４０に配線接続されることができる。代替的には、制御システム３０は、無線ネットワーク、又はインターネットなどの他の通信ネットワークによって遠隔通信されることができる。制御システム３０は、単一のタービンを制御することができるか、又は、水力タービンファームにある一連のタービンを操作することができる。
【００４３】
制御システム３０は、分散アーキテクチャを含む処理システム５０を含み、後者の例が図３に示されている。本例では、ベースステーション１は、例えばインターネット、及び／又はワイヤレス（wireless）若しくは無線（radio）ネットワークなどの通信ネットワーク２、又は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）４などの通信ネットワーク４を介して多数のエンドステーション３及び５に接続されている。それゆえ、ＬＡＮ４が特定の位置で内部ネットワークを形成しうることが理解されよう。
【００４４】
使用中、処理システム５０は、少なくとも測定手段２２乃至２６及び／又はウェブサイト又は制御入力などの他の手段からの情報を受け取り、ユーザ又はコントローラの端末の形式であるエンドステーション３、５にこれを供給するよう構成されている。このエンドステーション５又はエンドステーション５のそれぞれは、ベースステーション１に情報を提供するように構成されている。
【００４５】
したがって、好適な処理システム５０のいかなる形態が使用されてもよい。一例が図５に示される。本例では、処理システム５０は、図示されるとおり、バス１１を介して共に連結されるプロセッサ６、メモリ７、例えばキーボード及びディスプレイなどの入力／出力装置８、及び外部インターフェース９を少なくとも含む。
【００４６】
したがって、処理システム５０が例えば適切にプログラムされたＰＣ、ＰＬＣ、インターネット端末、ラップトップ、ハンドヘルドＰＣなどの、通常はデータ転送を、ある場合にはウェブブラウザを可能にするアプリケーションソフトウェアを実行する好適な処理システムから形成されうることが理解できよう。
【００４７】
同様にエンドステーション３又はエンドステーション３のそれぞれは、ベースステーション１に位置する処理システム５０と通信するよう構成されなくてはならない。このことにより、多様な形態のエンドステーション３が使用可能となる、ということが理解できよう。
【００４８】
測定手段又は入力２２、２４、２６、２８は、カメラ又はソナーといった他の検出手段及び本書に記載される入力を含みうる。ソナーならびに水中及び水上カメラを使用することができ、これらの出力は、通信ネットワークを介して遠隔モニタされることができる。このようにして、ある種の障害は、適切な態様で遠隔からタービンを停止させるか、タービンの動作を変更させることができるオペレータ又はコンピュータによって検出されることができる。検出手段、ソナー又はカメラはまた、アラーム及び緊急自動停止に接続されてもよい。潜在的障害が、自動的に検出され、ついで制御システム３０が、応答してある他の装置を自動的に起動することができるよう、例えば、形状認識ソフトウェアなどのソフトウェアが使用されてもよい。特定の状況では、アラームの作動、又はタービン４０の運転速度、又は角度もしくは高さの変化といった特定の潜在的危険要因に応答して、その潜在的又は実際の障害が取り除かれるか又は取り除くまで、制御システム３０によって措置が取られることができる。その際、障害が存在しないことも、カメラ若しくはソナー又は他の検出手段によって検出され、タービン４０は、自動的に起動し、電力生成を再開することができる。
【００４９】
さらに、カメラの映像又はソナーの事象は、メモリによって記憶することができる。データ記憶の効率を高めるために、障害の前後の選択された期間は、後の検査のためにメモリ内に残されるが、事象が発生しない他の期間はメモリから削除されうる。
【００５０】
入力２２、２４、２６、２８はまた、ドップラー流速分布計（ＡＤＣＰ）の形式の流速分布計も含み、これは、以下の情報を制御システム３０に報告する。
流速度の１０層の水流（10 laminar water layers）
流方向の１０層の水流（10 laminar water layers）
平均流速度
平均水流方向
潮流の深さ
上述の情報は、ＳＱＬサーバデータベースに記録される。
【００５１】
ＡＤＣＰは、ＰＬＣ制御システムと一体化され、その出力は、プロセッサで使用され、それにより、ＰＬＣ制御システムが、起動信号を通して、油圧モーターなどの要素を起動させ、それにより、出力を最適化するようタービン３０の高さ又はヨー角度が変更される。電力出力を最適化するため、潮流の方向が反転した場合、制御システムは、メジャームーブメント（Major movement）（１８０度回転）として知られるものを行い、潮流が、数度だけ方向を変えた場合、制御システムは、マイナームーブメント（Minor movement）として知られるものを行う。
【００５２】
制御システムはまた、全ての出力へのアクセスを確実に保つ。制御システムへのアクセスは、パスワード保護されており、これは、通信ネットワークが、インターネット又はその他の衛星による通信装置が配置されるあらゆる場所からのアクセスを促進するので、好ましい実施形態において有益である。
【００５３】
制御システム３０は、送電網７０に入る電力の位相角及び振幅を制御するために、多様な装置、ヒューズ、及びスイッチについてのリレーへのＰＬＣリンクを含む多様なレベルの電力をモニタし制御し、また、高電圧出力を制御及びモニタする。
【００５４】
信頼性を高めるために、２４Ｖ回路が、演算回路、ＵＰＳ、センサ及びＩ／Ｏ制御において使用されることが好ましい。さらに、冗長電源が制御システム３０に取り付けられている。各電源は、ダイオードモジュールに接続され、電源のうち1つの電源が故障するか又は欠陥がある場合、この欠陥状態は、ダイオードモジュールで阻止され、他の電源が作動し続けることが可能となる。各電源は、故障信号伝達がＰＬＣＩ／Ｏに接触配線されているので、故障の通知が検出され修復される
【００５５】
ヒューズは、ＰＬＣ出力によって遠隔からリセットされることができる。このことは、ヒューズが、通常、沖合の遠隔位置にあるパイロン上のキャビネットに位置するので、好ましい実施形態において有益である。
【００５６】
電源は、ソーラーパネル又はタービン４０からの潮力を利用する（tapping）などの他の方法によって充電ができる電池の形式で備えられる。
【００５７】
制御システムは、要請があれば、潮流、潮の角度、生成された電力、事象記録に関連する報告の生成も行う。
【００５８】
ＰＬＣに接続される他の測定手段は、浸水モータチャンバ検出器、モーター温度用熱電対、空気温度用熱電対、タービン用タコメータ、モータートルク、振動数、電圧、電流、電力、ＲＰＭを測定するための装置を含む。ＰＬＣはまた、パイロンに沿って、又はパイロンの周りにタービンを動かす油圧モーターにも接続される。位置決め測定装置もまた、正確な測定値及び位置決めが得られるよう、接続される。
【００５９】
電力生成からのデータ、トルク設定のマニュアルオーバーライド、タービン４０の高さ及び角度のマニュアルオーバーライド、実時間の電力生成統計のビュー、電力生成の従前の期間のビュー、カメラ画像のビュー、潮汐表のビュー、実時間の潮汐層流（tidal laminae）、アラーム記録の情報及び機能を、全世界のユーザ又は制御装置位置にも提供するように、ソフトウェアはグラフィカルインターフェースを提供する。
【００６０】
本発明者は、水力タービンの電力出力を大々的に模擬実験しており、この情報に基づき、好適な制御システム１０を開発した。環境因子のわずかな又は微妙な操作であっても、低水流速からも最適な電力生成を可能にすることがわかっている。その流速における出力を最大化するためにタービンの速度を維持するよう制御システム１０がプログラムされるように、所与の流速及びタービンの種類についての設定点を計算することができる。
【００６１】
本発明は、送電網に接続されたトラックベース水力タービンの電力生成の制御及び最適化に成功するよう、本出願人によって使用された。
【００６２】
広範に記載された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、多数の変形及び／又は変更が、特定の実施形態において示された発明になされうることが当業者には理解されよう。本発明の実施形態は、それゆえ、あらゆる面で、例示的であり、制限的でないと理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月21日(2009.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中電力発電機の運転を制御するためのシステムであって、
水中タービンと、
前記タービンの運転に影響する活動を測定するための手段と、
前記タービンの運転を変更するための手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であり、メモリが前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記メモリが前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含む、データ処理装置と、を備え、
前記ＣＰＵ及びメモリが前記測定手段からの情報を受取り、前記変更手段に対して前記タービンの運転を変更させる命令を実装するよう操作可能に構成され、
前記活動を測定するための手段が、ＡＤＣＰ流速分布計、モーター又は油圧オイルの温度を測定するための熱電対、潮汐情報を受取るためのネットワーク接続及びこれらの組合せからなる群から選択される、
システム。
【請求項２】
前記タービンの運転を変更させるための前記手段が、前記タービンのヨー角度又は海底からの高さを変えるための油圧モーター、前記タービンの速度に影響を与える前記タービンへのトルク入力を変えるジェネレータ又はインバータ若しくはブレーキ、アラーム、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
水中電力発電機の運転を制御するためのシステムであって、
水中タービンと、
多様な深度で、流速度及び方向プロファイルを音響学的に測定する手段と、
タービンの負荷又は出力を測定する手段と、
タービンの速度を測定する手段と、
タービンブレード又はフォイルの迎え角を測定する手段と、
タービンの高さを測定する手段と、
中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるデータ処理装置であり、メモリが前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記メモリが前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含む、データ処理装置と、を備え、
前記ＣＰＵとメモリが、前記流速プロファイル測定手段、前記タービン負荷又は出力測定手段、前記タービン速度測定手段からの情報を受け取り、前記タービンの運転を制御する命令を実装するよう操作可能に構成される、
システム。
【請求項４】
水中電力発電機の運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
前記ＣＰＵに操作可能に接続され、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されるプログラムを含む、メモリと、を備え、
前記ＣＰＵ及びメモリが、前記電力発電機に関連づけられるタービンの運転に影響する活動についての情報を受取り、前記タービンの運転を変更する命令を送信するように操作可能に構成され、
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、ＡＤＣＰ流速分布計からのデータ、モーター若しくは発電機又は発電機の油圧オイルの温度の測定のための熱電対からのデータ、ネットワークからの潮汐に関するデータ、及びこれらの組合せからなる群から選択される、
データ処理装置。
【請求項５】
水中電力発電機の運転を制御するためのデータ処理装置であって、
中央処理装置（ＣＰＵ）及び前記ＣＰＵに操作可能に接続されるメモリを備える中央制御装置と、
前記電力発電機と関連づけられる水力タービンの動作についての情報を伝搬するため、前記中央制御装置と通信するよう構成された少なくとも１つの端末と、を備え、
前記中央制御装置内の前記メモリが、タービンの運転に影響する活動に関する情報の受取り、及び前記タービンの運転を変更させる命令の前記端末への送信についての、前記ＣＰＵによって実行されるよう構成されたプログラムを含み、
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、ＡＤＣＰ流速分布計からのデータ、モーター若しくは発電機又は発電機の油圧オイルの温度の測定のための熱電対からのデータ、ネットワークからの局所的潮汐に関連するデータ、及び、これらの組合せからなる群から選択される、
データ処理装置。
【請求項６】
水中電力水中電力発電機の運転を制御する方法であって、
前記電力発電機に関連づけられるタービンの運転に影響する活動についての情報を受け取ることと、
前記受け取った情報を分析することと、
前記受け取った情報に基づき、前記タービンの前記運転を変更させる命令を送信することと、を備え、
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、ＡＤＣＰ流速分布計からのデータ、モーター若しくは発電機又は発電機の油圧オイルの温度の測定のための熱電対からのデータ、ネットワークからの局所的潮汐に関連するデータ、及び、これらの組合せからなる群から選択される、
方法。
【請求項７】
水中電力発電機の運転のためのプログラマブル装置を表現するデータがエンコードされたコンピュータ可読メモリであって、
前記電力発電機と関連づけられるタービンの運転に影響する活動についての情報を受け取る手段と、
前記受け取った情報を分析する手段と、
前記受け取った情報に基づき、前記タービンの前記運転を変更する命令を送信する手段と
を備え、
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、ＡＤＣＰ流速分布計からのデータ、モーター若しくは発電機又は発電機の油圧オイルの温度の測定のための熱電対からのデータ、ネットワークからの負荷潮汐に関連するデータ、及び、これらの組合せからなる群から選択される、コンピュータ可読メモリ。
【請求項８】
コンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプログラム要素であって、
水中電力発電機の運転に影響する活動についての情報を受け取ることと、
前記受け取った情報を分析することと、
前記受け取った情報に基づき、前記水中電力発電機に関連づけられるタービンの前記運転を変更させる命令を送信することと、
をプログラマブル装置に行わせ、
前記タービンの運転に影響する活動についての情報が、ＡＤＣＰ流速分布計からのデータ、モーター若しくは発電機又は発電機の油圧オイルの温度の測定のための熱電対からのデータ、ネットワークからの局所的潮汐に関連するデータ、及び、これらの組合せからなる群から選択される、
コンピュータプログラム要素。
【請求項９】
水流から電力を生成する方法であって、
水流を有する領域に水力タービンを設置することと、
請求項１又は２に記載の水中電力発電機の運転を制御するためのシステムを提供することと、
水流がタービンを回転させることを可能にすることと、
前記水力タービンから電気を生成するために前記制御システムを使用して、前記水力タービンの電力出力を変更することと、を含む、
方法。
【国際調査報告】
2011504559.tif 000008
2011504559.tif 000009
2011504559.tif 000010
2011504559.tif 000011