JP2013545939A - 送電網の機能不全に強い再生可能エネルギー抽出装置 - Google Patents

Abstract

風力発電機の様な再生可能エネルギー抽出装置であって、油圧ポンプによって駆動されるタービンと、配電網に直接接続された発電機を駆動する可変容量油圧モータとを備えている。油圧モータは、作動室容積の連続する各周期の間、各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するように作動可能な電気的に制御される弁を採用する。配電網の機能不全によって発電機の最大吸収トルクの急激な低下が生じた場合は、油圧モータの作動流体の押しのけ流量を実質的に減少させるように電気的に制御される弁を制御し、発電機ロータに作用するトルクを急激に低下させる。このことは、深刻なダメージを引き起こすポールスリップを回避する上で有効である。機能不全の間、油圧モータンの作動流体の押しのけ流量は、発電機ロータの回転位相および回転数が配電網と同期するように制御される。これによって、配電網の機能不全が修復されると、発電が迅速に再開される。油圧ポンプから排出された過剰な作動流体は、アキュームレータに貯留される。貯留量が上限に達した時は加圧された流体が絞りを介して排出されるが、配電網が修復された場合に発電が迅速に再開されるように、油圧トランスミッション内の圧力は維持される。仮に機能不全が継続する場合は、入力パワーを低減させるためにタービン翼を回転させ、仮に機能不全がある期間以上継続した場合は、エネルギー抽出装置はシャットダウンする。

Description

本発明は、油圧トランスミッション及び油圧モータによって駆動する発電機を備える風からエネルギーを抽出する風車など、不安定な再生可能資源からエネルギーを抽出するエネルギー抽出装置の分野に関する。

再生可能エネルギー源から電力を生み出す風車や他のエネルギー抽出装置は、抽出したエネルギーを発電機ロータと連結された原動機を回転させるために使用する。発電機からのエネルギーは、通常は１つまたは複数の電気的負荷を備える交流送電網（ＡＣグリッド）である電力シンク（electricity sink）に導かれる。

本願発明は、さまざまなタイプにわたる発電機を駆動するために使用されるエネルギー抽出装置に関するものの、発明に関する事項は同期発電機の例を参照して説明する。同期発電機のロータは、ちょうど、それが接続されている電力網の周波数で回転する。例えば４極発電機で送電網の周波数が５０Ｈｚでは、ロータは１５００ｒｐｍで回転する。原動機によって与えられる発電機ロータのトルクは、磁気トルクが原動機トルクと等しくなるまで、負荷角（ロータと巻線ステータからの回転磁場との間の位相角）を増加させる。端子電圧と界磁電流を固定とした場合には、負荷角とトルクとの間の関係は概ね正弦曲線的である。発電機トルクは、発電機ロータ界磁回路を流れる界磁電流と端子電圧とに正比例する。回転磁場の強さは、発電機の最大吸収トルクを規定する。仮にトルクが最大トルク値（負荷角９０度）を超えて増加した場合は、発電機は脱調（ポールスリップ）してしまう。これは避けるべき劇的且つ有害な事象である。

電力網は、例えば落雷、強風による送電用鉄塔の倒壊、欠陥、または故障電流によって、たびたび機能不全を起こす。多くの場合では、機能不全（fault）が起こると電圧がゼロ又はゼロ近くまで低下し、電流が劇的に増加する。

このことは発電機にとっての重大な問題である。これが発生した時は、トルク抵抗は、例えば２〜３ミリ秒以内に、急速に低下する。ロータは原動機によって駆動されたままであるので、ロータは同期速度を超えて急速に加速し、極めて早期に脱調が起こり得る。殆どの原動機では、その出力トルクを急速に変化させることは出来ない。この結果として発生する一時的な力は、発電機または原動機と発電機ロータとの間の機械的接続に深刻な損傷のリスクを与えるのに十分である。

したがって、本発明は、機能不全によって発電機の吸収トルクが急速に低下した時に生ずる損傷のリスクが軽減または回避されるエネルギー抽出装置を提供することを目的とする。

また、電力網が回復した時には更なる問題が生じ得る。この場合は、原動機からロータに付与されるトルクを考えれば初期の段階では負荷角が最適化されていないか、及び／又は、ロータの回転周波数が電力網の周波数と異なっているかもしれない。ここでも、一時的な力または電流が作用し、深刻な損傷のリスクを与える恐れがある。この問題は、電力網の機能不全が長引けば長引くほどにより大きなリスクとなる。よって、大半の従来技術の装置では、機能不全が生じた時に、遮断器によって電力網から切り離する。このため、再接続前に、長々しい再同期化プロセスおよび送電網への周波数マッチングを実行しなければならない。したがって、再同期化および周波数マッチングを行っている間は電力網に電力不足が生じ、いくつかの極端な場合では、このことは電力網のそのような機能不全からの回復を阻害する。

さらにまた、本発明の幾つかの実施形態は、機能不全の間も電力網との接続を維持可能とし、電力網の回復時に早期に発電を再開可能なエネルギー抽出装置を提供することを目的とする。

これら問題点の結果として、発電機の電機子を直接電力網に接続しないのが普通である。代わりに、短時間であれば発電された電力を一時的に蓄える（buffer）ことができる整流器やインバータといった追加設備を介して発電機の接続が行われる。しかしながら、これらの追加設備は高価であるとともに、システム全体の信頼性を低下させる。

したがって、本発明の幾つかの実施形態は、電機子が電力網に直接接続されてもよい風車などのエネルギー抽出装置を提供することを目的としている。直接接続することには、
エネルギー抽出によって得られた電力をその装置に送るスイッチ及びブレーカを介しての接続は含まれるが、整流器やインバータを介しての接続は除外される。

本願発明の第１の側面によれば、
再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置の運転方法であって、
前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、及び前記発電機を駆動させる可変容量モータを含む油圧トランスミッションと、を備え、
前記可変容量モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを調整する複数のバルブを含み、
前記又は各作動室と関連付けられる少なくとも１つのバルブは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各サイクルの間に前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積のサイクルとの間に位相関係を有して動作可能である（operable in phased relationship to cycles of working chamber volume）とともに、
前記発電機の最大吸収トルクに関する少なくとも１つの測定値を考慮に入れて、作動室容積の連続する各周期において前記電気的に制御される弁を選択的に作動させることで、前記油圧モータの押しのけ流量とこれに伴って前記油圧モータによって生成されるトルクとを制御することを特徴とするエネルギー抽出装置の運転方法、が提供される。

ここで我々が言及する発電機の最大吸収トルクとは、それを超えると前記同期発電機が脱調を被るかもしれない持続的な最大トルクである。押しのけ流量とは、高圧マニホールドから低圧マニホールドに排出された流体の流量を意味する。作動室容積の各サイクル（周期；cycle）において排出量を選択可能な油圧モータを使用して発電機を駆動し、電気的に制御される弁を作動する時に、発電機の最大吸収トルクに関する少なくとも１つの測定値を考慮に入れることで、発電機の最大吸収トルクが急速に減少した場合に、どのようなタイプの油圧モータであって、油圧モータによって生成されるトルクを迅速に低下させることができる。また、高圧マニホールドから供給される圧力が実際に低下するよりも前に、油圧モータによって生成されるトルクを迅速に低下させることができる。

電気的に制御される弁は、油圧モータにとって生成されるトルクが最大吸収トルクを超えないように、油圧モータの押しのけ流量および油圧モータによって生成されるトルクを選択的に制御するように作動してもよい。

本発明によれば、典型的には機能不全などによって発電機の最大吸収トルクが急激に減少した時に、発電機に生じ得る深刻なダメージを回避することができる。

エネルギー抽出装置は、好ましくは、機能不全応答作動モードを有している。機能不全応答作動モードでは、発電機の最大吸収トルクを低下させる機能不全の検出に応答して、電気的に制御される弁が選択的に作動されることで、油圧モータの押しのけ流量を減少させ、これに伴って油圧モータによって生成されるトルクを減少させる。

機能不全応答作動モードでは、電気的に制御される弁は、油圧モータで生成されるトルクが発電機の最大吸収トルクを超えないことを保証するように、選択的に作動する。一般には、電気的に制御される弁は、機能不全応答作動モードにおいて、油圧モータの押しのけ流量を実質的に、例えば単位時間当たりで２５％ほど、減少させるように作動する。

エネルギー抽出装置が機能不全応答作動モードにある少なくともある状況下において、電気的に制御される弁は、配電網の目標周波数および目標位相に対して相対的に発電機ロータの回転数および回転位相を調整し、油圧モータの押しのけ流量を制御するように選択的に作動してもよい。

配電網と発電機とは、使用時において、（一般には、回路遮断器やしばしば変圧器を介して）電気的に接続される。配電網の目標周波数および目標位相に対して相対的に発電機ロータの回転数および回転位相を調整することは、発電機が接続されている配電網において機能不全が発生し、発電機ロータが配電網の位相や周波数から急速にまたは徐々に外れようとする場合において有用である。油圧モータの押しのけ流量は、配電網の目標周波数および目標位相、並びに発電機ロータの回転数および回転位相に対するフィードバックループ動作を利用して制御されてもよい。発電機の最大吸収トルクが小さ過ぎて発電機ロータの位相および回転数に対して指示を出せないようなときに、油圧モータの押しのけ流量をこのような方法で制御してもよい。位相を適切に調整するため、本発明の方法は、配電網の機能が回復した場合に、配電網の機能が回復したときに発電機ロータに作用する過渡的な力を最小化するような発電機ロータの位相を決定する手段を備えている。機能不全が修復された時の配電網の位相を推定する推定器を備えていてもよい。発電機は、好ましくは油圧モータと機械的に連結されたステータおよびロータを備えている。発電機は、同期発電機であってもよい。しかしながら、本発明の主要な目的は、発電機の交流ネットワーク（一般には全国または一地方の配電網）に対する同期を維持することにある。

機能不全応答作動モードは、最大吸収トルク、または最大吸収トルクに関するパラメータが、１以上の機能不全の検出基準に適合したことをトリガーとすることができる。機能不全の検出基準としては、最大吸収トルクまたは最大吸収トルクに関するパラメータが閾値を下回ったことを含んでもよい。発電機の最大吸収トルクは、例えば、界磁回路の電位差および発電機の界磁電流から算出することができる。最大吸収トルクの低下は、最大吸収トルクを算出しなくても検出することができる。例えば、最大吸収トルクの低下は、発電機の界磁回路内の電位差が閾値を下回ったことによって検出することができる。最大吸収トルクの低下は、発電機の角負荷または力率の変化を測定することによっても判断することができる。また、例えば、負荷角とトルクとの間の関係は概ね正弦曲線的であり（最大吸収可能トルクは角負荷が９０度のときのトルク）、与えられた端子電圧と界磁電流から角負荷と力率の変化量を算出することによっても判断することができる。

したがって、最大吸収トルクに関する少なくとも１つの測定値には、発電機の端子電圧、発電機の界磁電流、発電機の角負荷または力率、油圧モータまたは油圧モータと発電機ロータとを接続するシャフトに作用するトルク、を含んでもよい。油圧モータは、一般には、角位置センサを備え、油圧モータからの作動流体の押しのけ流量および角位置の変化量から油圧モータに作用するトルクを判断する。

配電網と発電機との間の位相差又は周波数差を測定するとともに、理想的な位相差または周波数差（一般には０）を目指して位相差または周波数差を調整し、油圧モータによる作動流体の押しのけ流量を制御することによって、電気的に制御される弁は、（通常動作時に発電機が接続されている）配電網の目標周波数および目標位相に対応して発電ロータの回転数および回転位相を調整し、押しのけ流量を選択的に制御するように作動してもよい。

機能不全応答作動モードにおいて、本願方法は、機能不全応答作動モードにおいて発電機ロータおよび油圧モータを回転させるのに必要なトルクの代表値として記憶されている１以上の値を読み取り、この１以上の記憶されている値に応じて、油圧モータからの作動流体の押しのけ流量を制御するように、電気的に制御される弁を選択的に作動させる。

一般に、各作動室は、各作動室のそれぞれと高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する高圧バルブを有し、各高圧バルブの開弁の頻度によって、それぞれの作動室における作動流体の正味の押しのけ量が決定される。

電気的に制御される弁は、上記高圧バルブを備えていてもよい。各作動室は、各作動室のそれぞれと低圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する低圧バルブを備えていてもよい。高圧バルブは、典型的には能動的に制御される。低圧バルブも、典型的には能動的に制御される。アクティブ制御としては、能動的に開弁すること、能動的に閉弁すること、圧力差または流体の流れに対抗して能動的に開弁を維持すること、圧力差に対抗して能動的に閉弁を維持すること、の１以上を含む。典型的には、能動的に制御されるバルブは、必要に応じて選択的に能動的に開弁、能動的に閉弁、能動的に開弁を保持、および／または能動的に閉弁しながらも、受動的に開弁または閉弁してもよい。

一般には、作動室における作動流体の押しのけ量を決定する電気的に制御される弁の作動は、作動室が収縮を続けることで作動室および低圧マニホールド内の作動流体の圧力を増大させるため、作動室の排出ストローク（作動室容積の各周期は、容積が減少する排出ストロークおよび容積が増大する流入ストロークを含む）の周期手前（すなわち、例えば４５度以下、好ましくは２５度以下）で、作動室と関連付けられる低圧バルブを能動的に閉弁することを含む。

機能不全応答作動モードにおいて、高圧バルブが開弁される頻度は、機能不全応答作動モードに入る直前における高圧バルブが開弁される頻度よりも少なくてもよい。

機能不全応答作動モードにおける高圧バルブが開弁される頻度は、機能不全が検出されていない通常動作モードの場合よりも少なくてもよい。

機能不全応答モードにおける高圧バルブが開弁される頻度は、一般には、機能不全応答作動モードに入る直前における高圧バルブが開弁される頻度の１０％未満、または最大定格出力で作動している通常動作モードの場合の２％未満である。（極めて小さい出力であって、これに比例して頻度も少なくなる）。

油圧トランスミッションは、一般に、油圧ポンプから油圧モータに作動流体を流すための高圧トランスミッションマニホールドを備えている。典型的には、高圧トランスミッションマニホールドは、油圧ポンプの流出口から油圧モータの高圧マニホールドまで延在している。これにより、油圧モータの高圧マニホールド内の圧力は、一般に、高圧トランスミッションマニホールド内の圧力に極めて近くなる。本願方法は、好ましくは、高圧トランスミッションマニホールド内または高圧マニホールド内の圧力を測定すること、および動室容積の各周期において測定された圧力に応じて電気的に制御される弁を制御すること、をさら含んでいる。

高圧または低圧マニホールドおよび高圧または低圧トランスミッションマニホールドにおける相対的なマニホールド圧力について説明する。低圧マニホールドおよび低圧トランスミッションマニホールドは、一般的には、高圧マニホールドおよび高圧トランスミッションマニホールドよりも実質的に低い圧力で加圧されている。典型的には、油圧ポンプの高圧マニホールドと油圧モータの高圧マニホールドとは、高圧トランスミッションマニホールドによって流体的に接続されている。典型的には、油圧ポンプの低圧マニホールドと油圧モータの低圧マニホールドとは、エネルギー抽出装置の低圧マニホールドによって流体的に接続されている。

油圧モータの押しのけ流量は、少なくともある状況においては、タービンに作用するトルクとは独立して、発電機の最大吸収トルクの変化に応じて変化してもよい。

例えば、油圧モータの押しのけ流量は、エネルギー抽出装置が機能不全応答作動モードで作動するときの少なくとも初めのうちは、油圧ポンプによってタービンに作用するトルクとは独立して発電機の最大吸収トルクの変化に応じて可変であることが好ましい。これにより、油圧モータによって生成されるトルクを低下させるためにタービンから供給される電力が低下するのを待つ必要がある場合よりも、油圧モータによって生成されるトルクをより迅速に低下させることができる。またこのことは、短い機能不全の間において継続して発電することを容易にし、エネルギー抽出装置の効率を最大化するとともに、機能不全が修復された時に電力が迅速に（一般には１以上の負荷を備える）配電網に供給されることを保証する。それはまた、油圧ポンプからタービンに供給されるトルクの変化量を減少させることができ、これによってタービン翼への衝撃を低減させることができる。

油圧ポンプは、好ましくは可変容量ポンプである。このことは、流体の流量から独立してタービンの翼に作用するトルクを調整することを容易にする。油圧ポンプは、好ましくは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記または各作動室と低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する複数のバルブを含み、前記又は各作動室と関連付けられる複数のバルブの少なくとも１つは、電気的に制御される弁であって、本願方法は、作動室容積の連続する各周期の間、前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積の周期との位相関係を有して能動的に制御することを含んでいる。

油圧トランスミッションは、油圧ポンプから油圧モータへと作動流体を流すための高圧トランスミッションマニホールドを備えるとともに、高圧トランスミッションマニホールドは少なくとも１つの代替の流体ポートをさらに備え、発電機の最大吸収トルクの低下を検出したことに応答して油圧モータの作動流体の押しのけ流量が減少した時に、この少なくとも１つの代替の流体ポートを介して作動流体が流れるようになっていてもよい。

エネルギー抽出装置は、通常動作モードにおいては、油圧ポンプおよび油圧モータによる作動流体の平均押しのけ流量が同じとなるように作動するが、少なくとも機能不全応答作動モードの初めのうちは、油圧モータによる作動流体の平均押しのけ流量が油圧ポンプによる作動流体の平均押しのけ流量よりも少なくなるように作動するのが好ましい。

また本願発明は、独立した第２の側面である、
再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置の運転方法であって、
前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、可変容量モータ、及び前記油圧ポンプから前記可変容量モータまで延在するとともに少なくとも１つの代替の流体ポートを有する高圧トランスミッションマニホールド、を含む油圧トランスミッションと、を備え、
前記油圧モータを作動させるために前記油圧ポンプから送られる作動流体を代わりに前記少なくとも１つの代替の流体ポートに送り、前記油圧モータの作動流体の押しのけ流量を減少させることで、前記発電機の最大吸収トルクの低下を招く機能不全を検出したことに応答することを特徴とするエネルギー抽出装置の運転方法、にまで拡張される。

油圧トランスミッションは、高圧トランスミッションマニホールド、および該高圧トランスミッションマニホールドと作動流体貯留部とを接続する少なくとも１つの代替の流体ポートを備えていてもよい。

作動流体貯留部は、好ましくは、例えば１以上のオレオ式アキュームレータなどの加圧可能な容器を備える。この１以上の加圧可能な容器は、１以上の電気的に制御される弁によって高圧トランスミッションマニホールドと選択的に流体的連通状態又は流体的非連通状態とされてもよい。

少なくとも１つの代替の流体ポートは、高圧トランスミッションマニホールドから選択的に流体を排出するように作動するリリーフ弁と流体的に接続していてもよい。

一般に、リリーフ弁は、高圧トランスミッションマニホールドから絞り弁を介して流体を選択的に排出するように作動するか、流体が選択的に排出される際の絞りとして機能する。好ましくは、リリーフ弁は、流体を低圧マニホールドまたは貯留部に選択的に排出するように作動する（典型的には、絞り弁を介するか、絞りとして機能する）。好ましくは、リリーフ弁は、高圧トランスミッションマニホールド内の圧力が固定または選択された圧力閾値を越えた時に流体を排出するように作動する、圧力作動式リリーフ弁である。油圧ポンプによって加圧された流体を排出することはエネルギーの無駄ではあるものの、発電機の最大吸収トルクが低下すること自体が滅多にないことであり、このような場合にあっては、エネルギーのロスも許容される。
好ましくは、本願方法は、例えば発電機の最大吸収トルクが一定の期間低い状態のままである場合、高圧マニホールド内の圧力が閾値を超えた場合、または１以上の作動流体貯留部の利用可能な容量が閾値を下回った場合、などの１以上の追加的な条件を成立した場合に限って、リリーフ弁を作動させて選択的に流体を排出させる。好ましくは、高圧トランスミッションマニホールドの圧力は流体が作動流体貯留部に流れる時に上昇し、作動流体貯留部が満杯になった時または高圧トランスミッションマニホールドの圧力が固定または選択された圧力閾値を超えた時に、圧力作動式リリーフ弁が作動する。よって、リリーフバルブは、発電機の最大吸収トルクの低下が検出された後のある期間だけ採用されるバックアップとして設けられてもよい。好ましくは、高圧トランスミッションマニホールドから作動流体が排出された時に、高圧トランスミッションマニホールド内の圧力を圧力閾値（一般的には最大定格作動圧力に近いか等しい圧力）以上に維持するように排出量が選択される。このことは、少なくとも機能不全の継続時間が比較的短い間は作動流体を排出してエネルギー抽出装置のシャットダウンを回避する一方で、仮に機能不全が修復した場合には発電を迅速に再開することを可能にする。

タービンが可変ピッチタービンであって、発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答してタービン翼のピッチが変化してもよい。また、発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答しても直ちにはタービン翼のピッチを変化させずに、ある期間の後、仮に最大吸収トルクが低いままの場合（例えば、最大吸収トルクに関する１以上の測定値が、最大吸収トルクが閾値を下回ったことを示した場合）に、タービンのパワー吸込み量（パワーテイクアップ；power take up）を減少させるように構成されていてもよい。

したがって、比較的短い継続時間の機能不全によって発電機の最大吸収トルクの低下が生じた場合は、エネルギー抽出装置は、パワー吸込み量を減少させることなく作動を継続することが可能である。その期間は固定でも可変でもよい。タービン翼のピッチは、１以上の基準を満たしたときに限りタービンのパワー吸込み量を減少させるように変化してもよい。本願方法は、リリーフ弁を作動する場合に、エネルギー抽出装置内の作動流体の温度を監視してもよい。絞り弁を介して作動流体を排出することは、装置内の作動流体の急速に加熱する。本願方法は、好ましくは、作動流体の温度が閾値に達するか、または作動流体の温度が閾値に達すると予測されたとき（入力された正味の力の総量に基づいて予測される）に、タービン翼のピッチを変化させる。

一般には、発電機からの出力は、配電網と直接に電気的に接続される。本願発明によれば、発電機からの出力を、例えば整流器やインバータなどを介在させず、直接に（一般的には回路遮断器を介して）、配電網と電気的に接続させることができる。これにより、全体的な発電効率を高めることができる。

本願方法は、１以上の発電機または発電機が接続されている配電網の特性を測定し、各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定する１以上のバルブを能動的に制御する時に、この１以上の信号を計算に入れてもよい。

本願発明の第３の側面によれば、
ロータを有する発電機と連動してこれを駆動させる油圧モータの運転方法であって、
前記油圧モータは、
周期的に容積が変化する複数の作動室と、
前記油圧モータと発電機ロータとを接続するとともに、その回転が前記作動室容積の周期と連動しているシャフトと、
低圧マニホールドおよび高圧マニホールドと、
前記低圧マニホールドと各作動室との間の接続を規制する複数の低圧バルブと、
前記高圧マニホールドと各作動室との間の接続を規制する複数の高圧バルブと、
周期単位を基礎とする各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定するために、前記１以上のバルブを能動的に制御するコントローラと、を備え、
前記発電機の特性、または該発電機が接続される配電網の特性に関する１以上の信号を受信するとともに、各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定する前記１以上のバルブを能動的に制御する時に、前記１以上の信号を考慮に入れることを特徴とする油圧モータの運転方法、が提供される。

上記１以上の信号は、発電機の最大吸収トルクに関する信号であってもよい。その信号は、発電機の界磁電流の測定値であってもよい。その信号は、発電機の界磁回路内における電位差の測定値であってもよい。上記１以上の信号は、発電機によって発電された電気の特性に関するものであってもよい。電気シンク（electrical sink）が配電網の場合、その信号は配電網の位相であってもよい。

本願発明の第４の側面によれば、
再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置であって、
前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、及び前記発電機を駆動させる可変容量モータを含む油圧トランスミッションと、を備え、
前記可変容量モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する複数のバルブを含み、
前記又は各作動室と関連付けられる前記複数のバルブの少なくとも１つは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各サイクルの間、前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積のサイクルとの位相関係を有して作動可能であるとともに、
発電機の最大吸収可能トルクに関係する測定値を作成するように構成された少なくとも１つの測定装置と、前記少なくとの１つの測定装置で作成された少なくとも１つの測定値を計算に入れて、前記油圧モータの押しのけ流量とこれに伴って前記油圧モータで生成されるトルクとを制御するように構成されたコントローラと、を備えることを特徴とするエネルギー抽出装置、が提供される。

エネルギー抽出装置は、風力発電機であってもよい。エネルギー抽出装置は、例えば潮流などの流れる流体から電力を生成するタービン発電機であってもよい。

コントローラは、油圧モータによって電気的に制御される弁の選択的な作動を制御することで、油圧モータの押しのけ流量と、これにより油圧モータによって生成されるトルクを制御する。コントローラは、電気的に制御される弁を能動的に制御するバルブ制御信号を生成してもよい。コントローラは、典型的には油圧モータに一体化されて制御信号を生成する更なるコントローラに応答して、要求信号のような信号を生成してもよい。コントローラは分散して配置されていてもよく、例えば、油圧モータ、及び油圧モータを制御するためのものであって典型的には油圧モータと一体化される機械コントローラ、を含む複数の部品を制御するシステムコントローラを含んでいてもよい。この場合、コントローラのいくつかの機能は、システムコントローラによって実行され、いくつかはマシーンコントローラによって実行される。

典型的には、コントローラは油圧モータの押しのけ流量を制御し、これにより油圧モータで生成されるトルクが最大吸収トルクを超えないように制御する。

エネルギー抽出装置は、好ましくは、コントローラが油圧モータの押しのけ流量を減少させ、これにより発電機の最大吸収トルクを低下させる機能不全の検出に応答して油圧モータによって生成されるトルクを減少させる機能不全応答作動モードを有している。機能不全応答作動モードでは、コントローラは、油圧モータによって生成されるトルクが発電機の最大吸収トルクを超えないことを保証する。一般にコントローラは、機能不全応答作動モードにおいて、油圧モータの押しのけ流量を実質的に、例えば単位時間当たりで２５％ほど、減少させる。

コントローラは、最大吸収トルクまたは最大吸収トルクに関するパラメータが、１以上の機能不全検出基準を満たしたことを検出したことに対応して、機能不全応答作動モードに入るように構成されてもよい。コントローラは、電圧計や電流計で測定された界磁回路の電位差や発電機の界磁電流から発電機の最大吸収トルクに関するパラメータを決定するように構成されてもよい。コントローラは、最大吸収トルクの低下を検出するために、最大吸収トルクを算出する必要はない。

エネルギー抽出装置は、界磁回路内における電位差を測定するセンサ、発電機の界磁電流を測定するセンサ、発電機の負荷角または力率を測定するセンサ、油圧モータまたは油圧モータと発電機とを接続するシャフトに作用しているトルクを測定するセンサ、油圧モータのシャフト、油圧モータから前記発電機ローラに延在するドライブシャフト、またはロータの角位置を測定するための角位置センサ、の中の１以上のセンサを備えてもよい。コントローラは、上記１以上のセンサからデータを受信し、そのデータを流体作動モータの押しのけ流量を決定する際の計算に入れてもよい。

コントローラは、少なくともエネルギー抽出装置が機能不全応答作動モードにある状況下において、配電網の目標周波数および目標位相に対応して発電機ロータの回転数および回転位相を調整し、油圧ポンプの押しのけ流量を制御するように構成されていてもよい。

コントローラは、配電網の目標周波数および目標位相、並びに発電機ロータの回転数および回転位相に対するフィードバックループ動作を利用して、油圧モータの押しのけ流量を制御するように構成されていてもよい。コントローラは、発電機の最大吸収トルクが小さ過ぎて発電機ロータの位相および回転数に対して指示を出せないような時に、油圧モータの押しのけ流量をこのような方法で制御してもよい。位相を適切に調整するため、コントローラは、配電網の機能が回復した場合に、配電網の機能が回復したときに発電機ロータに作用する過渡的な力を最小化するような発電機ロータの位相に関するデータを受信するか、または決定してもよい。

エネルギー抽出装置は、通常動作時に発電機が接続される配電網の位相または周波数を測定する１以上のセンサ、または通常動作時に発電機が接続される配電網の位相または周波数に関するデータを受信する入力手段を備えていてもよい。エネルギー抽出装置は、通常動作時に発電機が接続される配電網の位相または周波数の予測値を決定するための予測モジュール（コントローラによって実行されるソフトウェアモジュールであってもよい）を備えていてもよい。エネルギー抽出装置は、目標位相および目標周波数を決定するように構成された目標算出モジュールを備えていてもよい。コントローラは、配電網の測定されたまたは目標の周波数および目標位相に応答して、発電機ロータの回転数および回転位相を規制するように構成されていてもよい。エネルギー抽出装置は、機能不全応答作動モードにおいて発電機ロータおよび油圧モータを回転させるのに必要なトルクの代表値として記憶されている１以上の値を記憶する記憶手段を備えていてもよく、測定されたまたは目標の周波数および位相に応じて発電機ロータの回転数および位相を規制するために、コントローラが上記１以上の記憶されている値を記憶手段から読み取るように構成されていてもよい、

典型的には、各作動室は、各作動室のそれぞれと前記高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する高圧バルブを有し、各高圧バルブの開弁の頻度によって、それぞれの作動室における作動流体の正味の押しのけ流量が決定される。上記電気的に制御される弁が上記高圧バルブを含んでいてもよい。各作動室は、各作動室のそれぞれと低圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する低圧バルブを備えていてもよい。高圧バルブは、典型的には能動的に制御される。低圧バルブも、典型的には能動的に制御される。

コントローラは、機能不全応答作動モードに入った時には、機能不全応答作動モードに入る直前よりも高圧バルブを開弁する頻度を少なくするように構成されていてもよい。コントローラは、機能不全応答作動モードに入った時には、機能不全応答作動モードに入る直前よりも高圧バルブを開弁する頻度を少なくするように構成されていてもよい。

エネルギー抽出装置は、一般に、高圧トランスミッションマニホールドまたは油圧モータの高圧マニホールド内の圧力を測定するように構成された圧力センサを備えている。コントローラは、一般に、測定された圧力を油圧モータの押しのけ流量（一般には油圧ポンプの押しのけ流量）を制御する際の計算に入れるように構成されている。また、アキュームレータも圧力センサを備え、コントローラは、アキュームレータにおける作動流体の圧力の測定値を計算に入れてもよい。

タービンは可変ピッチタービン（すなわち、可変ピッチ翼を有するタービン）であってもよい。エネルギー抽出装置は、典型的には、タービン翼のピッチを調整するピッチコントローラを備えている。ピッチコントローラは、典型的には、コントローラの制御下に置かれる。コントローラは、少なくともある状況下において、タービンに作用するトルクとは独立して油圧モータの押しのけ流量を変化させるように構成されていてもよい。

油圧ポンプは、好ましくは可変容量ポンプであり、
油圧ポンプは、一般に、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、少なくとも１つの作動室と低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する複数のバルブを含み、各作動室と関連付けられる複数のバルブの少なくとも１つは、電気的に制御される弁であって、油圧ポンプの作動流体の押しのけ流量を制御するために、作動室容積の連続する各周期の間、各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積の周期との位相関係を有しながら作動可能である。

油圧トランスミッションは、油圧ポンプから油圧モータへと作動流体を流すため高圧トランスミッションマニホールドを備えていてもよい。高圧トランスミッションマニホールドは、発電機の最大吸収トルクの低下を検出したことに応答して油圧モータの作動流体の押しのけ流量が減少した時に作動流体を受け入れる、少なくとも１つの代替の流体ポートをさらに備えていてもよい。

また本願発明は、独立した第５の側面である、
再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置であって、
前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、前記発電機を駆動させる可変容量モータ、及び前記油圧ポンプから前記可変容量モータまで延在するとともに少なくとも１つの代替の流体ポートを有する高圧トランスミッションマニホールド、を含む油圧トランスミッションと、を備え、
前記可変容量モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する複数のバルブを含み、
前記又は各作動室と関連付けられる前記複数のバルブの少なくとも１つは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各周期の間、前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積の周期との位相関係を有しながら選択的に作動可能であるとともに、
コントローラが、前記発電機の最大吸収トルクの低下を招く機能不全を検出したことに応答して、前記油圧モータを作動させるために前記油圧ポンプから送られる作動流体を代わりに前記少なくとも１つの代替の流体ポートに送り、前記油圧モータの作動流体の押しのけ流量を減少させることで、前記油圧モータによって生成されるトルクを低下させるように構成されていることを特徴とするエネルギー抽出装置、にまで拡張される。

少なくとも１つの上記代替の流体ポートは、高圧トランスミッションマニホールドと作動流体貯留部とを接続するものであってもよい。作動流体貯留部は、好ましくは、例えば１以上のオレオ式アキュームレータなどの加圧可能な容器を備える。この１以上の加圧可能な容器は、１以上の電気的に制御される弁を介して、高圧トランスミッションマニホールドに選択的に接続されてもよい。

少なくとも１つの代替の流体ポートは、リリーフ弁を有する排出路と流体的に接続されており、リリーフ弁は、高圧トランスミッションマニホールドから排出路を介して流体を選択的に排出するように構成されていてもよい。排出路は絞り弁を備えてもよい。絞り弁はリリーフ弁そのものであってよい。排出路は、高圧トランスミッションマニホールドから低圧マニホールドまたは貯蔵器に延在してもよい。リリーフ弁は、高圧トランスミッションマニホールド内の圧力が固定または選択された圧力閾値を越えた時に流体を排出するように作動する圧力作動式リリーフ弁であってもよい。コントローラは、例えば発電機の最大吸収トルクが一定の期間低い状態のままである場合、高圧マニホールド内の圧力が閾値を超えた場合、または１以上の作動流体貯留部の利用可能な容量が閾値を下回った場合、などの１以上の追加的な条件を成立した場合に限って、リリーフ弁を作動させて選択的に流体を排出させるように構成されていてもよい。

排出路（および典型的には絞り弁）は、高圧トランスミッションマニホールド内の圧力を閾値（一般的には最大規格圧力に近いか等しい値）以上に維持するだけの流量の作動流体を高圧マニホールドから選択的に排出するように構成されていてもよい。

エネルギー抽出装置は、コントローラの制御下において、タービン翼のピッチを調整するピッチコントローラを備える場合において、このコントローラは、発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答して前記タービン翼のピッチを変化させるように構成されている。コントローラは、発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答しても直ちにはタービン翼のピッチを変化させずに、ある期間の後、仮に最大吸収トルクが低いままの場合に、タービンのパワーテイクアップを減少させるように構成されていてもよい。その期間は、固定でも可変でもよい。タービン翼のピッチは、１以上の基準を満たしたときに限り、タービンのパワーテイクアップを減少させるように変化してもよい。エネルギー抽出装置は、エネルギー抽出装置内の作動流体の温度を測定する温度センサを備えていてもよく、コントローラは、タービン翼のピッチを変化させるタイミングを決定するとき、その測定した温度を計算に入れてもよい。

典型的には、発電機の出力は配電網と直接電気的に接続されている。本願発明によれば、発電機からの出力を、例えば整流器やインバータなどを介在させず、直接に（典型的には回路遮断器を介して）、配電網と電気的に接続させることができる。

本願の第６の側面によれば、
ロータを有する発電機と連動してこれを駆動させる油圧モータであって、
前記油圧モータは、
周期的に容積が変化する複数の作動室と、
前記油圧モータと発電機ロータとを接続するとともに、その回転が前記作動室容積の周期と連動しているシャフトと、
低圧マニホールドおよび高圧マニホールドと、
前記低圧マニホールドと各作動室との間の接続を規制する複数の低圧バルブと、
前記高圧マニホールドと各作動室との間の接続を規制する複数の高圧バルブと、
周期単位を基礎とする各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定するために、前記１以上のバルブを能動的に制御するコントローラと、を備え、
前記発電機の特性、または該発電機が接続される配電網の特性に関する１以上の信号を受信するとともに、前記コントローラは、各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定する前記１以上のバルブを能動的に制御する時に、前記１以上の信号を計算に入れるように構成されていることを特徴とする油圧モータ、が提供される。この信号の随意的な特徴については、上述した本願発明の第３の側面に関して説明されている。

本願の第１〜第６の側面のいずれかに関して説明された随意的な特徴は、本願の第１〜第６の側面のそれぞれにおける随意的な特徴でもある。

本願発明の第７の側面によれば、エネルギー抽出装置の実行時に、エネルギー抽出装置に本願発明の３つの側面におけるいずれか１つの方法を実行させるか、またはエネルギー抽出装置を本願発明の第４〜第６の側面のいずれか１つのエネルギー抽出装置として機能させる、プログラムコードを備えるコンピュータソフトウェアが提供される。また、本願発明は、本願の第７の側面によるコンピュータソフトウェアを含むコンピュータ読み取り媒体にまで拡張される。

図１は、本発明にかかる風車の概要図である。 図２は、油圧モータの概要図である。 図３は、機能不全期の応答手順のフローチャートである。 図４は、発電機の端子電圧（Ｖ）、油圧モータの流量（Ｆｄ-ｍ）、油圧ポンプの流量（Ｆｄ-ｐ）、図１の風力発電機の系統圧力（Ｐ）のグラフであって、時間軸（秒）は短時間の機能不全の少し前からその後まである。 図５は、同じパラメータのグラフであって、中間継続時間の機能不全の少し前からその後までである。 図６は、同じパラメータのグラフであって、長時間の機能不全の少し前からその後までである。

図１を参照するに、風力発電機１は、可変ピッチタービン２、及び同期発電機４を含んでいる。発電機は、同期回路遮断器８を介して、三相電力系統６（典型的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで作動）に接続されている。接続は、大きな緩衝容量（buffering capacity）を介さない事実上の直接接続である。

タービンからの風力エネルギーは、油圧トランスミッションを介して発電機に伝達される。油圧トランスミッションは、ドライブシャフト１２によって駆動可能にタービンに接続された可変容量ポンプ１０と、さらなるドライブシャフト１６によって発電機のロータと接続された可変容量モータ１４とを備えている。可変容量ポンプおよびモータのさらなる詳細は、図２を参照しながら以下で述べる。

加圧流体マニホールド１８（高圧トランスミッションマニホールドとして機能）が、油圧ポンプの排出口から油圧モータの流入口まで延在している。幾つかの実施形態では、それは並列に接続される複数の油圧モータの流入口まで延在している。複数の油圧モータは、それぞれ、別々の発電機を独立に駆動させてもよい。また、加圧流体マニホールドは、ポート１９および電気的に制御されるソレノイド調整弁２２を介して、作動流体の貯蔵器として機能するオレオ式アキュームレータ（oleopneumatic accumulator）２０と接続している。ソレノイド調整弁２２は、オレオ式アキュームレータから加圧流体マニホールドを選択的に分離可能に構成される。オレオ式アキュームレータには、通常は少なくとも１００バールの比較的高圧の不活性ガスが予め注入されている。また、加圧されたさらなる不活性ガスが、アキュームレータと流体的に接続されたガス容器に保持されていてもよい。
また、加圧流体マニホールドは、さらなるポート２３を介して、リリーフ弁２４と接続されている。リリーフ弁２４は、加圧流体マニホールドから低圧マニホールド２６へ選択的に流体を排出可能である。リリーフ弁は、作動流体が加圧流体マニホールドから低圧マニホールドへ一気に排出されてしまうのを避けるために、使用時には絞られている。低圧マニホールドもまた、作動油の貯蔵タンクまたは低圧アキュームレータ２８まで延在し、使用時において、油圧モータの流出口から油圧ポンプの流入口まで作動流体を流すように機能する。

システムコントローラ３０は、記憶されたプログラムを実行する処理装置を含んでいる。システムコントローラは、油圧ポンプ、油圧モータ、同期回路遮断器、ソレノイド調整弁、及びタービン翼ピッチ作動装置３２に制御信号を発信する。システムコントローラは、位置センサ３４で測定されたタービンの角位置の測定値、位置センサ３６で測定された発電機のドライブシャフトの角位置の測定値、電圧・電流センサ３８で測定された電圧、電流、グリッド位相（phase of grid）に関する電気的測定値、圧力センサ４０によって取得された加圧流体マニホールド内における圧力である系内圧力の測定値、及びさらなる圧力センサ４２を用いることで取得されたアキュームレータ内の圧力の測定値、を含む入力信号を受信する。油圧トランスミッション内の作動流体の温度もまた温度センサ４４によって測定され、システムコントローラに通信される。

発電機の界磁電流は、力率改善モジュール４８からの信号を受信する自動電圧調整器（ＡＶＲ）４６によって制御され、この力率改善モジュール４８は、電圧・電流センサ５０で測定された発電機の出力に関する電気的な測定値を受信する。自動電圧調整器によって決定される界磁電流の測定値、および、位相、電圧、電流などの発電機出力の測定値もまたシステムコントローラに送信され、システムコントローラによって考慮される。

油圧ポンプおよび油圧モータは、周期的に容積が変化する複数の作動室を含む油圧機械である。各作動室によって押しのけられる流体の体積は、作動室容積の各サイクルにて選択可能である。図２は、このタイプの油圧機械１００の概要図である。流体の正味処理量は、作動室容積のサイクルに同調して（in phased relationship to cycles of working chamber volume）機械の個々の作動室と流体マニホールドとの間の流体的な接続を規制するための電気的に制御可能なバルブをアクティブ制御することによって決定される。個々の作動室は、マシーンコントローラによって、選択可能な体積の流体を押しのけるか又は正味の流体押しのけ容積がゼロであるアイドルサイクルを行うのかをサイクル毎に選択可能になっている。これにより、ポンプおよびモータの正味処理量を適切に動的に需要に一致させることができる。

個々の作動室１０２の容積は、シリンダ１０４の内周面と、ピストン１０６とによって画定される。ピストン１０６は、クランク機構１０９によってクランクシャフト１０８から駆動され、シリンダ内を往復運動することで作動室の容積を周期的に変化させる。シャフト位置および速度センサ１１０によって、瞬間的な角位置およびシャフトの回転速度が測定され、シャフト位置および速度信号がマシーンコントローラ１１２に送信される。これにより、マシーンコントローラ１１２は、個々の作動室のサイクルの瞬間的な位相を決定することができる。マシーンコントローラは、典型的には、使用中に保存されたプログラムを実行するマイクロコントローラなどのプロセッサを備える。

作動室は、電気的に制御可能な面シールポペット弁１１４の形で、能動的に制御される低圧バルブを含む。面シールポペット弁１１４は、作動室側に向かって内側に面して配され、作動室から低圧マニホールド１１６に延在する流路を選択的に封止することができる。低圧マニホールド１１６は、油圧ポンプまたは油圧モータの流出口または流入口のそれぞれを介してメイン低圧マニホールドに接続されている。
作動室はさらに高圧バルブ１１８を含んでいる。高圧バルブは、作動室から外側に面して配され、作動室から高圧マニホールド１２０に延在する流路を選択的に封止することができる。高圧マニホールド１２０は、油圧ポンプまたは油圧モータの流出口または流入口のそれぞれを介してメイン加圧流体マニホールドに接続されている。

少なくとも低圧バルブは、コントローラが作動室体積の各サイクルの間、低圧バルブをアクティブに閉弁するか、また幾つかの実施形態ではアクティブに開弁するかを選択可能なように、能動的に制御される。幾つかの実施形態では高圧バルブは能動的に制御され、幾つかの実施形態では、例えば圧送逆止弁（pressure delivery check valve）などの受動的に制御されるバルブである。

油圧ポンプおよび油圧モータは、それぞれポンピングサイクル（pumping cycle）またはモータリングサイクル（motoring cycle）だけを実行してもよい。しかしながら、一方または両方の装置が、ポンプまたはモータとして代替的運転モードにて稼働可能であり、これによりポンピングサイクルまたはモータリングサイクルを実行可能であるポンプモータであってもよい。

使用中に油圧ポンプによって実行されるようなフルストロークのポンピングサイクルは、ＥＰ０３６１９２７号に記載されている。作動室の膨張ストロークの間、低圧バルブは開弁され、低圧マニホールドから油圧流体が流入する。下死点または下死点の近傍において、コントローラは低圧バルブを閉弁すべきか否かを決定する。仮に低圧バルブが閉弁されると、作動室内の作動流体が加圧され、その後の作動室容積の収縮位相の間に高圧バルブから放出される。その結果、ポンピングサイクルが起こり、流体の体積が高圧マニホールドに排出される。低圧バルブは上死点または上死点を僅かに超えた辺りで再び開弁される。もし、低圧バルブが開弁されたままの場合は、作動室内の作動流体は低圧マニホールドに戻され、高圧マニホールドへの正味の押しの流量が０であるアイドルサイクル（idle cycle）が起こる。

幾つかの実施形態では、低圧バルブは、開弁方向に付勢され、ポンピングサイクルが選択された場合にはコントローラによって能動的に閉弁されることを必要とするであろう。他の実施形態では、低圧バルブは閉弁方向に付勢され、アイドルサイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に開弁されることを必要とするであろう。高圧バルブは能動的に制御されてもよく、あるいは、受動的に開弁する逆止弁であってもよい。

油圧モータによって実行されるようなフルストロークのモータリングサイクルは、ＥＰ０４９４２３６号に記載されている。作動室の圧縮ストロークの間、流体は低圧バルブを介して低圧マニホールドに放出される。コントローラによってアイドルサイクルが選択可能であり、この場合には、低圧バルブは開いたまま維持される。しかしながら、フルストロークのモータリングサイクルが選択された場合は、排出ストロークの終期付近（すなわち、上死点の少し前）で低圧バルブが閉弁され、作動室容積の減少とともに作動室内の圧力が高まる。十分な圧力まで高まると、典型的には上死点直後に高圧バルブは開弁可能であり、高圧マニホールドから作動室内に流体が流入する。下死点の少し手前において高圧バルブは能動的に閉弁され、これによって作動室内の圧力が低下し、下死点近傍またはその直後に低圧バルブが開弁可能となる。

幾つかの実施形態では、低圧バルブは開弁方向に付勢され、モータリングサイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に閉弁されることを必要とするであろう。他の実施形態では、低圧バルブは閉弁方向に付勢され、アイドルサイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に開弁されることを必要とするであろう。低圧バルブは典型的には受動的に開弁するが、その開弁タイミングを慎重に制御できるようにアクティブ制御としてもよい。よって、低圧バルブは能動的に開弁してもよく、また、能動的に開弁されている場合にはこの能動的な開弁を停止してもよい。高圧バルブは能動的にまたは受動的に開弁されてもよく、典型的には能動的に開弁される。

幾つかの実施形態では、アイドルサイクルと、フルストロークのポンピングサイクルおよび／またはモータリングサイクルとの間でのみ選択するのに替えて、マシーンコントローラは、部分的なポンピングストロークおよび／またはモータリングストロークが実現されるように、バルブタイミングの正確な位相を変化させるように操作可能である。

部分的なポンピングサイクルでは、作動室の最大ストローク体積の一部分だけが高圧マニホールドに排出されるように、低圧バルブは排出ストロークの後期に閉弁される。典型的には、低圧バルブの閉弁は、上死点の直前まで遅らされる。

部分的なモータリングサイクルでは、高圧マニホールドから供給される流体の体積、すなわち流体の正味の押しのけ流量が他の場合よりも少なくなるように、膨張ストロークの途中まで、高圧バルブは閉弁され、低圧バルブは開弁される。

油圧ポンプのコントローラおよび／または油圧モータのコントローラは、油圧ポンプおよび油圧モータから離れていてもよい。例えば、システムコントローラが油圧ポンプおよび／または油圧モータのコントローラの機能を実行し、それぞれのバルブを開弁または閉弁を制御する信号を生成することもできる。しかしながら、典型的には、押しのけ流量を選択するためのバルブ制御信号を生成する別々のコントローラを有し、これによって、それぞれの機械からの出力が要求信号に適合し、且つ、システムコントローラがそれぞれの機械（油圧ポンプ及び油圧モータ）に送信される一つ以上の要求信号を制御することで油圧ポンプおよび油圧モータを制御するようになっている。要求信号は、例えば、平均的押しのけ流量を表す信号や、入力圧力，出力圧力を表す信号とすることができる。

通常の動作中、システムコントローラは、風力から抽出されて発電機によって電力へと変換されるエネルギー量を最大化するために、油圧ポンプ、油圧モータ、及び翼ピッチ作動装置に制御信号を送信する。これには、例えば、当業者において公知のアルゴリズムを利用して、与えられた風速に対してタービンの回転速度及びピッチが最適となるように、タービンのピッチを制御したり、油圧ポンプによる流体の押しのけ流量を制御したりすることも含まれる。通常の動作中において、モータの正味の押しのけ容積は、油圧モータによる流体の押しのけ流量の長期的な平均値が油圧ポンプによる流体の押しのけ流量の長期的な平均値と整合するように選択される。しかしながら、油圧ポンプおよび油圧モータが瞬間的に異なる押しのけ流量であってもよく、この場合には、適宜、アキュームレータに作動流体が貯蔵されたり、作動流体がキュームレータから供給されたりする。系内圧力（加圧流体マニホールド内における作動流体の圧力）は、作動流体がアキュームレータに貯蔵される時は増加し、作動流体がアキュームレータから供給される時は減少する。系内圧力は意図的に変更されてもよく、例えば、油圧ポンプによるより大きなトルクの生成を促すために高風速時に系内圧力を高くしてもよい。

システムコントローラは、最大吸収トルクに関する発電機のパラメータを監視する。具体的には、システムコントローラは、（油圧モータのシャフトの角度と、測定されたまたは推定されたアセンブリオフセット角度（assembly offset angle）から求まるロータ角度から算出される）負荷角と、（油圧モータの既知の流体押しのけ流量及び高圧マニホールドの圧力からの算出される）油圧モータによって付与されている現在のトルクとを知ることによって、発電機における現在の最大吸収トルクを算出することができる。これに代えて又はこれと同時に、システムコントローラは、発電機の端子電圧または送電網電圧や界磁電流を計測し、その発電機向けにキャリブレートされた関数に従って発電機の最大吸収トルクを算出してもよい。

通常の動作中、システムコントローラは、発電機の最大吸収トルクを算出し、油圧モータの押しのけ流量が、常時、最大吸収トルクに対して余裕（典型的には予め定められた余裕）を持って下回ることを保証する。これにより、発電機は危険且つ破壊的な脱調を被ることはないであろう。特に、タービンに入力されるエネルギーの変動や、貯留部における流量の変化などによって、使用中に油圧モータの押しのけ流量は変化するかもしれないが、システムコントローラは最大吸収トルクを絶対に超えないことを保証する。自動電圧調整器は、油圧モータトルクの変化や送電網の状況の変化に応じて、使用中に、最大吸収トルクを変化させるために界磁電流を制御する。これに応じて、システムコントローラは、その計算を変化させるであろう。

干渉（intervention）は、送電網における機能不全に対する風車の応答に関係している。このような機能不全は、例えば落雷や、オペレータエラー、三相短絡などのいくつかの理由によって生じ得る。機能不全が発生した際は、実質的には瞬間的に送電物の電圧は０まで低下するか極めて０に近づき、電流が極めて大きくなる。（実際には、ローラは摩擦に起因した小さなトルク抵抗能力を依然として有するものの、）界磁電流と電気子との間の電磁相互作用に起因した発電機のトルク抵抗能力は消滅する。これにより発電機ロータは急速に加速される。もしこれが制御されない場合、極めて早期に発電機が脱調を被ることになり、このことは、発電機、油圧モータ、またはこれらの間に延在するドライブシャフトに対する深刻な損傷のリスクの増大を伴う。さらに、特に回路遮断器が開かれると、発電機に対するトルクの再供給が遅延することになる。

例示的な実施形態では、風力発電機の応答には、機能不全の持続期間に依存して順番に実行される様々な段階がある。ここで、普通は機能不全の継続時間を事前に知ることはできないということを留意されたい。図３にその手順をまとめている。個々の段階については、以下の順番に説明する。

システムコントローラは、機能不全の発生を検出（２００）し、機能不全応答モード（２０２）に切り替える。機能不全応答モードは、発電機のトルク抵抗能力を実質的に減少したことを示す多数のパラメータの測定値をトリガーにすることができる。例えば、界磁電流の実質的な減少、風力発電機の出力の送電網電圧が閾値以下になったこと、出力電流が閾値を超過したこと、などが測定されたことをトリガーとしてもよい。
典型的には、油圧モータのシャフト位置センサは極めて高感度であり、油圧モータのタイミングを正確に制御することができる。このため、例えば、油圧モータのシャフトの回転速度が予期せずに加速され始めたことを検出することにより、発電機の最大吸収トルクが実質的に減少したことを検知可能である。また、角負荷（および力率）とトルクとの間の関係は最大吸収トルクに伴って変化する。よって、角負荷、力率、油圧モータによって発電機に供給されるトルクもまた、最大吸収トルクの減少が生じているか否かを判断するために用いられてもよい。

機能不全応答モードに入ると、油圧モータの電気的に制御される弁に送信されるタイミング信号は、油圧モータによる作動流体の押しのけ流量を実質的に減少させるように選択される（２０４）。このことは、システムコントローラが油圧モータの流体の押しのけ流量の指令値を実質的に減少させることによって達成される。押しのけ流量の指令値の減少は、実質的に減少する作動流体の正味の押しのけ流量が存在する作動室内において部分的なサイクルを引き起こす。典型的には、作動室内の圧力と高圧マニホールド内の圧力とが等しくなり、受動的制御または能動的制御においても高圧バルブは開くことが許容されるので、排出ストロークの終期直前に低圧バルブが閉弁する頻度は減らされる。

油圧モータで生成されるトルクは極めて早期に減少させることができる。例えば、仮に油圧モータが４極発電機を駆動し、三相送電網に５０Ｈｚの電力を供給する場合、その回転速度は１５００ｒｐｍである。油圧モータの作動室は、個々の作動室が、１回転ごとに例えば４，６，７，８，９，１０，又は１２回の異なるタイミングで排出サイクルを開始するように位相がずらされる。したがって、脱調から１０ミリ秒未満の間に（多くの実施形態ではほんの数ミリ秒の間に）、作動室にてモータリングサイクルではなくアイドルサイクルを実行するとの決定がなされ得る。これにより、脱調（ポールスリップ）を回避することができる。

幾つかの実施形態では、油圧モータは、機能不全応答作動モードへの移行に応答して、既に始まっているアクティブサイクルを解除する。油圧モータは、機能不全応答作動モードへの移行に応答して、対応する低圧弁が既に閉まっている高圧バルブを、能動的に閉弁し、または、能動的に開弁状態に保持しないことを選択してもよい。これにより、機能不全応答作動モードに入る時と、油圧モータから発電機に供給されるトルクを減少させる時との間の時間差が小さくなり、脱調（ポールスリップ）が発生する危険性が大きく減少する。

さらに、少なくとも初めのうちは、油圧ポンプの押しのけ流量に対する補正はなされず、翼ピッチの変更もなされない。したがって、機能不全が極めて短い時間の場合は、風力発電機は、短い機能不全におけるエネルギーを効率よく吸収しながら、直ちに通常の作動モードを再開して送電網に電力を供給することができる。

仮に機能不全が続いた場合は、機能不全が修正されて送電網が通常の機能を取り戻した場合に発電機が送電網に同期するように、油圧モータにおける作動流体の押しのけ流量が、回転角速度（すなわち回転周期）および発電機の位相を決定するために制御される（２０６）。仮に電力が復旧した時に発電機が送電網に同期されていなければ、発電機ロータ及びステータの間に実質的で過渡的な力が作用して損傷のリスクを招いたり、または、発電機が送電網に同期するまでの間発電を行えるようになるまでの実質的な遅れを招いたりする。

周波数および位相のマッチングを促進するために、システムコントローラは、位置センサによって、油圧モータと発電機とを接続するドライブシャフトの角位置を継続的に読み込む。
ある状況下において、システムコントローラは、常に配電網の周波数および位相を測定することができるようになっている。例えば、仮に風力発電機から比較的離れて位置する配電網において三相短絡が発生した場合には、配電網の電圧は突然わずかに予定値（nominal value）から下がるものの、依然として配電網の周波数および位相を測定することができる。仮に一相または二相の短絡故障が発生した場合には、一相または二相電圧は落ち込むか０になる。しかしながら、残った電圧から配電網の周波数および位相を引き続き測定することができる。

しかしながら、配電網の周波数および位相を測定することができない幾つかの状況が存在する。例えば、仮に三相短絡故障が風力発電機の近くの配電網で発生した場合には、電圧は急激に事実上０まで低下する。同様に、仮に風力発電機と配電網との間で開路故障（open circuit fault）があった場合や、風力発電機を包含する配電網の部分（すなわち「アイランド（島）」）を孤立させる開路故障があった場合は、電圧は急激に増加し、自動電圧調整器は界磁電流を減少させることを余儀なくされ、再び発電機の最大吸収トルクを減少させる。この場合、配電網の周波数および位相は測定できないであろう。配電網内の局所的なアイランド（島）の周波数および電圧は、メインの配電網の周波数および電圧から逸脱するかもしれない。このような後者のケースでは、機能不全の間における配電網の位相を推定するのに推定器（estimator）が使用される。一般には、推定器は配電網の周波数が一定状態のままであると仮定して、配電網の瞬間的な三相電圧を推定する。しかしながら、必要に応じて、配電網と風車との間の通信路を有する推定器を含む複雑な推定器を使用してもよい。

典型的には、機能不全中にロータの位相および回転数を制御するとき、システムコントローラは、配電網が回復した場合に、ロータに作用する力がバランスする定常状態負荷角に負荷角を実質的に等しくするような最適な位相を決定する。機能不全の検出と油圧モータにより生成されるトルクの実質的な減少との間には少なくともある程度の遅れが存在するので、油圧モータの押しのけ流量は、典型的には、初めのうちは回転角速度を低下させ、負荷角を最適な角度に達するのに十分なほどに減少させることが求められるであろう。

図４は、０．１５秒間の機能不全の少し前からその後までの発電機の端子電圧、油圧モータの流量、油圧ポンプの流量、及び系内圧力の応答を示した図である。時間０で電圧値は０まで低下し、油圧モータの押しのけ流量が極めて早期に低い値まで低下する。殆ど界磁電流が無い場合であっても、実際上は発電機および油圧モータは少なくともある程度のトルク抵抗を有するので、その値は０にはなりそうにない。油圧モータによる作動流体の押しのけ流量が減少するため、油圧モータに向かって流れていた作動流体はアキュームレータに向かう。そのため、系内圧力は緩やかに上昇し、整合したトルクがタービンに付与されるように油圧ポンプの押しのけ流量が緩やかに減らされる（それ以外は等しい）。しかしながら、タービン翼のピッチは一定のままである。よって、配電網の機能が回復した時（本例では０．１５秒より後）に、発電出力を急速に回復させることができる（２０８）。タービンに付与されるトルクを減少させ、ある程度の過剰なエネルギーがロータで吸収するためにロータの加速を許容してもよい。

図５は、中程度の持続期間（本例では０．７秒間）の機能不全に対する風力発電機の応答を示した図である。初めのうちは、図４に示す前述した場合と同じ応答を示す。しかしながら、符号３００で示す期間を過ぎた後は、加圧トランスミッションマニホールドや他の部品の最大定格圧力と等しいかこれに近い値である閾値３０２に系内圧力が到達する。このことは、アキュームレータがさらなる作動流体を安全に受け入れるのに、十分な容量を有していないことを意味している。システムコントローラは、加圧トランスミッションマニホールドから低圧マニホールドに排出するリリーフ弁を開弁し（２１０）、リリーフ弁を絞る。接続は絞られているので系内圧力は一気に低下せず、系内圧力は維持されるか、低下しても限定的である。これにより、風力発電装置が中程度の持続期間の機能不全の間も継続して機能することが可能となり、配電網が通常の機能を回復した時（３０４）、発電を迅速に再開することができる。流体が絞り弁を介して低圧マニホールドに排出される一方、消散されるかなりのエネルギー量によって流体は急速に加熱される。作動流体の温度は監視され、仮に温度が高くなり過ぎた場合には、図６に示したように、さらなる機能が実行される。
図６は、より長い期間の機能不全に対する風力発電機の応答を示した図である。ある期間については、前述した例と同様の応答を示す。しかしながら、機能不全の持続期間が制限時間３０６に達すると、システムコントローラは、同じ回転速度を維持しながら翼をフェザーにするために（to feather the blades）、翼ピッチを変化させる（２１２）。制限時間３０６は、予め定められた時間であってもよいし、監視温度が閾値に達する時間又は監視温度が閾値に達すると予測される時間（絞りによって流体に吸収された力の総量から決定される）であってもよい。油圧ポンプの押しのけ流量は、タービンのトルクを小さくするために減らされる。タービンの速度は、シャットダウンモード（２１４）に入る時間３０８にて徐々に０まで減少する。ポンプは、タービンの回転速度をゼロまで減らし続け、モータは発電機の駆動を停止し、回路遮断器が開路される。

このようにシャットダウンプロセスが開始される。このプロセスは中断可能であり、仮にシステムコントローラがシャットダウンの命令を出す前に配電網が回復した場合は、直ちに発電が回復する。

エネルギー抽出装置が風力発電機である場合を例にして本発明を説明したが、例えば潮流タービン発電機など、他のタイプの再生可能エネルギー抽出装置であってもよいものである。

開示された発明の範囲内であれば、さらなる変更や修正をしてもよい。

Claims (49)

1. 再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置の運転方法であって、
   前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、及び前記発電機を駆動する可変容量モータを含む油圧トランスミッションと、を備え、
   前記可変容量モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する複数のバルブを含み、
   前記又は各作動室と関連付けられる少なくとも１つのバルブは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各サイクルの間に前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積のサイクルとの間に位相関係を有して動作可能であるとともに、
   前記発電機の最大吸収トルクに関する少なくとも１つの測定値を考慮して、作動室容積の連続する各サイクルごとに前記電気的に制御される弁を選択的に動作させて、前記油圧モータの押しのけ流量及び油圧モータによって生成されるトルクを制御することを特徴とするエネルギー抽出装置の運転方法。
2. 前記油圧モータによって生成されるトルクが前記最大吸収トルクを超えないように、前記油圧モータの押しのけ流量及び油圧モータによって生成されるトルクを制御するために、前記電気的に制御される弁が選択的に作動されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
3. 前記エネルギー抽出装置が機能不全応答作動モードを有しており、該機能不全応答作動モードでは、前記油圧モータの押しのけ流量及び前記油圧モータによって生成されるトルクを減少させるために、前記発電機の最大吸収トルクを低下させる機能不全の検出に応答して、前記電気的に制御される弁が選択的に作動されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
4. 前記エネルギー抽出装置が前記機能不全応答作動モードにある少なくともある状況下において、前記電気的に制御される弁は、配電網の目標周波数及び位相に対して相対的に発電機ロータの回転数および回転位相を調整し、前記油圧モータの押しのけ流量を制御するように選択的に作動することを特徴とする、請求項３に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
5. 前記発電機と前記配電網との間の位相差又は回転数差を測定するとともに、前記油圧モータによる作動流体の押しのけ流量を制御し前記位相差又は回転数差を所望の位相差又は回転数差となるように調整することによって、前記電気的に制御される弁は、前記配電網の目標周波数及び位相に対して相対的に前記発電機ロータの回転数および回転位相を調整し、前記押しのけ流量を制御するように選択的に作動することを特徴とする、請求項４に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
6. 前記機能不全応答作動モードにおいて、前記機能不全応答作動モードにおいて前記発電機ロータおよび前記油圧モータを回転させるのに必要なトルクを代表値として記憶されている１以上の値を読み取り、前記１以上の記憶されている値に応じて、前記油圧モータによる作動流体の押しのけ流量を制御するように、前記電気的に制御される弁を選択的に作動させることを特徴とする、請求項４又は５に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
7. 前記各作動室は、該各動作室と前記高圧マニホールドとの間の流体の流れを規制する高圧バルブを有し、該各高圧バルブの開弁の頻度によって、少なくとも部分的に、前記各作動室による作動流体の正味押しのけ量が決定されることを特徴とする、請求項３乃至６の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
8. 前記機能不全応答作動モードにおいて、前記高圧バルブが開弁される頻度は、前記機能不全応答作動モードに入る直前における高圧バルブが開弁される頻度よりも少ないことを特徴とする、請求項７に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
9. 前記油圧モータの押しのけ流量は、少なくともある状況において、タービンによるトルクとは独立に、前記発電機の最大吸収トルクの変化に応じて変化することを特徴とする、前記請求項の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
10. 前記油圧トランスミッションは、作動流体を前記油圧ポンプから前記油圧モータへ流す高圧トランスミッションマニホールドと、さらに少なくとも１つの代替の流体ポートを備え、前記発電機の最大吸収トルクの低下を検出したことに応答して前記油圧モータによる作動流体の押しのけ流量が減少したときに、作動流体は、少なくとも１つの前記代替の流体ポートを通じて流れることを特徴とする、前記請求項の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
11. 前記油圧トランスミッションは高圧トランスミッションマニホールドを備え、少なくとも１つの前記代替の流体ポートは、前記高圧トランスミッションマニホールドを作動流体貯留部に接続するポートであることを特徴とする、請求項１０に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
12. 少なくとも一つの前記代替の流体ポートは、高圧トランスミッションマニホールドから選択的に流体を排出するように動作可能なリリーフ弁と流体的に接続されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
13. 前記タービンは可変ピッチタービンであり、タービン翼のピッチは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答して変化することを特徴とする、前記請求項の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
14. 前記最大吸収トルクが低いままである場合、前記タービン翼のピッチは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答しても直ちには変化せずに、ある期間後に変化して、前記タービンのパワー吸込み量を減少させることを特徴とする、請求項１３に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
15. 前記発電機からの出力が、前記配電網と直接電気的に接続されていることを特徴とする、前記請求項の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
16. さらに、前記発電機又は前記発電機が接続されている配電網の１以上の特性を測定し、前記１以上のバルブを能動的に制御するときに、該１以上の信号を考慮して各作動室による前記正味押しのけ流量を決定することを特徴とする、前記請求項の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
17. 再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置の運転方法であって、
    前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、可変容量油圧モータ、及び、前記油圧ポンプから前記可変容量油圧モータまで延在するとともに少なくとも１つの代替の流体ポートを有する高圧トランスミッションマニホールドを含む油圧トランスミッションと、を備え、
    前記油圧モータの作動流体の押しのけ流量を減少させ、そうでなければ前記油圧モータによって押しのけられたであろう前記油圧ポンプからの作動流体を代わりに前記少なくとも１つの代替の流体ポートに送ることで、前記発電機の最大吸収トルクの減少につながる異常発生の検出に応答することを特徴とするエネルギー抽出装置の運転方法。
18. 前記油圧トランスミッションは高圧トランスミッションマニホールドを備え、少なくとも１つの前記代替の流体ポートは前記高圧トランスミッションマニホールドを作動流体貯留部に接続するポートであることを特徴とする、請求項１７に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
19. 少なくとも一つの前記代替の流体ポートは、高圧トランスミッションマニホールドから選択的に流体を排出するように動作可能なリリーフ弁と流体的に接続されていることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
20. 前記タービンは可変ピッチタービンであり、タービン翼のピッチは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答して変化することを特徴とする、請求項１７乃至１９の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
21. 前記最大吸収トルクが低いままである場合、前記タービン翼のピッチは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答しても直ちには変化せずに、ある期間後に変化して、前記タービンのパワー吸込み量を減少させることを特徴とする、請求項２０に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
22. ロータを有する発電機と連動してこれを駆動する油圧モータの運転方法であって、
    前記油圧モータは、
    周期的に容積が変化する複数の作動室と、
    前記油圧モータと発電機ロータとを接続するとともに、その回転が前記作動室容積サイクルと結び付けられているシャフトと、
    低圧マニホールドおよび高圧マニホールドと、
    前記低圧マニホールドと各作動室との間の接続を制御する複数の低圧バルブと、
    前記高圧マニホールドと各作動室との間の接続を制御する複数の高圧バルブと、
    サイクル単位で各作動室による流体の正味の押しのけ量を決定するために、１以上の前記バルブを能動的に制御するコントローラと、を備え、
    前記発電機の特性、または該発電機が接続される配電網の特性に関する１以上の信号を受信するとともに、各作動室による流体の前記正味の押しのけ量を決定するために前記１以上の前記バルブを能動的に制御する時に前記１以上の信号を計算に入れることを特徴とする油圧モータの運転方法。
23. 再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置であって、
    前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ及び前記発電機を駆動させる可変容量モータを含む油圧トランスミッションと、を備え、
    前記可変容量モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室と、高圧マニホールドと、低圧マニホールドと、前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを制御する複数のバルブとを含み、
    前記又は各作動室と関連付けられる少なくとも１つのバルブは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各サイクルの間に前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積のサイクルとの間に位相関係を有して選択的に動作可能であるとともに、
    前記発電機の最大吸収トルクに関係する測定値を作成するように構成された少なくとも１つの測定装置と、
    前記少なくとも１つの測定装置による少なくとも１つの前記測定値を考慮して、前記油圧モータの押しのけ流量とおよび前記油圧モータによって生成されるトルクを制御するように構成されたコントローラとによって特徴づけられるエネルギー抽出装置。
24. 前記エネルギー抽出装置は風力発電機であることを特徴とする、請求項２３に記載のエネルギー抽出装置。
25. 前記コントローラは、前記油圧モータによって前記電気的に制御される弁の選択的な動作を制御することで、前記油圧モータの押しのけ流量と前記油圧モータによって生成されるトルクとを制御することを特徴とする請求項２３又は２４に記載のエネルギー抽出装置。
26. 前記コントローラは、前記油圧モータによって生成されるトルクが前記最大吸収トルクを超えないように、前記油圧モータの押しのけ流量および前記油圧モータによって生成される前記トルクを制御することを特徴とする請求項２３乃至２５の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
27. 前記エネルギー抽出装置は、前記発電機の最大吸収トルクを低下させる機能不全の検出に応答して、前記コントローラが前記油圧モータの押しのけ流量および前記油圧モータによって生成されるトルクを減少させる機能不全応答作動モードを有することを特徴とする請求項２３乃至２６の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
28. 前記エネルギー抽出装置は、
    界磁回路内における電位差を測定するセンサ、
    前記発電機の界磁電流を測定するセンサ、
    前記発電機の負荷角または力率を測定するセンサ、
    前記油圧モータまたは前記油圧モータを前記発電機のロータに接続するシャフトに作用しているトルクを測定するセンサ、
    前記油圧モータのシャフト、前記油圧モータから前記発電機のロータに延在するドライブシャフト、またはロータの角位置を測定するための角位置センサ、
    のうちの１以上のセンサを備えることを特徴とする請求項２３乃至２７の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
29. 前記コントローラは、少なくとも前記エネルギー抽出装置が機能不全応答作動モードにある状況下において、配電網の目標周波数および目標位相に対する相対的な前記発電機のロータの回転周波数および回転位相を調整するために、前記油圧ポンプの押しのけ流量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至２８の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
30. 前記コントローラは、発電機ロータの回転数および回転位相、および、前記配電網の目標周波数および目標位相に対して動作するフィードバックループ動作を用いて、前記油圧モータの押しのけ流量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至２９の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
31. 前記エネルギー抽出装置は、目標位相および目標周波数を決定するように構成された目標算出モジュールを備えるとともに、
    前記コントローラは、前記配電網の目標周波数および目標位相に対して相対的に前記発電機ロータの回転周波数および回転位相を調整するように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至３０の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
32. 各作動室は、各作動室のそれぞれと前記高圧マニホールドとの間の流体の流れを調整する高圧バルブを有し、各高圧バルブの開弁の頻度によって、それぞれの作動室による作動流体の正味の押しのけ流量が少なくとも部分的に決定されることを特徴とする請求項２３乃至３１の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
33. 前記コントローラは、前記コントローラが機能不全応答作動モードに入った時には、機能不全応答作動モードに入る直前よりも前記高圧バルブを開弁する頻度を少なくするように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至３２の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
34. 前記タービンは可変ピッチタービンであり、
    前記エネルギー抽出装置は、前記コントローラの制御下において、前記タービン翼のピッチを調整するためのピッチコントローラを備えるとともに、
    前記コントローラは、少なくとも幾つかの状況下において、前記タービンに作用するトルクとは独立して前記油圧モータの押しのけ流量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至３３の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
35. 前記油圧トランスミッションは、前記油圧ポンプから前記油圧モータへと作動流体を導く高圧トランスミッションマニホールドを備え、
    前記高圧トランスミッションマニホールドは、前記発電機の最大吸収トルクの低下を検出したことに応答して前記油圧モータの作動流体の押しのけ流量が減少された時に作動流体を受け入れるための少なくとも１つの代替の流体ポートをさらに備えることを特徴とする請求項２３乃至３４の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
36. 前記少なくとも一つの代替の流体ポートは、前記高圧トランスミッションマニホールドを作動流体貯留部に接続するポートを備えることを特徴とする、請求項３５に記載のエネルギー抽出装置。
37. 前記少なくとも１つの代替の流体ポートは、リリーフ弁を有する排出路と流体的に接続されており、前記リリーフ弁は、前記高圧トランスミッションマニホールドから前記排出路を介して流体を選択的に排出するように構成されていることを特徴とする請求項３５又は３６に記載のエネルギー抽出装置。
38. 前記排出路は、前記高圧トランスミッションマニホールド内の圧力を閾値よりも高く維持するために選択された流量で、前記高圧マニホールドからの作動流体を選択的に排出するように構成されていることを特徴とする請求項３５乃至３７の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
39. 前記エネルギー抽出装置は、前記コントローラの制御下において前記タービン翼のピッチを調整するためのピッチコントローラを備えるとともに、
    前記コントローラは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答して前記タービン翼のピッチを変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２３乃至３８の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
40. 前記コントローラは、前記発電機の最大吸収トルクの変化を検出したことに応答しても直ちには前記タービン翼のピッチを変化させずに、所定期間経過後、最大吸収トルクが低いままの場合に、前記タービンの吸い上げ出力を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項３９に記載のエネルギー抽出装置。
41. 前記発電機の出力が、前記配電網と直接電気的に接続されていることを特徴とする請求項２３乃至４０の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
42. 再生可能エネルギー源のエネルギーフローからエネルギーを抽出するためのエネルギー抽出装置であって、
    前記装置は、タービンと、発電機と、前記タービンによって駆動される油圧ポンプ、前記発電機を駆動させる可変容量油圧モータ及び前記油圧ポンプから前記可変容量油圧モータまで延在するとともに少なくとも１つの代替の流体ポートを有する高圧トランスミッションマニホールドを含む油圧トランスミッションと、を備え、
    前記可変容量油圧モータは、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動室、高圧マニホールド、低圧マニホールド、及び前記少なくとも１つの作動室と前記低圧または高圧マニホールドとの間の流体の流れを調整する複数のバルブを含み、
    前記又は各作動室と関連付けられる少なくとも１つのバルブは、電気的に制御される弁であって、作動室容積の連続する各サイクルの間に前記各作動室によって押しのけられる作動流体の正味体積を選択するために作動室容積のサイクルとの間に位相関係を有して選択的に動作可能であるとともに、
    前記発電機の最大吸収トルクの低下を招く機能不全を検出したことに応答して、前記油圧モータの作動流体の押しのけ流量および前記油圧モータによって生成されるトルクを減少させ、そうでなければ前記油圧モータによって押しのけられたであろう前記油圧ポンプからの作動流体を代わりに前記少なくとも１つの代替の流体ポートを介して排出するように構成されたコントローラによって特徴づけられるエネルギー抽出装置。
43. 前記少なくとも一つの代替の流体ポートは、前記高圧トランスミッションマニホールドを作動流体貯留部に接続するポートを備えることを特徴とする、請求項４２に記載のエネルギー抽出装置。
44. 前記少なくとも１つの代替の流体ポートは、リリーフ弁を有する排出路と流体的に接続されており、前記リリーフ弁は、前記高圧トランスミッションマニホールドから前記排出路を介して流体を選択的に排出するように構成されていることを特徴とする、請求項４２又は４３に記載のエネルギー抽出装置。
45. 前記排出路は、前記高圧トランスミッションマニホールド内の圧力を閾値よりも高く維持するために選択された流量で、前記高圧マニホールドからの作動流体を選択的に排出するように構成されていることを特徴とする、請求項４２乃至４４の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置。
46. ロータを有する発電機と連動してこれを駆動する油圧モータであって、
    前記油圧モータは、
    周期的に容積が変化する複数の作動室と、
    前記油圧モータと前記発電機のロータとを接続するとともに、その回転が前記作動室容積のサイクルに結び付けられているシャフトと、
    低圧マニホールドおよび高圧マニホールドと、
    前記低圧マニホールドと各作動室との間の接続を調整する複数の低圧バルブと、
    前記高圧マニホールドと各作動室との間の接続を調整する複数の高圧バルブと、
    サイクル単位で各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定するために、１以上の前記バルブを能動的に制御するコントローラと、を備え、
    前記発電機の特性、または該発電機が接続される配電網の特性に関する１以上の信号を受信するとともに、前記コントローラは、各作動室の流体の正味の押しのけ流量を決定する前記１以上のバルブを能動的に制御する時に、前記１以上の信号を考慮するように構成されていることを特徴とする油圧モータ。
47. エネルギー抽出装置のコントローラ上で実行されたときに、請求項１乃至２２の何れか一項に記載の方法を前記エネルギー抽出装置に実行させるプログラムコードを備えるコンピュータソフトウェア。
48. エネルギー抽出装置のコントローラ上で実行されたときに、請求項２３乃至４６の何れか一項に記載のエネルギー抽出装置として前記エネルギー抽出装置を機能させるプログラムコードを備えるコンピュータソフトウェア。
49. 請求項４７又は４８に記載のコンピュータソフトウェアをその上またはその中に含むコンピュータ可読媒体。

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