JP5524409B2 - 再生エネルギー型発電装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧トランスミッションを介して、発電機に回転シャフトの回転を伝達して電力を生成し、この電力を電力系統に供給する再生エネルギー型発電装置及びその運転方法に関する。なお、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。

この種の再生エネルギー型発電装置では、通常、発電機は電力系統に連系される。発電機の種類や電力系統への連系の仕方は様々であるが、風力発電装置には例えば図１３Ａ及び図１３Ｂのような方式を採用したものが知られている。
図１３Ａに示す方式の風力発電装置では、増速機５００を介して、二次巻線誘導発電機５２０がロータ２に接続されている。二次巻線誘導発電機５２０は、その固定子巻線が電力系統５０に直接接続され、その回転子巻線がＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ５３０を介して電力系統５０に接続されている。ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ５３０は、発電機側インバータ５３２、ＤＣバス５３４及び系統側インバータ５３６で構成されている。発電機側インバータ５３２は、回転子巻線の電流を制御して発電機トルクを調節することで、可変速運転を可能とする。一方、系統側インバータ５３６は、二次巻線誘導発電機５２０の回転子巻線から受け取った電力を電力系統５０の周波数に適合した交流電力に変換する。
また図１３Ｂに示す方式では、同期発電機５４０がロータ２に接続されている。同期発電機５４０は、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンク５５０を介して電力系統５０に接続される。ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンク５５０は、コンバータ５５２、ＤＣバス５５４及びインバータ５５６により構成される。ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンク５５０は、同期発電機５４０のトルクを調節することで可変速運転を可能にするとともに、同期発電機５４０で生成された電力を電力系統５０の周波数に適合した交流電力に変換する役割を担う。

また、図１３Ｂに示す方式と類似のものとして、特許文献１には、増速機を介してロータに接続された同期発電機を、受動型整流器（ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）及びインバータを経て電力系統に連系するようにした風力発電装置が開示されている。
また、特許文献１には、ギア式の増速機に複数の同期発電機を接続し、受動型整流器及びインバータを介して各同期発電機を電力系統に連系することも記載されている。

ところで、最近になって注目を集めるようになったのが、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した再生エネルギー型発電装置である。
例えば、特許文献２には、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータとを組み合わせた油圧トランスミッションを用いた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置の油圧トランスミッションでは、油圧ポンプ及び油圧モータは、高圧リザーバと低圧リザーバを介して互いに接続されている。これにより、ロータの回転エネルギーが、油圧トランスミッションを介して発電機に伝わるようになっている。なお、油圧ポンプは、複数組のピストン及びシリンダと、シリンダ内でピストンを周期的に摺動させるカムとで構成されている。

欧州特許出願公開第２２７３１０７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００３２９５９号明細書

上述のように、従来から、再生エネルギー型発電装置の発電機を電力系統に連系するための技術として、図１３Ａ及び図１３Ｂのような方式や、特許文献１に記載された方式が確立されている。しかし、いずれの方式も高価な周波数変換回路を必要とする。
なお、周波数変換回路とは、図１３Ａに示すＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ５３０、図１３Ｂに示すＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンク５５０、特許文献１における受動型整流器及びインバータの組合せをいう。

そこで、本出願人は、特許文献２のように油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを備えた再生エネルギー型発電装置において、周波数変換回路に頼らずに同期発電機を電力系統に連系する新たな方式の採用を検討している。
ところが、周波数変換回路を用いずに同期発電機を系統に連系するには、電力系統への併入前に、同期発電機の端子電圧の周波数及び位相を電力系統側に同期させる必要がある。これは、すべり（同期速度と発電機回転速度との差分の同期速度に対する比）が所定範囲内でありさえすれば電力系統に併入可能な誘導発電機とは異なり、同期発電機の場合には、発電機側と電力系統側との電圧瞬時値との差分が生じると電力系統側の電圧・周波数が変動してしまうため、電力系統への併入前に両者を一致させる必要があるからである。
特許文献１及び２には、再生エネルギー型発電装置の同期発電機を周波数変換回路に頼らずに電力系統に併入する際、同期発電機の端子電圧の周波数及び位相をどのようにして電力系統側に同期させるかが何ら記載されていない。

また同期発電機を一個しか設けない場合、低負荷時における高効率を得にくいという発電機の特性が再生エネルギー型発電装置の低負荷運転時における効率向上の障壁になり得るだけでなく、発電機の故障時に再生エネルギー型発電装置の運転停止を余儀なくされる。
この点、特許文献１には、受動型整流器及びインバータを介して複数の同期発電機を電力系統に連系した風力発電装置が記載されているが、各同期発電機の電力系統への併入時にどのような制御を行うのか具体的な記載がない。特に、周波数変換回路を用いずに各同期発電機を電力系統に併入する手法について、特許文献１には開示も示唆もされていない。また、特許文献１に記載の風力発電装置では、増速機自体が大重量であり複雑な構造であることに加えて、増速機の出力を複数に分けて各同期発電機の回転軸に取り出すための歯車を設ける必要があり、重量及びコストがさらに嵩んでしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、周波数変換回路を用いずに同期発電機を電力系統に連系可能であり、必要に応じて低負荷運転時における効率向上および発電機故障による発電機会逸失の回避を行いうる再生エネルギー型発電装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーを利用して電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、ブレードと、前記ブレードを介して受け取った前記再生エネルギーにより回転する回転シャフトと、前記回転シャフトにより駆動されて圧油を生成する油圧ポンプと、前記圧油によって駆動される複数の油圧モータと、周波数変換回路を介さずに電力系統に連系され、前記複数の油圧モータにそれぞれ連結される複数の同期発電機と、前記複数の油圧モータの押しのけ容積を互いに独立して調節するモータ制御部と、各同期発電機の前記電力系統への併入前、各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が前記電力系統に同期するように、各油圧モータの前記押しのけ容積の指令値を前記モータ制御部に与えるシンクロナイザーとを備えることを特徴とする。

この再生エネルギー型発電装置では、各同期発電機の併入前に、各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が電力系統に同期するように、シンクロナイザーからの油圧モータの押しのけ容積の指令値がモータ制御部に与えられる。そのため、各同期発電機と電力系統との間に周波数変換回路が介在していなくても、周波数変換回路に頼らずに、同期発電機を電力系統に併入可能な状態をシンクロナイザーにより作り出すことができる。
また、複数の油圧モータの押しのけ容積の調節は互いに独立して行うようにしたので、複数組の同期発電機及び油圧モータのうち運転に用いる組を任意に選択できる。そのため、必要に応じて、同期発電機及び油圧モータの一部の組のみを使って運転を行うことができる。例えば、低負荷運転時における再生エネルギー型発電装置の全体としての効率を向上させるために同期発電機及び油圧モータの運転に用いる組の数を減らしたり、同期発電機及び油圧モータの故障時における発電の機会逸失を回避するために故障していない同期発電機及び油圧モータの組を用いて発電を継続したりすることができる。

上記再生エネルギー型発電装置において、前記モータ制御部は、各同期発電機の前記電力系統への併入後、各油圧モータの出力目標値に基づいて前記圧油の圧力が目標圧力に維持されるように該油圧モータの押しのけ容積を調節してもよい。
同期発電機が電力系統に併入されると、同期発電機の端子電圧の周波数及び位相を電力系統側に一致させようとする有効横流が同期発電機と電力系統との間で生じる。そのため、同期発電機を電力系統に併入した後は、同期発電機の端子電圧の周波数及び位相を電力系統に積極的に同期させるような制御は必須ではない。そこで、上述のように、同期発電機の電力系統への併入後、各油圧モータの出力目標値に基づいて油圧モータに供給される圧油の圧力が目標圧力に維持されるように該油圧モータの押しのけ容積を調節することで、再生エネルギー型発電装置の安定した運転を行うことができる。

仮に２以上の同期発電機を同時に同期合わせしようとすれば、一の同期発電機の同期合わせのための油圧モータの押しのけ容積の変更が外乱となって、他の同期発電機の同期合わせを困難にする。
そのため、上記再生エネルギー型発電装置において、前記同期発電機および前記油圧モータは、それぞれ、Ｎ個（ただしＮは２以上の整数）設けられている場合、前記Ｎ個の同期発電機は、前記再生エネルギーの流速の増加に応じて前記電力系統に順次併入され、前記モータ制御部は、各同期発電機の前記電力系統への併入前、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて各油圧モータの押しのけ容積を調節してもよい。なお、「再生エネルギーの流速」とは、例えば再生エネルギー型発電装置が風力発電装置の場合は風速を意味し、再生エネルギー型発電装置が潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の場合は水流の速度を意味する。
このように、再生エネルギーの流速増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入することとし、各同期発電機の併入前に各油圧モータの押しのけ容積を調節することで、端子電圧の周波数及び位相が電力系統に同期した状態を同期発電機一台ごとに容易に作り出すことができる。

再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、前記モータ制御部は、前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、前記ｉ番目の同期発電機の出力が該同期発電機の最低負荷よりも大きく該同期発電機の定格出力よりも小さい設定値に達するまで前記ｉ番目の同期発電機に連結されたｉ番目の油圧モータの押しのけ容積を増大させた後、前記Ｎ個のうち（ｉ＋１）番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記（ｉ＋１）番目の同期発電機に連結された（ｉ＋１）番目の油圧モータの押しのけ容積を調節してもよい。
このように、ｉ番目の同期発電機の併入後にその出力が最低負荷より大きい設定値まで増大するのを待ってから、（ｉ＋１）番目の同期発電機の併入の準備（同期合わせ）を行うことで、低負荷運転時における発電機使用数を減らして、低負荷運転時における再生エネルギー型発電装置の全体としての効率を向上させることができる。また、前記設定値を同期発電機の定格出力未満とすることで、定格出力と設定値との差分に応じたｉ番目の同期発電機の出力の上昇マージンが確保され、（ｉ＋１）番目の同期発電機の同期合わせ時における不安定な圧油エネルギーをｉ番目の油圧モータの押しのけ容積の制御（ｉ番目の同期発電機の上昇マージン）により吸収できる。そのため、（ｉ＋１）番目の油圧モータは（ｉ＋１）番目の同期発電機の同期合わせに専念でき、（ｉ＋１）番目の同期発電機の同期合わせが容易になる。

なお、前記設定値は、前記ｉ番目の同期発電機の定格出力の５０％以上１００％未満であってもよい。
本発明者らの知見によれば、一般的な同期発電機は定格出力の５０％未満の低負荷条件下では効率低下が顕著になるから、前記設定値を定格出力の５０％以上とすることで、低負荷運転時における再生エネルギー型発電装置の全体としての効率を効果的に向上させることができる。また、前記設定値を同期発電機の定格出力未満とすることで、上述した理由により、（ｉ＋１）番目の同期発電機の同期合わせが容易になる。

あるいは、前記モータ制御部は、再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、１番目からｉ番目のｉ個の同期発電機の出力が最低負荷に維持されるように１番目からｉ番目の油圧モータの押しのけ容積をそれぞれ調節しながら、前記Ｎ個のうち（ｉ＋１）番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記（ｉ＋１）番目の同期発電機に連結された（ｉ＋１）番目の油圧モータの押しのけ容積を調節してもよい。
これにより、再生エネルギー型発電装置の発電開始点であるカットイン流速に近い極めて低負荷な運転領域を除いて、Ｎ組の同期発電機及び油圧モータを全て用いて運転が行われる。そのため、カットイン流速に近い極めて低負荷な運転領域を除いて、各組の同期発電機及び油圧モータを同様に扱うことができ、シンプルな運転制御が可能になる。また、各組の同期発電機及び油圧モータの使用頻度のバラツキも軽減できる。

また、再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、上記再生エネルギー型発電装置は、前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ制御部と、前記油圧ポンプの押しのけ容積を調節するポンプ制御部とをさらに備え、前記Ｎ個のうち１番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記回転シャフトの回転数が目標回転数に維持されるように前記ブレードのピッチ角が前記ピッチ制御部によって調節され、前記圧油の圧力が目標圧力に維持されるように前記油圧ポンプの押しのけ容積が前記ポンプ制御部によって調節された状態で、前記モータ制御部が、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記１番目の同期発電機に連結された１番目の油圧モータの押しのけ容積を調節してもよい。
再生エネルギー型発電装置では、ブレードが受け取る再生エネルギーの量は刻々と変化するから、回転シャフトの回転数及び油圧モータに供給される圧油の圧力も変動し、１番目の同期発電機の同期合わせを行う際の外乱となり得る。そこで、上述のように、ブレードのピッチ角調節により回転シャフトの回転数を目標回転数に維持し、油圧ポンプの押しのけ容積調節により圧油の圧力を目標圧力に維持して、回転シャフトの回転数及び圧油の圧力を安定させることで、１番目の同期発電機の同期合わせが容易になる。

また、再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、前記同期発電機および前記油圧モータの各組の累積稼働時間、及び、各同期発電機と前記電力系統との接続状態を切り替える各遮断器の開閉回数の少なくとも一方に基づいて、前記同期発電機の併入順が決定されてもよい。
これにより、同期発電機及び油圧モータの各組の使用頻度を均等化して、一部の同期発電機及び油圧モータの極端な劣化を回避して再生エネルギー型発電装置全体としての信頼性を向上させることができる。

また、再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、上記再生エネルギー型発電装置は、前記油圧ポンプの押しのけ容積を調節するポンプ制御部をさらに備え、前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、前記ｉ番目の同期発電機の出力が徐々に増加するように、前記ポンプ制御部による前記油圧ポンプの押しのけ容積の調節と、前記モータ制御部による前記ｉ番目の同期発電機に連結されたｉ番目の油圧モータの押しのけ容積の調節とが行われてもよい。
このように、ｉ番目の同期発電機の電力系統への併入後、ｉ番目の同期発電機の出力を徐々に増加させることで、回転シャフトの回転数や油圧モータに供給される圧油の圧力の安定性を損なわずに、ｉ番目の同期発電機の出力を上昇させることができる。

また、再生エネルギーの流速の増加に応じてＮ個の同期発電機を順次併入する場合、前記再生エネルギー型発電装置の定格出力をＰ_{ｒａｔｅｄ}としたとき、前記Ｎ個のうちＭ個（ただしＭは１以上（Ｎ−１）以下の整数）の同期発電機の故障時にＰ_{ｒａｔｅｄ}×（Ｎ−Ｍ）／Ｎ以下の出力で発電を行ってもよい。
これにより、一部の同期発電機が故障しても、再生エネルギー型発電装置の部分負荷運転を継続することができ、発電機会逸失を回避できる。

なお、前記再生エネルギーの流速が前記再生エネルギー型発電装置の発電開始点であるカットイン流速を下回った場合、前記電力系統に併入されている前記同期発電機を全て解列して、前記再生エネルギー型発電装置の発電を停止してもよい。

また、前記同期発電機が全て解列されている場合、前記再生エネルギー型発電装置の補機に供給するための電力を少なくとも一つの前記同期発電機で生成してもよい。

上記再生エネルギー型発電装置は、各油圧モータは、シリンダおよびピストンにより囲まれる複数の作動室と、各作動室への前記圧油の供給を行う複数の高圧弁と、各作動室からの前記圧油の排出を行う複数の低圧弁と、前記作動室、前記高圧弁及び前記低圧弁が収納されるケーシングとを含み、各油圧モータに対応して前記ケーシングの外部に設けられる始動弁をさらに備え、各油圧モータの始動時、前記モータ制御部は、前記始動弁及び前記低圧弁の開閉制御により前記圧油の供給及び排出が行われる前記作動室の数を調節して各油圧モータを弁切替え目標回転数まで加速し、前記高圧弁及び前記低圧弁の開閉制御により前記圧油の供給及び排出が行われる前記作動室の数を調節して各油圧モータを前記弁切替え目標回転数を超えてさらに加速してもよい。
作動室、高圧弁及び低圧弁を有する油圧モータには、油圧ポンプ及び油圧モータ間を繋ぐオイルライン（高圧油ライン又は低圧油ライン）と各作動室との圧力差を利用して開閉する或いは開閉を補助するように設計されたコンパクトな高圧弁が用いられることがある。この種の高圧弁は、油圧モータの回転軸に十分な慣性が生まれ、ピストンの往復運動によって作り出される上記圧力差を利用してはじめて開閉可能である。そのため、高圧弁とは別に始動弁をケーシングの外部に設け、油圧モータが弁切替え目標回転数に達するまでの加速時には始動弁及び低圧弁を用い、弁切替え目標回転数以降の加速時にはケーシングに内蔵された高圧弁及び低圧弁を用いることで、油圧モータの起動を確実に行うことができる。

なお、前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であってもよい。

本発明に係る再生エネルギー型発電装置の運転方法は、ブレードを介して受け取った再生エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトにより駆動されて圧油を生成する油圧ポンプと、前記圧油によって駆動される複数の油圧モータと、前記複数の油圧モータにそれぞれ連結される複数の同期発電機とを備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が前記電力系統に同期するように、シンクロナイザーからの指令値に基づいて、前記複数の油圧モータの押しのけ容積を互いに独立して調節するステップと、前記押しのけ容積を調節するステップの後、周波数変換回路を介さずに前記複数の同期発電機を前記電力系統に併入するステップとを備えることを特徴とする。

上記再生エネルギー型発電装置の運転方法では、各同期発電機の併入前に、各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が電力系統に同期するように、シンクロナイザーからの指令値に基づいて油圧モータの押しのけ容積が調節される。そのため、各同期発電機と電力系統との間に周波数変換回路が介在していなくても、周波数変換回路に頼らずに、同期発電機を電力系統に併入可能な状態をシンクロナイザーにより作り出すことができる。
また、複数の油圧モータの押しのけ容積の調節は互いに独立して行うようにしたので、複数組の同期発電機及び油圧モータのうち運転に用いる組を任意に選択できる。そのため、必要に応じて、同期発電機及び油圧モータの一部の組のみを使って運転を行うことができる。例えば、低負荷運転時における再生エネルギー型発電装置の全体としての効率を向上させるために同期発電機及び油圧モータの運転に用いる組の数を減らしたり、同期発電機及び油圧モータの故障時における発電の機会逸失を回避するために故障していない同期発電機及び油圧モータの組を用いて発電を継続したりすることができる。

本発明によれば、シンクロナイザーからの指令値に基づく各油圧モータの押しのけ容積の調節によって、周波数変換回路に頼らずに同期発電機を電力系統に併入可能な状態を作り出すことができる。また、各同期発電機に連結された複数の油圧モータの押しのけ容積の調節は互いに独立して行うようにしたので、複数組の同期発電機及び油圧モータのうち運転に用いる組を任意に選択できる。そのため、必要に応じて、同期発電機及び油圧モータの一部の組のみを運転に用いることも可能である。

風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。 風力発電装置の油圧トランスミッションとトランスミッション制御部の構成を示す図である。 油圧トランスミッションの構成を示す図である。 油圧ポンプの具体的な構成例を示す図である。 油圧モータの具体的な構成例を示す図である。 同期発電機周辺の構成例を示す図である。 同期発電機の併入前後における各種パラメータの経時変化の一例を示すグラフである。 ２台の同期発電機を電力系統に併入する手順の一例を説明するための図である。 ２台の同期発電機を電力系統に併入する手順の他の例を説明するための図である。 トランスミッション制御部において油圧ポンプの押しのけ容積が決定される際のシグナルフローを示す図である。 ロータ回転数Ｗ_ｒを横軸にとり、ロータトルクＴを縦軸にとった座標系においてＣｐ最大曲線を示したグラフである。 トランスミッション制御部において油圧モータの押しのけ容積が決定される際のシグナルフローを示す図である。 従来の風力発電装置の例を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。

［風力発電装置の装置構成］
図１は風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。図２は風力発電装置の油圧トランスミッションとトランスミッション制御部の構成を示す図である。図３は油圧トランスミッションの構成を示す図である。図４は油圧ポンプの具体的な構成例を示す図である。図５は油圧モータの具体的な構成例を示す図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、主として、風を受けて回転するロータ２と、ロータ２の回転を増速する油圧トランスミッション１０と、電力系統に連系された同期発電機２０と、油圧トランスミッション１０を制御するトランスミッション制御部４０（図２参照）と、圧力計３１及び回転数計３２、３６を含む各種計測器とを備える。
油圧トランスミッション１０及び同期発電機２０は、ナセル２２又はこれを支持するタワー２４の内部に収納されていてもよい。なお、図１には、タワー２４が地上に立設された陸上風力発電装置を示したが、風力発電装置１は洋上を含む任意の場所に設置されていてもよい。

ロータ２は、ブレード４が取り付けられたハブ６に回転シャフト８が連結された構成を有する。すなわち、３枚のブレード４がハブ６を中心として放射状に延びており、それぞれのブレード４が、回転シャフト８に連結されたハブ６に取り付けられている。これにより、ブレード４が受けた風の力によってロータ２全体が回転し、回転シャフト８を介して油圧トランスミッション１０に回転が入力される。なお、ブレード４には、アクチュエータ５（図２参照）が取り付けられている。アクチュエータ５は、ピッチ制御部７の制御下で作動し、ブレード４のピッチ角を変化させる。

油圧トランスミッション１０は、図２及び３に示すように、回転シャフト８によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２と、同期発電機２０_ｋ（ただしｋは１〜Ｎの範囲における任意の整数）に接続される出力軸１５を有する可変容量型の油圧モータ１４_ｋと、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４_ｋとの間に設けられた高圧油ライン１６及び低圧油ライン１８を有する。なお、風力発電装置１では、油圧モータ１４_ｋ及び同期発電機２０_ｋは、それぞれ、Ｎ個（ただしＮは２以上の整数）設けられている。

油圧ポンプ１２の吐出側は、高圧油ライン１６によって各油圧モータ１４_ｋの吸込側に接続されており、油圧ポンプ１２の吸込側は、低圧油ライン１８によって各油圧モータ１４_ｋの吐出側に接続されている。Ｎ個の油圧モータ１４_ｋは、図３に示すように、互いに並列に高圧油ライン１６及び低圧油ライン１８に接続されている。油圧ポンプ１２で生成された圧油（高圧油）は、高圧油ライン１６を介して油圧モータ１４_ｋに流入し、油圧モータ１４_ｋを駆動する。油圧モータ１４_ｋで仕事を行った作動油（低圧油）は、低圧油ライン１８を介して油圧ポンプ１２に流入して、油圧ポンプ１２で昇圧された後、再び高圧油ライン１６を介して油圧モータ１４_ｋに流入する。

油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４_ｋは、以下で説明するように、図４及び５で示すような具体的構成を有していてもよい。

油圧ポンプ１２は、図４に示すように、シリンダ８０及びピストン８２により形成される複数の作動室（ワーキングチャンバ）８３と、ピストン８２に係合するカム曲面を有するリングカム８４と、各作動室８３に対して設けられる高圧弁８６および低圧弁８８とにより構成されてもよい。高圧弁８６は、各作動室８３と高圧油ライン１６との間の高圧連通路８７に設けられ、低圧弁８８は、各作動室８３と低圧油ライン１８との間の低圧連通路８９に設けられている。
油圧ポンプ１２の運転時において、回転シャフト８とともにリングカム８４が回転すると、カム曲線に合わせてピストン８２が周期的に上下動し、ピストン８２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン８２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。そのため、ピストン８２とシリンダ８０の内壁面によって形成される作動室８３の容積は周期的に変化する。
油圧ポンプ１２では、高圧弁８６および低圧弁８８の開閉制御によって、各作動室８３をアクティブ状態又はアイドリング状態に切替えることができる。作動室８３がアクティブ状態である場合、吸入工程において高圧弁８６を閉じ低圧弁８８を開くことで低圧油ライン１８から作動室８３内に作動油を流入させるとともに、ポンプ工程において高圧弁８６を開き低圧弁８８を閉じることで作動室８３から高圧油ライン１６に圧縮された作動油を送り出す。一方、作動室８３がアイドリング状態である場合、吸入工程及びポンプ工程の両方において、高圧弁８６が閉じて低圧弁８８が開いた状態を維持して、作動室８３と低圧油ライン１８との間で作動油を往復させる（すなわち、高圧油ライン１６には作動油を送り出さない）。したがって、アクティブ状態にある作動室８３の個数の全作動室数に対する割合を変化させることで、油圧ポンプ１２の全体としての押しのけ容積を調節することができる。油圧ポンプ１２の全体としての押しのけ容積の調節は、後述のトランスミッション制御部４０によって行われる。

油圧モータ１４_ｋは、図５に示すように、シリンダ９０及びピストン９２により形成される複数の作動室９３と、ピストン９２に係合するカム曲面を有する偏心カム９４と、各作動室９３に対して設けられた高圧弁９６および低圧弁９８とにより構成されてもよい。高圧弁９６は、各作動室９３と高圧油ライン１６との間の高圧連通路９７に設けられ、低圧弁９８は、各作動室９３と低圧油ライン１８との間の低圧連通路９９に設けられている。
油圧モータ１４_ｋの運転時において、油圧ポンプ１２が作った高圧油ライン１６と低圧油ライン１８との差圧によって、ピストン９２が周期的に上下動し、ピストン９２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン９２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。油圧モータ１４_ｋの運転中、ピストン９２とシリンダ９０の内壁面によって形成される作動室９３の容積は周期的に変化する。
油圧モータ１４_ｋは、高圧弁９６および低圧弁９８の開閉制御によって、各作動室９３をアクティブ状態又はアイドリング状態に切替えることができる。作動室９３がアクティブ状態である場合、モータ工程において高圧弁９６を開き低圧弁９８を閉じることで高圧油ライン１６から作動室９３内に作動油を流入させるとともに、排出工程において高圧弁９６を閉じ低圧弁９８を開くことで作動室９３内で仕事をした作動油を低圧油ライン１８に送り出す。一方、作動室９３がアイドリング状態である場合、モータ工程及びポンプ工程の両方において、高圧弁９６が閉じて低圧弁９８が開いた状態を維持して、作動室９３と低圧油ライン１８との間で作動油を往復させる（すなわち、高圧油ライン１６からの高圧油を作動室９３に受け入れない）。これにより、油圧モータ１４_ｋは、油圧ポンプ１２と同様に、アクティブ状態にある作動室９３の個数の全作動室数に対する割合を変化させることで、全体としての押しのけ容積を調節することができる。油圧モータ１４_ｋの全体としての押しのけ容積の調節は、後述のトランスミッション制御部４０によって行われる。
なお、作動室９３、偏心カム９４、高圧弁９６及び低圧弁９８はケーシング９１に収納されている。また、ケーシング９１の外部には、高圧弁９６をバイパスして高圧油ライン１６と作動室９３とを繋ぐ流路上に始動弁１７が設けられている。この始動弁１７は、油圧モータ１４_ｋの始動時に油圧モータ１４_ｋを所定回転数まで加速するために、低圧弁９８とともに用いられる。始動弁１７は、各作動室９３に対応して設けられてもよいし、一部の作動室９３だけに対応して設けられてもよい。

また、図２に示すように、高圧油ライン１６にはアキュムレータ６４が接続されている。アキュムレータ６４は、油圧モータ１２で生成されるエネルギーと、全油圧モータ１４_ｋで消費されるエネルギーとの差に起因する高圧油ライン１６の作動油の圧力の変動を吸収することができる。よって、高圧油ライン１６の圧力Ｐ_ｓをアキュムレータ６４により安定させることができ、同期発電機２０_ｋの同期合わせ時における油圧モータ１４_ｋの制御が容易になる。
また高圧油ライン１６とアキュムレータ６４との間には電磁弁６６を設けてもよい。電磁弁６６の開閉によって、アキュムレータ６４は高圧油ライン１６に連通したり、高圧油ライン１６から切り離されたりする。なお、電磁弁６６を設ける場合、同期発電機２０_ｋの同期合わせ時に電磁弁６６を開いて、アキュムレータ６４を用いて高圧油ライン１６の圧力Ｐ_ｓを安定させてもよい。

高圧油ライン１６と低圧油ライン１８との間には、全ての油圧モータ１４_ｋをバイパスするバイパス流路６０が設けられている。そして、バイパス流路６０には、高圧油ライン１６の作動油の圧力を設定圧力以下に保持するリリーフ弁６２が設けられている。これにより、高圧油ライン１６内の圧力がリリーフ弁６２の設定圧力まで上昇すれば、リリーフ弁６２が自動的に開いて、バイパス流路６０を介して低圧油ライン１８に高圧油を逃すことができる。

また、油圧トランスミッション１０には、オイルタンク７０、補充ライン７２、ブーストポンプ７４、オイルフィルタ７６、返送ライン７８、低圧リリーフ弁７９が設けられている。
オイルタンク７０は、補充用の作動油が貯留されている。補充ライン７２は、オイルタンク７０を低圧油ライン１８に接続している。ブーストポンプ７４は、補充ライン７２に設けられ、オイルタンク７０から低圧油ライン１８に作動油を補充するようになっている。
返送ライン７８は、オイルタンク７０と低圧油ライン１８との間に配置されている。低圧リリーフ弁７９は、返送ライン７８に設けられており、低圧油ライン１８内の圧力を設定圧力と同じ又はそれ以下に保持するようになっている。これにより、ブーストポンプ７４によって作動油が低圧油ライン１８に供給されても、低圧油ライン１８内の圧力が低圧リリーフ弁７９の設定圧力に達すれば、低圧リリーフ弁７９が自動的に開いて、返送ライン７８を介してオイルタンク７０に作動油を逃すことができる。

なお、風力発電装置１には、図２に示すように、回転数計３２及び３４と圧力計３１とが設けられている。回転数計３２及び３４は、それぞれ、回転シャフト８の回転速度と油圧モータ１４_ｋの出力軸１５の回転速度を計測する。また圧力計３１は、高圧油ライン１６の作動油（高圧油）の圧力を計測する。さらに、ナセル２２の外部に取り付けられて風速を計測する風速計３３や、風力発電装置１の周囲の雰囲気温度を計測する温度センサ３４が設けられていてもよい。これら各種計測器による計測結果は、トランスミッション制御部４０に送られて、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４_ｋの制御に用いられてもよい。

油圧モータ１４_ｋの出力軸１５には同期発電機２０_ｋが連結されている。同期発電機２０_ｋは周波数変換回路（例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂの周波数変換回路５３０，５５０）を介さずに電力系統５０に連系される。
なお、風力発電装置は一般的に出力変動が大きいため電力系統に多数連系すると電力系統の周波数の変動要因となるが、風力発電装置を可変速にて運転することで出力が平滑化され、電力系統に及ぼす影響を緩和することができる。そこで、風力発電装置１では、トランスミッション制御部４０による油圧トランスミッション１０の制御（通常制御モード）により、可変速運転を可能にしている。なお、トランスミッション制御部４０の通常制御モードの詳細は後述する。

図６は、同期発電機２０_ｋ周辺の構成例を示す図である。同図に示すように、同期発電機２０_ｋは、油圧モータ１４_ｋの出力軸１５とともに回転する界磁巻線２１と、遮断器１２２を介して電力系統５０に接続される固定電機子（不図示）とを有する。界磁巻線２１には、励磁機１００から直流の界磁電流が供給されるようになっている。
なお、界磁巻線２１に供給される界磁電流の大きさは、励磁機制御部１１０によって制御される。励磁機制御部１１０は、端子電圧検出器（計器用変圧器：Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）５９による同期発電機２０の端子電圧の計測値に基づいて、該端子電圧が設定値となるように励磁機１００を制御してもよい。

励磁機１００の具体的構成として、例えば、図６に示すような交流励磁機を採用してもよい。すなわち、励磁機１００は、回転電機子（不図示）及び界磁巻線（固定子）１０２で構成された交流発電機であってもよい。
この場合、励磁機１００は油圧モータ１４_ｋの出力軸１５に直結された交流励磁機であり、励磁機１００の回転電機子から出力される交流電流を整流器（回転整流器）１０３によって直流に変換した後、これを界磁電流として同期発電機２０_ｋの界磁巻線２１に供給する。界磁巻線２１と、励磁機１００の電機子と、整流器１０３とが、油圧モータ１４_ｋの出力軸１５とともに回転する部分である。このように、交流励磁機１００の回転電機子からの交流電流を整流器（回転整流器）１０３で整流して、回転子である界磁巻線２１に供給することで、ブラシを省略することができ、ブラシの保守（定期的交換）が不要になる。風力発電装置は一般的に山岳地や洋上等の僻地に設置されることが多いため、ブラシの保守（定期的交換）が不要であることは、ランニングコストの低減に大きく寄与する。

また、図６に示す例では、励磁機制御部１１０は、励磁機１００の界磁巻線１０２に供給する界磁電流の大きさを変化させることで、同期発電機２０_ｋの界磁巻線２１に流れる界磁電流の大きさを調節するようになっている。
この場合、励磁機制御部１１０は、図６で示すように、比較回路１１３と、自動電圧調整器（ＡＶＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）１１４と、サイリスタ１１６とで構成してもよい。比較回路１１３では、端子電圧検出器５９による同期発電機２０_ｋの端子電圧の計測値と、シンクロナイザー１２０から入力された設定値とを比較して、両者の偏差をＡＶＲ１１４に出力する。ＡＶＲ１１４では、比較回路１１３から出力された上記偏差に基づいて、サイリスタ１１６にゲート信号を供給する。サイリスタ１１６は、励磁機１００の界磁巻線１０２と、油圧モータ１４_ｋの出力軸１５に直結された永久磁石発電機（ＰＭＧ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０６からなる副励磁機との間に設けられている。サイリスタ１１６は、永久磁石発電機（副励磁機）１０６を電源として用いて、励磁機１００の界磁巻線（固定界磁）１０２を励磁する。
このように、油圧モータ１４_ｋの出力軸１５に直結され、同期発電機２０_ｋと同軸上に設けられた永久磁石発電機１０６をサイリスタ１１６の電源として用いることで、同期発電機２０_ｋの電力系統５０への併入前であっても、外部電源を必要とせずに同期発電機２０_ｋの励磁を行うことができる。このことは、一般的に外部電源を得にくい性質がある風力発電装置において非常に有利である。

［同期発電機の併入前後における制御］
風力発電装置１では、各同期発電機２０_ｋの電力系統５０への併入のためにシンクロナイザー１２０が用いられる。
シンクロナイザー１２０は、端子電圧検出器１２４による同期発電機２０_ｋの端子電圧の計測結果と、系統電圧検出器１２６による電力系統５０の電圧の計測結果とを受け取り、これらを各同期発電機２０_ｋの同期合わせのために用いる。シンクロナイザー１２０は、同期発電機２０_ｋの電力系統５０への併入に際して、端子電圧検出器１２４で計測した同期発電機２０_ｋの端子電圧と系統電圧検出器１２６で計測した電力系統５０の電圧との周波数差及び位相差が所定範囲内に収まるような油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の指令値をモータ制御部４８に与える。シンクロナイザー１２０からの指令値に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積を調節することで、同期発電機２０_ｋの端子電圧の周波数及び位相が電力系統５０に同期される。この後、シンクロナイザー１２０からの信号に従って遮断器１２２が閉じられて、同期発電機２０_ｋが電力系統５０に併入される。
なお、同期発電機２０_ｋの電力系統５０への併入前、シンクロナイザー１２０から入力された設定値（電力系統５０の電圧）と同期発電機２０_ｋの端子電圧との差が所定範囲に収まるように、励磁機制御部１１０の制御が行われる。すなわち、比較回路１１３から出力された偏差に基づいて、ＡＶＲ１１４がサイリスタ１１６にゲート信号を供給し、同期発電機２０_ｋの界磁巻線２１に流れる界磁電流の大きさが調節される。

図７は、同期発電機２０_ｋの併入前後における各種パラメータの経時変化の一例を示すグラフである。
時刻Ｔ_０以前は油圧モータ１４_ｋ及び同期発電機２０_ｋは停止している。そのため、油圧モータ１４_ｋの回転数はゼロであり、油圧モータ１４_ｋのトルクはゼロであり、同期発電機２０_ｋ側と電力系統５０側との位相差は１８０°〜−１８０°の間で大きく周期的に変化している。

時刻Ｔ_０において油圧モータ１４_ｋの起動を開始する。まず、ｔ＝Ｔ_０〜Ｔ_１において、モータ制御部４８による制御下で回転数計３６の計測値に基づいて始動弁１７及び低圧弁９８を開閉し、作動室９３への圧油の供給及び排出を繰り返して、油圧モータ１４_ｋの回転数を所定回転数w_０まで上昇させる。ｔ＝Ｔ_１において油圧モータ１４_ｋの回転数がw_０に到達したら、高圧弁９６及び低圧弁９８を用いた油圧モータ１４_ｋの加速に切り替える。そして、ｔ＝Ｔ_１〜Ｔ_２において、モータ制御部４８による制御下で回転数計３６の計測値に基づいて高圧弁９６及び低圧弁９８を開閉し、作動室９３への圧油の供給及び排出を繰り返して、油圧モータ１４_ｋの回転数を定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}の手前の所定回転数w_１まで上昇させる。このとき、油圧モータ１４_ｋを迅速に回転数w_１に到達させるため、全ての作動室９３をアクティブ状態にして油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積を最大化してもよい。

その後、時刻Ｔ_２において、同期発電機２０_ｋの端子電圧の周波数を電力系統５０に同期させるための油圧モータ１４_ｋの制御を開始する。具体的には、シンクロナイザー１２０からの信号に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積（アクティブ状態の作動室９３の数）を調節して、油圧モータ１４_ｋの回転数を定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}に近づける。ここで、定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}は、同期発電機２０_ｋの端子電圧の周波数が電力系統５０と一致する油圧モータ１４_ｋの回転数である。なお、この制御の開始前に、同期発電機２０_ｋの励磁系を起動しておく。

そして、時刻Ｔ_３において、同期発電機２０_ｋの端子電圧の位相を電力系統５０に同期させるための油圧モータ１４_ｋの制御に移行する。具体的には、シンクロナイザー１２０からの信号に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積（アクティブ状態の作動室９３の数）を調節して、同期発電機２０_ｋ側と電力系統５０側との位相差が所定範囲内に収まるようにする。時刻Ｔ_４において同期発電機２０_ｋ側と電力系統５０側の位相差が所定範囲内に収まったら、他の条件が満たされるのを待って、時刻Ｔ_５においてシンクロナイザー１２０からの信号によって遮断器１２２を閉じて同期発電機２０_ｋを電力系統５０に併入する。なお、ここでいう他の条件とは、同期発電機２０_ｋの端子電圧と系統電圧との差が所定範囲内に収まることであり、かかる条件は励磁機制御部１１０による界磁巻線２１に流れる界磁電流の制御により満たされる。
この後、油圧モータ１４_ｋのトルクを徐々に増加させて、同期発電機２０_ｋの出力を上昇させる。

ところで、２以上の同期発電機２０_ｋを同時に同期合わせしようとすれば、一の同期発電機の同期合わせのための油圧モータの押しのけ容積の変更が外乱となって、他の同期発電機の同期合わせを困難にする。
そこで、本実施形態では、風速の増加に応じて、Ｎ個の同期発電機２０_ｋを電力系統５０に順次併入し、各同期発電機２０_ｋの電力系統５０への併入タイミングを互いに異ならせる。これにより、端子電圧の周波数及び位相が電力系統に同期した状態を同期発電機２０_ｋ一台ごとに容易に作り出すことができる。
以降、ｉ番目に併入される同期発電機２０_ｋを同期発電機２０_ｉと称する。

なお、同期発電機２０_ｉを順次投入する場合、同期発電機２０_ｉ及び油圧モータ１４_ｉの各組の累積稼働時間や、各同期発電機２０_ｉと電力系統５０との間の各遮断器１２２の開閉回数などに基づいて、同期発電機２０_ｉの併入順を決定してもよい。
これにより、同期発電機２０_ｉ及び油圧モータ１４_ｉの各組の使用頻度を均等化して、一部の同期発電機２０及び油圧モータ１４の極端な劣化を回避して風力発電装置１全体としての信頼性を向上させることができる。

例えば、ｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機２０_ｉの電力系統５０への併入後、ｉ番目の同期発電機２０_ｉの出力を設定値Ｘまで増大させてから、（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせを行ってもよい。すなわち、ｉ番目の同期発電機２０_ｉの電力系統５０への併入後、モータ制御部４８が油圧モータ１４_ｉのトルクを増大させて同期発電機２０_ｉの出力を設定値Ｘまで上昇させてから、シンクロナイザー１２０からの指令値に基づいて油圧モータ１４_ｉ＋１の押しのけ容積を調節してもよい。なお、設定値Ｘは、同期発電機２０_ｉの最低負荷よりも大きく、同期発電機２０_ｉの定格出力未満であり、例えば、同期発電機２０_ｉの定格出力の５０％以上１００％未満であってもよい。
このように、ｉ番目の同期発電機２０_ｉの併入後にその出力が最低負荷より大きい設定値Ｘまで増大するのを待ってから、（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の併入の準備を行うことで、低負荷運転時における発電機使用数を減らして、低負荷運転時における風力発電装置１全体としての効率を向上させることができる。また、前記設定値Ｘを同期発電機２０_ｉの定格出力未満とすることで、定格出力と設定値Ｘとの差分に応じたｉ番目の同期発電機２０_ｉの出力の上昇マージンが確保され、（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせ時に生じる過剰な圧油エネルギーをｉ番目の油圧モータ１４_ｉの押しのけ容積の増大（ｉ番目の同期発電機２０_ｉの出力上昇）により吸収できる。そのため、（ｉ＋１）番目の油圧モータ１４_ｉ＋１は（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせに専念でき、（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせが容易になる。

図８は、２台の同期発電機２０_ｋを電力系統５０に上記手順で併入する様子を説明するための図である。

まず、ｔ＝ｔ_０において風速計３３にて計測した風速がカットイン風速を超えて起動条件が成立すると、ピッチ制御部７の制御下でアクチュエータ５がブレード４のピッチ角をファイン側に移行させて、油圧ポンプ１２に入力される空力エネルギーを増加させる。このとき、油圧ポンプ１２の押しのけ容積はポンプ制御部４４によってゼロにしておく。これにより、油圧ポンプ１２に付与される空力トルクに応じた角加速度にて回転シャフト８が加速される。

ｔ＝ｔ_１において回転シャフト８の回転数が所定値（例えば定格回転数の４０〜６０％の範囲内の回転数）に達したら、ポンプ制御部４４によって油圧ポンプ１２の押しのけ容積を増大させて、高圧油ライン１６への高圧油の吐出を開始して、油圧センサ３１で測定される高圧油圧力Ｐ_ｓを上昇させる。高圧油圧力Ｐ_ｓが所定値に到達したら、ピッチ制御部７によるブレード４のピッチ角調節により回転シャフト８の回転数を目標回転数に維持するとともに、ポンプ制御部４４による油圧ポンプ１２の押しのけ容積の調節により高圧油圧力Ｐ_ｓを目標圧力に維持する。回転シャフト８の回転数及び高圧油圧力Ｐ_ｓが安定したら、１番目の油圧モータ１４_１を起動して、油圧モータ１４_１の回転数を定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}に向けて上昇させる。なお、油圧モータ１４_１を加速する際、上述のように、所定回転数w_０に達するまでは始動弁１７及び低圧弁９８を用い、所定回転数w_０に到達した後は高圧弁９６及び低圧弁９８を用いて、油圧モータ１４_１の押しのけ容積を調節してもよい。油圧モータ１４_１が所定回転数に到達したら、１番目の同期発電機２０_１の励磁系を起動する。そして、シンクロナイザー１２０からの指令値に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_１の押しのけ容積を調節して、同期発電機２０_１側と電力系統５０側との周波数差及び位相差を所定範囲内に収める。また、シンクロナイザー１２０からの制御信号に基づいて励磁機制御部１１０が界磁巻線２１に流れる界磁電流を調節して、同期発電機２０_１側と電力系統５０側との電圧差を所定範囲内に収める。こうして同期発電機２０_１側と電力系統５０側との周波数差、位相差、及び電圧差が所定範囲内に収まった状態で、シンクロナイザー１２０は遮断器１２２に閉信号を送り、時刻ｔ_２において同期発電機２０_１が電力系統５０に併入される。

同期発電機２０_１の併入後、ブレード４のピッチ制御、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４_１の制御を、後述する通常制御モードに移行させる。具体的には、ピッチ制御部７はブレード４のピッチ角をファイン側でほぼ固定する。また、図１０を用いて後述するように、油圧ポンプ１２のトルクが回転シャフト８の回転数に応じた値になるようにポンプ制御部４４による油圧ポンプ１２の押しのけ容積の調節を行う。さらに、図１２を用いて後述するように、高圧油圧力Ｐ_ｓが目標圧力に維持されるようにモータ制御部４８による油圧モータ１４_１の押しのけ容積の調節を行う。そして、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４_１の押しのけ容積を次第に大きくして、同期発電機２０_１の出力を徐々に増加させる。

同期発電機２０_１の出力が設定値Ｘに達するまで油圧モータ１４_１の押しのけ容積を増大させたら、時刻ｔ_３において２番目の油圧モータ１４_２を起動して、油圧モータ１４_２の回転数を定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}に向けて上昇させる。なお、油圧モータ１４_２を加速する際、油圧モータ１４_１と同様に、所定回転数w_０に達するまでは始動弁１７及び低圧弁９８を用い、所定回転数w_０に到達した後は高圧弁９６及び低圧弁９８を用いて、油圧モータ１４_２の押しのけ容積を調節してもよい。油圧モータ１４_２が所定回転数に到達したら、２番目の同期発電機２０_２の励磁系を起動する。そして、シンクロナイザー１２０からの指令値に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_２の押しのけ容積を調節して、同期発電機２０_２側と電力系統５０側との周波数差及び位相差を所定範囲内に収める。また、シンクロナイザー１２０からの制御信号に基づいて励磁機制御部１１０が界磁巻線２１に流れる界磁電流を調節して、同期発電機２０_２側と電力系統５０側との電圧差を所定範囲内に収める。こうして同期発電機２０_２側と電力系統５０側との周波数差、位相差、及び電圧差が所定範囲内に収まった状態で、シンクロナイザー１２０は遮断器１２２に閉信号を送り、時刻ｔ_４において同期発電機２０_２が電力系統５０に併入される。

同期発電機２０_２の併入後、油圧モータ１４_２の制御を通常制御モードに移行させる。具体的には、図１２を用いて後述するように、高圧油圧力Ｐ_ｓが目標圧力に維持されるようにモータ制御部４８による油圧モータ１４_２の押しのけ容積の調節を行う。そして、両方の同期発電機２０_１及び２０_２の出力を上昇させて、時刻ｔ_５において各同期発電機２０_１，２０_２の出力が定格出力に到達する。すなわち、時刻ｔ_５において風力発電装置１全体としての定格出力が得られる。

なお、風速が定格風速以下に減少した場合、油圧モータ１４_１，１４_２の押しのけ容積を次第に少なくして、同期発電機２０_１，２０_２の出力を徐々に減少させて最低負荷に達したら解列する。このとき、一方の同期発電機２０の出力を定格出力に維持したまま他方の同期発電機２０を解列してもよい。同期発電機２０_１，２０_２の解列順は、同期発電機２０_ｉ及び油圧モータ１４_ｉの各組の累積稼働時間や、各遮断器１２２の開閉回数などに基づいて決定してもよい。
図８に示す例では、同期発電機２０_１は定格出力に維持したまま同期発電機２０_２の出力を最低負荷まで下げて、時刻ｔ_６において遮断器１２２を開いて同期発電機２０_２を解列する。風速がさらに減少したら、油圧モータ１４_１の押しのけ容積を次第に少なくして、同期発電機２０_１の出力を徐々に減少させる。同期発電機２０_１の出力が最低負荷まで下がったら、時刻ｔ_７において遮断器１２２を開いて同期発電機２０_１を解列する。

あるいは、ｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機２０_ｉの電力系統５０への併入後、１番目〜ｉ番目の同期発電機２０_１，…２０_ｉの出力を最低負荷に維持しながら、（ｉ＋１）番目の同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせを行ってもよい。すなわち、ｉ番目の同期発電機２０_ｉの電力系統５０への併入後、モータ制御部４８がｉ個の油圧モータ１４_１〜１４_ｉの押しのけ容積を調節して同期発電機２０_１〜２０_ｉの出力を最低負荷に維持しながら、シンクロナイザー１２０からの指令値に基づいて油圧モータ１４_ｉ＋１の押しのけ容積を調節して、同期発電機２０_ｉ＋１の同期合わせを行ってもよい。
これにより、風力発電装置１の発電開始点であるカットイン風速に近い極めて低負荷な運転領域を除いて、Ｎ組の同期発電機２０及び油圧モータ１４を全て用いた運転が行われる。そのため、カットイン風速に近い極めて低負荷な運転領域を除いて、各組の同期発電機２０及び油圧モータ１４を同様に扱うことができ、シンプルな運転制御が可能になる。また、各組の同期発電機２０及び油圧モータ１４の使用頻度のバラツキも軽減できる。

図９は、２台の同期発電機２０_ｋを電力系統５０に上記手順で併入する様子を説明するための図である。
なお、１番目の同期発電機２０_１を電力系統５０に併入するまでの手順（ｔ＝ｔ_１０〜ｔ_１２までの手順）は、図８におけるｔ＝ｔ_０〜ｔ_２までの手順と同様であるから、ここではその説明を省略する。

１番目の同期発電機２０_１の併入後、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４_１の押しのけ容積が安定したら、同期発電機２０_１の出力が最低負荷に維持された状態で、２番目の油圧モータ１４_２を起動して、油圧モータ１４_２の回転数を定格回転数w_{ｒａｔｅｄ}に向けて上昇させる。なお、油圧モータ１４_２を加速する際、上述のように、所定回転数w_０に達するまでは始動弁１７及び低圧弁９８を用い、所定回転数w_０に到達した後は高圧弁９６及び低圧弁９８を用いて、油圧モータ１４_２の押しのけ容積を調節してもよい。油圧モータ１４_２が所定回転数に到達したら、２番目の同期発電機２０_２の励磁系を起動する。そして、シンクロナイザー１２０からの指令値に従ってモータ制御部４８が油圧モータ１４_２の押しのけ容積を調節して、同期発電機２０_２側と電力系統５０側との周波数差及び位相差を所定範囲内に収める。また、シンクロナイザー１２０からの制御信号に基づいて励磁機制御部１１０が界磁巻線２１に流れる界磁電流を調節して、同期発電機２０_２側と電力系統５０側との電圧差を所定範囲内に収める。こうして同期発電機２０_２側と電力系統５０側との周波数差、位相差、及び電圧差が所定範囲内に収まった状態で、シンクロナイザー１２０は遮断器１２２に閉信号を送り、時刻ｔ_１３において同期発電機２０_２が電力系統５０に併入される。

その後、両方の同期発電機２０_１及び２０_２を同負荷にて出力上昇させて、時刻ｔ_１４において各同期発電機２０_１，２０_２の出力が定格出力に到達する。すなわち、時刻ｔ_１４において風力発電装置１全体としての定格出力が得られる。

なお、風速が定格風速以下に減少した場合、油圧モータ１４_１，１４_２の押しのけ容積を次第に少なくして、同期発電機２０_１，２０_２の出力を徐々に減少させて最低負荷に達したら解列する。このとき、両方の同期発電機２０_１，２０_２の出力を最低負荷に向けて略同一レートにて同時に低下させてもよい。
図９に示す例では、油圧モータ１４_１，１４_２の押しのけ容積を略同一レートにて次第に少なくして、同期発電機２０_１，２０_２の出力を徐々に減少させる。そして、時刻ｔ_１５において、先に出力が最低負荷まで下がった同期発電機２０_１を解列する。また、時刻ｔ_１６において、遅れて出力が最低負荷まで下がった同期発電機２０_２を解列する。

なお、図８及び９を用いて説明した手順で同期発電機２０_ｉを順次投入する場合、風速がカットイン風速を所定時間継続して下回った場合、電力系統５０に併入されている同期発電機２０を全て解列して、風力発電装置１による発電を停止してもよい。

また、風力発電装置１の定格出力をＰ_{ｒａｔｅｄ}としたとき、Ｎ個の同期発電機２０のうちＭ個（ただしＭは１以上（Ｎ−１）以下の整数）の同期発電機２０の故障時に、風力発電装置１はＰ_{ｒａｔｅｄ}×（Ｎ−Ｍ）／Ｎ以下の出力で発電を行ってもよい。これにより、一部の同期発電機２０が故障しても、風力発電装置１の部分負荷運転を継続することができ、発電機会逸失を回避できる。
なお、同期発電機２０の故障は例えば端子電圧検出器５９等のモニタリング装置によって検知してもよい。故障が検知された同期発電機２０に連結された油圧モータ１４は、モータ制御部４８によって押しのけ容積をゼロとして停止させ、残りの同期発電機２０を電力系統５０に連系させたまま運転を継続してもよい。

さらに、同期発電機２０が全て解列されている場合であっても、風力発電装置１の補機に供給するための電力を少なくとも一つの同期発電機２０で生成してもよい。

［トランスミッション制御部の通常制御モード］
上記構成の風力発電装置１は、同期発電機２０_ｋの併入前後を除いた運転時には、以下で説明する通常制御モードで油圧トランスミッション１０を制御する。

トランスミッション制御部４０は、図２に示すように、理想トルク算出部４１、トルク目標算出部４２、ポンプ要求値算出部４３、ポンプ制御部４４、ポンプ目標出力算出部４５、モータ目標出力算出部４６、モータ要求値算出部４７、モータ制御部４８及び記憶部４９を備える。
通常制御モードでは、トランスミッション制御部４０は、油圧ポンプ１２のトルクが回転シャフト８の回転数に応じた値になるように油圧ポンプ１２の押しのけ容積をポンプ制御部４４によって調節するとともに、油圧モータ１４_ｋの出力目標値ＰＯＷＥＲ_Ｍに基づいて高圧油圧力Ｐ_ｓが目標圧力に維持されるように油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積をモータ制御部４８によって調節する。そのため、周波数変換回路を用いなくても、風速に対して回転シャフト８の回転数が可変である可変速運転が可能であり、出力平滑化及び発電効率向上を図ることができる。また、油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の調節によって高圧油圧力Ｐ_ｓが目標圧力に維持されるから、風力発電装置１の運転制御を安定して行うことができる。

以下、通常制御モードにおけるトランスミッション制御部４０の各部の働きについて説明する。トランスミッション制御部４０の役割は、油圧ポンプ１２の制御と油圧モータ１４_ｋの制御に大別されるから、ここでは、油圧ポンプ１２の押しのけ容積を調節するための制御について詳述した後、油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積を調節するための制御について詳述する。

図１０は、トランスミッション制御部４０において油圧ポンプ１２の押しのけ容積が決定される際のシグナルフローを示す図である。同図に示すように、理想トルク算出部４１は、回転数計３２で検出された回転シャフト８の回転数Ｗ_ｒを受け取って、この回転数Ｗ_ｒから油圧ポンプ１２の理想トルクＴ_ｉを決定する。例えば、理想トルク算出部４１は、予め設定されたＷ_ｒ−Ｔ_ｉ関数（回転数Ｗ_ｒと理想トルクＴ_ｉとの関数）を記憶部４９（図２参照）から読み出し、該Ｗ_ｒ−Ｔ_ｉ関数を用いて回転数Ｗ_ｒに対応する理想トルクＴ_ｉを求める。

ここで、記憶部４９に記憶されたＷ_ｒ−Ｔ_ｉ関数の一例について説明する。
図１１は、ロータ回転数Ｗ_ｒを横軸にとり、ロータトルクＴを縦軸にとった座標系においてＣｐ最大曲線を示したグラフである。Ｃｐ最大曲線３００とは、パワー係数Ｃｐが最大となるような座標（Ｗ_ｒ，Ｔ）を結んだ曲線である。Ｃｐ最大曲線３００は、種々の風速（例えば、風速Ｖ_０〜Ｖ_５）に関してパワー係数Ｃｐが最大となるような座標Ｚ_１〜Ｚ_５を通る曲線である。
記憶部４９に記憶されるＷ_ｒ−Ｔ_ｉ関数は、図１１の太線で示すように、運転点ａ〜運転点ｂの範囲ではＣｐ最大曲線３００で規定され、運転点ｂ〜運転点ｃの範囲ではロータ回転数が定格回転数Ｗ_{ｒａｔｅｄ}で一定となる直線で規定される関数３１０であってもよい。なお、運転点ａに対応する風速Ｖ_０はカットイン風速であり、運転点ｃに対応する風速Ｖ_４が定格出力に達する風速（定格風速）である。関数３１０により理想トルクＴ_ｉを決定するには、回転数計３２で検出された回転シャフト８の回転数Ｗ_ｒに対応するロータトルクＴ（すなわち理想トルクＴ_ｉ）を関数３１０から求めればよい。
関数３１０を用いることで、カットイン風速Ｖ_０〜風速Ｖ_３の風速域において、初期回転数Ｗ_０から定格回転数Ｗ_{ｒａｔｅｄ}の範囲で、油圧ポンプ１２の回転数（ロータ回転数）Ｗ_ｒを風速に応じて変化させて、パワー係数Ｃｐが最大の条件で運転を行うことができる。すなわち、初期回転数Ｗ_０から定格回転数Ｗ_{ｒａｔｅｄ}の可変速範囲において、最大の効率が得られるような運転が可能となる。また、風速Ｖ_３〜定格風速Ｖ_４の風速域では、油圧ポンプ１２の回転数（ロータ回転数）Ｗ_ｒが定格回転数Ｗ_{ｒａｔｅｄ}に維持される。なお、定格風速Ｖ_４〜カットアウト風速の高風速域では、アクチュエータ（ピッチ駆動機構）５によってブレード４のピッチ角が調節されて定格出力に維持される。

このようにして得られた油圧ポンプ１２の理想トルクＴ_ｉは、図１０に示すように、トルク目標算出部４２において修正され、油圧ポンプ１２のトルク目標Ｔ_ｄが求まる。
トルク目標算出部４２は、理想トルクＴ_ｉにスケール係数Ｍを乗算して、調整理想トルクＭＴ_ｉを算出する。スケール係数Ｍは０〜１の範囲内であればいずれの値であってもよく、好ましくは０．９〜１の範囲内の値である。スケール係数Ｍを乗算することで、油圧ポンプ１２の実際のトルクは理想トルクＴ_ｉよりわずかに低くなり、突風時にはロータ２がより急速に加速することとなる。その結果、理想トルクＴ_ｉにスケール係数Ｍを乗算しない場合に比べて、より大きな出力を得ることができる。なお、スケール係数Ｍを用いると、ロータ２はより緩慢に減速するため、凪時においては最適な運転点から少し外れて運転することになってしまう。しかし、突風に対して追従させることにより得られる追加出力は、凪時の非最適運転による出力損失より大きい。

また、トルク目標算出部４２によって求まるトルク目標Ｔ_ｄは、調整理想トルクＭＴ_ｉとトルクフィードバックコントローラ２０１の出力値との差であってもよい。トルクフィードバックコントローラ２０１は、トルク目標の現在値及び加速トルクから空気力学的トルクの推定値Ｔ_aeroを算出する。加速トルクは、ロータ２の角加速度ａ_ｒと、ロータ２の回転慣性モーメントＪとを乗算することにより求められる。トルクフィードバックコントローラ２０１の出力値は、空気力学的トルクの推定値と調整理想トルクとの偏差Ｔ_excessである。この偏差にゲインＧを乗算し、補正トルクＴ_feedbackを算出する。ゲインＧは０以上のいずれの値であってもよい。ゲインＧを０に設定すれば、トルクフィードバックコントローラ２０１は無効化される。

トルクフィードバックコントローラ２０１は、加速時には調整理想トルクＭＴ_ｉからトルクを減少させてトルク目標Ｔ_ｄをわずかに減少させるとともに、減速時には調整理想トルクＭＴ_ｉにトルクを追加してトルク目標Ｔ_ｄをわずかに増大させることで、ロータ２の加速及び減速に応答する。これにより、調整理想トルクの制御のみの場合に比べて、風からの入力エネルギーの変化に応じて、回転シャフト８をより迅速に加速及び減速させることができる。よって、風から回収できるエネルギーの総量が増加することとなる。

トルク目標算出部４２で求めたトルク目標Ｔ_ｄはポンプ要求値算出部４３に送られて、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄ_Ｐの算出に用いられる。トルク目標算出部４２では、高圧油ライン１６の作動油の圧力Ｐ_ｓで除算し、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄ_ｐを算出する。この要求値Ｄ_ｐは、ＰＩＤ式コントローラであってもよく出力値がコントローラの要求値Ｄ_ｐである圧力リミッタ２０２で補正してもよい。また、圧力リミッタ２０２は、高圧油ライン１６の圧力を許容範囲内に維持する。つまり、ポンプが要求する作動油移動量を修正することで、風力発電装置の安全運転が可能な最大レベル未満に高圧油ライン１６の圧力を維持する。リリーフ弁６２を介してエネルギーを消散することが望まれるような運転モード（たとえば極度の突風時には風力発電装置が定格速度以上で動作するのを防止する目的）では、圧力リミットは無効としてもよい。あるいは、圧力リミット値は、用途によって異ならせてもよい。なお、ポンプ要求値算出部４３において、高圧油ライン１６の作動油の温度に基づいて、油圧ポンプ１２の押しのけ容積の要求値Ｄ_Ｐを補正してもよい。

なお、ポンプ要求値算出部４３は、アジャスタ２０３によって、例えばウィンドファームのファーム制御装置や給電指令所等の外部指令所からの電力要求シグナルに応じて、油圧ポンプ１２のトルク目標Ｔ_ｄを補正してもよい。これにより、外部指令所からの要求に見合った発電量を得ることが可能となる。

このようにして得られた押しのけ容積の要求値Ｄ_Ｐはポンプ制御部４４に送られて、ポンプ制御部４４によって油圧ポンプ１２の押しのけ容積が要求値Ｄ_Ｐに調節される。例えば、ポンプ制御部４４は、高圧弁８６及び低圧弁８８を開閉制御して、アクティブ状態の作動室８３の個数の全作動室数に対する割合を変化させることで、油圧ポンプ１２の押しのけ容積を要求値Ｄ_Ｐに調節してもよい。

図１２は、トランスミッション制御部４０において油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積が決定される際のシグナルフローを示す図である。同図に示すように、ポンプ目標出力算出部４５は、トルク目標算出部４２で求めた油圧ポンプ１２のトルク目標Ｔ_ｄに、回転数計３２で取得された回転シャフト８の回転数Ｗ_ｒを乗算して、油圧ポンプ１２の目標出力のベース値ＰＯＷＥＲ_０を算出する。また、ポンプ目標出力算出部４５は、ファーム制御装置や給電指令所等の外部指令所２１０からの電力要求シグナルＳ_ｄに応じて、アジャスタ２１２で出力補正値ＰＯＷＥＲ_Ｃを算出する。そして、先に求めた目標出力のベース値ＰＯＷＥＲ_０に出力補正値ＰＯＷＥＲ_Ｃを加算して、油圧ポンプ１２の目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｐが決定される。

モータ目標出力算出部４６は、一次ローパスフィルタ（伝達関数Ｈ（ｓ）＝１／（Ｔ・ｓ＋１））により油圧ポンプ１２の目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｐを処理し、油圧モータ１４_ｋのモータ目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｍを算出する。
次いで、モータ要求値算出部４７は、モータ目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｍを、油圧センサ３１で測定された高圧油圧力Ｐ_ｓ、及び、回転数計３６で計測された油圧モータ１４_ｋの回転数Ｗ_ｍで除算して、油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の名目要求値Ｄ_ｎを求める。

また、モータ要求値算出部４７では、モータ目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｍから要求補正値Ｄ_ｂを算出し、上述の名目要求値Ｄ_ｎに加算することで油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の要求値Ｄ_ｍを求める。この要求補正値Ｄ_ｂは、例えば、図１２に示すように、高圧油ライン１６の目標圧力Ｐ_ｄと、圧力計３１の計測値Ｐ_ｓとの偏差に可変ゲインＫ_Ｐを乗算する圧力フィードバックコントローラ２２０によって求めてもよい。

なお、高圧油ライン１６の目標圧力Ｐ_ｄは、予め設定されたモータ目標出力と高圧油ライン１６の目標圧力との関数２３０に、現在のモータ目標出力ＰＯＷＥＲ_Ｍを入力して求めてもよい。なお、関数２３０は、少なくとも一部が、モータ目標出力が増加するに従って、高圧油ライン１６の目標圧力が単調増加するような曲線で規定される。そのため、モータ目標出力が大きい（すなわち、油圧ポンプ１２の吐出量が多い）場合に比べて、モータ目標出力が小さい（すなわち、油圧ポンプ１２の吐出量が少ない）場合における高圧油ライン１６の目標圧力Ｐ_ｄが小さな値に設定される。これにより、モータ目標出力が小さい場合における油圧ポンプ１２の吐出量に対する作動油の内部漏れ量を減らして、作動油の内部漏れが油圧トランスミッション１０の制御に及ぼす影響を抑制することができる。

また、可変ゲインＫ_Ｐは、関数２３２を用いて、高圧油ライン１６の圧力の現在値（圧力計３１の計測値）Ｐ_ｓ、高圧油ライン１６の圧力の許容範囲における最大値Ｐ_ｍａｘ及び最小値Ｐ_ｍｉｎに応じて決定される。例えば、関数２３０は、圧力の現在値Ｐ_ｓが許容範囲外（すなわち、Ｐ_ｓ＜Ｐ_ｍｉｎ又はＰ_ｓ＞Ｐ_ｍａｘ）の場合には可変ゲインＫ_Ｐを最大値Ｋ_ｍａｘに設定し、圧力の現在値Ｐ_ｓが許容範囲内（すなわち、Ｐ_ｍｉｎ≦Ｐ_ｓ≦Ｐ_ｍａｘ）の場合には最小値Ｐ_ｍｉｎ又は最大値Ｐ_ｍａｘに近づくにつれて前記最大値Ｋ_ｍａｘに向かって可変ゲインＫ_Ｐを増加させてもよい。これにより、圧力Ｐ_ｓが上記許容範囲から外れそうになった場合、あるいは圧力Ｐ_ｓが上記許容範囲から外れた場合に、高圧油ライン１６の圧力Ｐ_ｓと目標圧力Ｐ_ｄとの偏差に乗じる可変ゲインＫ_Ｐを大きくして（又は最大値Ｋ_ｍａｘに設定して）、高圧油ライン１６の圧力Ｐ_ｓを迅速に許容範囲内に収め、かつ、目標圧力Ｐ_ｄに近づけることができる。

なお、同期発電機２０_ｋの端子電圧は、励磁機制御部１１０による励磁機１００の制御によって一定に維持される。例えば、図６に示すように、比較回路１１３において、端子電圧検出器５９による同期発電機２０_ｋの端子電圧の計測値と、シンクロナイザー１２０から入力された設定値との偏差を求め、該偏差に基づいてＡＶＲ１１４からサイリスタ１１６のゲート信号を供給してもよい。これにより、同期発電機２０_ｋの界磁巻線２１に供給される界磁電流の大きさが調節され、同期発電機２０_ｋの端子電圧が系統電圧に維持される。

以上説明したように、本実施形態では、各同期発電機２０_ｋの併入前に、各同期発電機２０_ｋの端子電圧の周波数及び位相が電力系統５０に同期するように、シンクロナイザー１２０からの油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の指令値がモータ制御部４８に与えられる。そのため、各同期発電機２０_ｋと電力系統５０との間に周波数変換回路が介在していなくても、周波数変換回路に頼らずに、同期発電機２０_ｋを電力系統５０に併入可能な状態をシンクロナイザー１２０により作り出すことができる。
また、モータ制御部４８による複数の油圧モータ１４_ｋの押しのけ容積の調節は互いに独立して行うようにしたので、複数組の同期発電機２０_ｋ及び油圧モータ１４_ｋのうち運転に用いる組を任意に選択できる。そのため、必要に応じて、同期発電機２０_ｋ及び油圧モータ１４_ｋの一部の組のみを用いて運転を行うことができる。例えば、低負荷運転時における風力発電装置１全体としての効率を向上させるために同期発電機２０_ｋ及び油圧モータ１４_ｋの運転に用いる組の数を減らしたり、同期発電機２０_ｋ及び油圧モータ１４_ｋの故障時における発電の機会逸失を回避するために故障していない同期発電機２０_ｋ及び油圧モータ１４_ｋの組を用いて発電を継続したりすることができる。

また、風力発電装置１は、ロータ２から発電機２０_ｋに動力を伝達するドライブトレインとして油圧トランスミッション１０を採用したので、発電機軸（油圧モータ１４_ｋの出力軸１５）は回転シャフト８から切り離されている。そのため、回転シャフト８からの動力を複数に分けて発電機２０_ｋに入力することが容易であり、複数の発電機２０_ｋを設けた風力発電装置１をシンプルな構成で実現できる。
そして、複数の発電機２０_ｋを設けることで、一台の発電機のみを用いた風力発電装置に比べて、発電機２０_ｋの故障耐性及び発電機会を向上させるとともに、低負荷運転時における効率を向上させることができる。特に、図６に示す例のように励磁機１００を備えた同期発電機２０_ｋは、永久磁石式同期発電機に比べて低負荷時における効率が劣ることが知られているから、このような構成の同期発電機２０_ｋを複数設けることで低負荷運転時における効率改善の大きな効果を享受できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

１ 風力発電装置
２ ロータ
４ ブレード
５ アクチュエータ
６ ハブ
７ ピッチ制御部
８ 回転シャフト
１０ 油圧トランスミッション
１２ 油圧ポンプ
１４ 油圧モータ
１５ 出力軸
１６ 高圧油ライン
１７ 始動弁
１８ 低圧油ライン
２０ 同期発電機
２１ 界磁巻線
２２ ナセル
２４ タワー
３１ 圧力計
３２ 回転数計
３３ 風速計
３４ 雰囲気温度センサ
３６ 回転数計
４０ トランスミッション制御部
４１ 理想トルク算出部
４２ トルク目標算出部
４３ ポンプ要求値算出部
４４ ポンプ制御部
４５ ポンプ目標出力算出部
４６ モータ目標出力算出部
４７ モータ要求値算出部
４８ モータ制御部
４９ 記憶部
５０ 電力系統
５９ 端子電圧検出器
６０ バイパス流路
６２ リリーフ弁
６４ アキュムレータ
６６ 電磁弁
７０ オイルタンク
７２ 補充ライン
７４ ブーストポンプ
７６ オイルフィルタ
７８ 返送ライン
７９ 低圧リリーフ弁
１００ 励磁機（交流励磁機）
１０２ 界磁巻線
１０３ 回転整流器
１０６ 永久磁石発電機
１１０ 励磁機制御部
１１３ 比較回路
１１４ 自動電圧調整器（ＡＶＲ）
１１６ サイリスタ
１２０ シンクロナイザー
１２２ 遮断器
１２４ 端子電圧検出器
１２６ 系統電圧検出器
２０１ トルクフィードバックコントローラ
２０２ 圧力リミッタ
２０３ アジャスタ
２１０ 外部指令所
２１２ アジャスタ
２２０ 圧力フィードバックコントローラ
３００ Ｃｐ最大曲線
３１０ Ｗ_ｒ−Ｔ_ｉ関数
５００ 増速機
５２０ 二次巻線誘導発電機
５３０ ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ（周波数変換回路）
５４０ 同期発電機
５５０ ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンク（周波数変換回路）

Claims (15)

1. 再生エネルギーを利用して電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
   ブレードと、
   前記ブレードを介して受け取った前記再生エネルギーにより回転する回転シャフトと、
   前記回転シャフトにより駆動されて圧油を生成する油圧ポンプと、
   前記圧油によって駆動される複数の油圧モータと、
   周波数変換回路を介さずに電力系統に連系され、前記複数の油圧モータにそれぞれ連結される複数の同期発電機と、
   前記複数の油圧モータの押しのけ容積を互いに独立して調節するモータ制御部と、
   各同期発電機の前記電力系統への併入前、各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が前記電力系統に同期するように、各油圧モータの前記押しのけ容積の指令値を前記モータ制御部に与えるシンクロナイザーとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
2. 前記モータ制御部は、各同期発電機の前記電力系統への併入後、各油圧モータの出力目標値に基づいて前記圧油の圧力が目標圧力に維持されるように該油圧モータの押しのけ容積を調節することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
3. 前記同期発電機および前記油圧モータは、それぞれ、Ｎ個（ただしＮは２以上の整数）設けられており、
   前記Ｎ個の同期発電機は、前記再生エネルギーの流速の増加に応じて前記電力系統に順次併入され、
   前記モータ制御部は、各同期発電機の前記電力系統への併入前、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて各油圧モータの押しのけ容積を調節することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
4. 前記モータ制御部は、
   前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、前記ｉ番目の同期発電機の出力が該同期発電機の最低負荷よりも大きく該同期発電機の定格出力よりも小さい設定値に達するまで前記ｉ番目の同期発電機に連結されたｉ番目の油圧モータの押しのけ容積を増大させた後、
   前記Ｎ個のうち（ｉ＋１）番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記（ｉ＋１）番目の同期発電機に連結された（ｉ＋１）番目の油圧モータの押しのけ容積を調節することを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
5. 前記設定値は、前記ｉ番目の同期発電機の定格出力の５０％以上１００％未満であることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
6. 前記モータ制御部は、前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、１番目からｉ番目のｉ個の同期発電機の出力が最低負荷に維持されるように１番目からｉ番目の油圧モータの押しのけ容積をそれぞれ調節しながら、前記Ｎ個のうち（ｉ＋１）番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記（ｉ＋１）番目の同期発電機に連結された（ｉ＋１）番目の油圧モータの押しのけ容積を調節することを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
7. 前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ制御部と、
   前記油圧ポンプの押しのけ容積を調節するポンプ制御部とをさらに備え、
   前記Ｎ個のうち１番目の同期発電機の前記電力系統への併入前に、前記回転シャフトの回転数が目標回転数に維持されるように前記ブレードのピッチ角が前記ピッチ制御部によって調節され、前記圧油の圧力が目標圧力に維持されるように前記油圧ポンプの押しのけ容積が前記ポンプ制御部によって調節された状態で、前記モータ制御部が、前記シンクロナイザーからの前記指令値に基づいて前記１番目の同期発電機に連結された１番目の油圧モータの押しのけ容積を調節ことを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
8. 前記同期発電機および前記油圧モータの各組の累積稼働時間、及び、各同期発電機と前記電力系統との接続状態を切り替える各遮断器の開閉回数の少なくとも一方に基づいて、前記同期発電機の併入順が決定されることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
9. 前記油圧ポンプの押しのけ容積を調節するポンプ制御部をさらに備え、
   前記Ｎ個のうちｉ番目（ただしｉは１〜（Ｎ−１）の範囲における任意の整数）の同期発電機の前記電力系統への併入後、前記ｉ番目の同期発電機の出力が徐々に増加するように、前記ポンプ制御部による前記油圧ポンプの押しのけ容積の調節と、前記モータ制御部による前記ｉ番目の同期発電機に連結されたｉ番目の油圧モータの押しのけ容積の調節とが行われることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
10. 前記再生エネルギー型発電装置の定格出力をＰ_{ｒａｔｅｄ}としたとき、前記Ｎ個のうちＭ個（ただしＭは１以上（Ｎ−１）以下の整数）の同期発電機の故障時にＰ_{ｒａｔｅｄ}×（Ｎ−Ｍ）／Ｎ以下の出力で発電を行うことを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
11. 前記再生エネルギーの流速が前記再生エネルギー型発電装置の発電開始点であるカットイン流速を下回った場合、前記電力系統に併入されている前記同期発電機を全て解列して、前記再生エネルギー型発電装置の発電を停止することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
12. 前記同期発電機が全て解列されている場合、前記再生エネルギー型発電装置の補機に供給するための電力を少なくとも一つの前記同期発電機で生成することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
13. 各油圧モータは、シリンダおよびピストンにより囲まれる複数の作動室と、各作動室への前記圧油の供給を行う複数の高圧弁と、各作動室からの前記圧油の排出を行う複数の低圧弁と、前記作動室、前記高圧弁及び前記低圧弁が収納されるケーシングとを含み、
    各油圧モータに対応して前記ケーシングの外部に設けられる始動弁をさらに備え、
    各油圧モータの始動時、前記モータ制御部は、前記始動弁及び前記低圧弁の開閉制御により前記圧油の供給及び排出が行われる前記作動室の数を調節して各油圧モータを弁切替え目標回転数まで加速し、前記高圧弁及び前記低圧弁の開閉制御により前記圧油の供給及び排出が行われる前記作動室の数を調節して各油圧モータを前記弁切替え目標回転数を超えてさらに加速することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
14. 前記再生エネルギー型発電装置が、前記再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
15. ブレードを介して受け取った再生エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトにより駆動されて圧油を生成する油圧ポンプと、前記圧油によって駆動される複数の油圧モータと、前記複数の油圧モータにそれぞれ連結される複数の同期発電機とを備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、
    各同期発電機の端子電圧の周波数及び位相が前記電力系統に同期するように、シンクロナイザーからの指令値に基づいて、前記複数の油圧モータの押しのけ容積を互いに独立して調節するステップと、
    前記押しのけ容積を調節するステップの後、周波数変換回路を介さずに前記複数の同期発電機を前記電力系統に併入するステップとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置の運転方法。

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