JP5583204B2 - エネルギー抽出装置およびエネルギー抽出装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置（ＷＴＧ）のような再生可能エネルギー装置に関するものである。

風力発電装置や潮流発電装置のような再生可能エネルギー装置は、ＡＣ電力ネットワークのための電源としてますます重要になっている。このような装置は、伝統的には、風車又は潮流タービンのロータのようなエネルギー抽出メカニズムの遅い入力スピードを、発電機を駆動するための速い出力スピードに変換するために、ギヤボックス（増速機）の形をとるトランスミッションを採用してきた。このようなギヤボックスは、故障しやすいし、保守及び交換又は修理のコストが高いため、設計及び製造するのが困難である。

したがって、流体作動機械を用いた再生可能エネルギー装置用のトランスミッションを構築することが提案されており、これによって、大規模に可変である油圧（ハイドロスタティック）変速比とすることができる。そのような油圧トランスミッションは、また、ギヤボックスに比べて軽量であり、ロバストであり、さらには、同様の機能を発現するであろうそれ以外のダイレクト発電機ドライブ方式に比べて軽量である。そのため、電力を生成するための全体としてのコストを減少させることができる。米国特許第４５０３６７３号明細書（Ｓｃｈａｃｌｅ）には、複数のポンプによって駆動される容量可変型の複数のモータが開示されており、このモータは、圧力ｖｓ．ロータスピードの関数に従って作動油の圧力を制御するように全体として押しのけ容積が可変となっている。国際公開第２００７／０５３０３６号明細書（Ｃｈａｐｐｅｌ）には、容量固定型のポンプによって駆動される容量可変型のモータが開示されており、モータの押しのけ容積は風速の実測値に基づいて制御されるようになっている。

しかしながら、再生可能エネルギー装置に入力されるパワーは、突風や乱流によって瞬間ごとに予測不能であることが、経験を通して明らかになっている。このことによって、電力系統に出力されるパワーの望ましくない変動が生じてしまう。電力系統が瞬時的に前記装置から切り離されたり、電力系統が前記装置からの追加エネルギーを短時間必要としたりする際に、さらなる問題が生じる。このような理由から、ポンプとモータとの間に接続された流体貯蔵器を用いて、ポンプ及び／又はモータを制御して秒単位での前記流体貯蔵器への貯留及び前記流体貯蔵器からの余剰エネルギーの回収を実現することが提案されている。

米国特許第４４９６８４７号明細書（Ｐａｒｋｉｎｓ ａｎｄ Ｓａｌｔｅｒ＆Ｒａｅ；１９８４）には、電気的に整流されたポンプ（すなわち、個々の作動室がポンプの一回転あたりの流体の押しのけ容積（及び結果的にロータに付与されるトルクも）を変化させるように無能力化可能であるポンプ）を備えたＷＴＧが開示されている。ロータトルクは、タービン（機能的にはモータと等価である）又はモータがそれぞれ流体貯蔵器（それぞれ、圧力ベッセル及びフライホイール又は真空貯蔵器）における圧力を一定に維持するように制御されながら、ロータスピードの計測された風速に対する所望の比が維持されるように制御される。米国特許第４２８００６１号明細書（Ｌａｗｓｏｎ−Ｔａｎｃｒｅｄ）には、ポンプの押しのけ容積がロータスピードの二乗に基づいて制御され、モータは一定の圧力を維持するように制御され、流体貯蔵器は重み付けられた油圧ラムになっている異なるタイプのＷＴＧが開示されている。米国特許第４２７４０１０号明細書（Ｌａｗｓｏｎ−Ｔａｎｃｒｅｄ）には、パワーの利用可能性に基づいて発電機／モータのスイッチを間欠的にオン・オフする能力がさらに開示されている。

Ｒａｍｐｅｎ，Ｔａｙｌｏｒ Ｒｉｄｄｏｃｈ（２００６）には、電気的に整流されたポンプと、エネルギー貯蔵器としての油圧アキュムレータとを備えたＷＴＧが開示されているものの、秒単位での貯蔵及び余剰エネルギーの回収を実現するために如何にしてポンプ、モータ及びアキュムレータを制御すればよいのか何ら記載されていない。

アキュムレータは安くて信頼性の高いエネルギー貯蔵器でありながら、その流体圧力は平滑作用を提供するための運用では非常に広範囲にかけて変化しなければならない。また、流体作動機械の効率は運用圧力によって変化するため、使用される運用圧力を最適化することが望ましい。特に、運用圧力が低い場合、変動するエネルギーの入力は、何の前触れもなしに、現在の圧力に拘束するトルクを供給するというポンプの能力を超えてロータトルクが生成されてしまい、ロータが危険なほどに加速されてしまう。他の緊急停止条件（例えば、ブレード、付随的な装置、タワー又は油圧回路の故障）は、また、ロータへの十分なトルクの急激な付与を要求するかもしれない。しかしながら、アキュムレータエネルギー貯蔵器を備えたＷＴＧは、運用圧力を上昇させるためにはアキュムレータが流体で満たされなければならないから、トルクを迅速に上昇させることが難しい。

このような理由から、米国特許第４４９６８４７には必要なときにポンプをタービンから切り離すための制御可能な制限バルブ（コンストリクティング・バルブ）が開示されており、これによって、圧力を上昇せしめ、ロータの過速に対する前記装置の制御を行うことができる。しかしながら、これらの制限バルブによって、たとえそれらが開いていたとしても、ＷＴＧの発電効率を減少させる損失が生じてしまう。加えて、制限バルブが機能している間、発電がストップしてしまう。
したがって、本発明の第１の目的は、通常運転時におけるエネルギー生成効率を最大化し、トルク要求の増加を通してずっとエネルギー生成量を維持するとともに、検出された異常により迅速に対応可能である、油圧トランスミッション及び安価で信頼性に優れたエネルギー貯蔵装置を備えた再生可能エネルギー装置の制御方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、
再生可能エネルギー源よりの変動するエネルギー流からエネルギーを抽出するエネルギー抽出装置の運転方法であって、
前記エネルギー抽出装置は、
前記再生可能エネルギー源によって駆動される回転シャフトによって駆動されるとともに、該回転シャフトにトルクを付与する油圧ポンプと、
負荷を駆動する油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口および前記油圧モータの入口と流体的に連通しており、流体アキュムレータとの流体的な連通状態に選択的に置かれる高圧マニホールドと、
前記油圧モータの出口および前記油圧ポンプの入口と流体的に連通する低圧マニホールドと、
異常事象を検出するための異常事象センサとを備え、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、周期的に体積が変化する複数の作動室と、各作動室と各マニホールドとの間における作動流体の正味の押しのけ容積を調節するための複数のバルブとを有し、各作動室に関連する少なくとも一つのバルブは電気的に制御されるバルブであり、前記電気的に制御されるバルブは、作動室体積の各サイクルにおいて各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、それによって前記電気的に制御される可変容量型の油圧機械による作動油の正味の押しのけ容積を調節するように動作せしめられ、
前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を遮ることで、異常事象の検出に応答して、前記高圧マニホールド内における流体圧力を上昇させ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。

従来技術のエネルギー抽出装置とは対照的に、本発明に係る装置はある異常に対する応答時間がより迅速であり、それが故に損傷を受けにくい。また、本発明に係る装置は、高い圧力を熱（作動流体がこれによって沸騰することもあり得る）として散逸させることで巨大なエネルギー損失を生じさせてしまう可変な制限バルブに頼るものではない。制限バルブは、ラージスケールの多くのエネルギー抽出装置（例えば、３ＭＷ超のエネルギー抽出装置）において実用的ではない。さらに、流体の流れに直接的に置かれた可変な制限バルブは装置の効率を減少させてしまう。これに対し、本発明では、流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における流体接続を遮る手段を介して、ほんのわずかのエネルギー流のみ通過する。

各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積が電気的に制御されるバルブの積極的な制御によって作動室体積のサイクルごとに制御される電気的に制御された可変容量型の装置は、従来の油圧装置に比べてずっと速くてより正確な押しのけ容積の調節が可能である。したがって、そのような油圧装置を一以上備えたエネルギー抽出装置は、流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における流体接続が遮られたとき、制御の維持（これが意味するところは、シャフト及び負荷のトルクが連続的であることである）の見込みが増える。このようにして、従来技術のシステムが、現在に至るまで、本発明の特徴から遠ざけられてきたのである。

好ましくは、異常事象の検出に応答して、高圧マニホールド内における流体圧力を上昇させる。高圧マニホールド内における流体圧力を異常事象の検出に応答して減少させてもよい。高圧マニホールド内における流体圧力の上昇に起因して、一以上の圧力リリーフ弁が、流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における流体接続の遮断に続いて、開いてもよい。

油圧ポンプによって回転シャフトに付与されるべきトルクの増大又は減少によって和らげることができる異常事象に対する応答として、本発明は特に有用である。よって、前記異常事象を和らげることは、前記油圧ポンプによって前記回転シャフトに付与されるべきトルクを増大させたり、減少させたりすることを含むことが好ましい。

それに応答して前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールド間の流体的な連通が遮られることになる異常事象の検出時、前記油圧ポンプの前記出口及び前記油圧モータの前記入口間の流体的な連通を維持することが好ましい。

前記油圧モータによる作動流体の正味の移動レートを異常事象の検出に応答して減少させてもよい。これにより、より少ない流体が油圧モータによって吸収され、高圧マニホールド内における圧力が上昇する。油圧モータによる作動流体の正味の移動レートの減少は異常事象の検出後に一時的に行ってもよく、油圧モータによる作動流体の正味の移動レートは高圧マニホールドにおける圧力の上昇の後に増大させてもよい。好ましくは、油圧モータは、前記電気的に制御される容量可変型の油圧装置である。

好ましくは、前記方法は、前記油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートを異常事象の検出に応答して増大させることをさらに備える。これによって、より多くの流体が油圧ポンプによって汲み上げられることになり、高圧マニホールド内の圧力が上昇する。油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートの増大は、異常事象を検出した後に一時的に行ってもよく、油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートは高圧マニホールド内の圧力の上昇の後に減少させてもよい。好ましくは、油圧ポンプは、前記電気的に制御される容量可変型の油圧装置である。

好ましくは、流体アキュムレータは、分離バルブによって、高圧マニホールドとの選択的な流体連通状態に置かれる。好ましくは、エネルギー抽出装置は、前記分離バルブを制御するように動作可能なコントローラを備える。好ましくは、コントローラは、油圧ポンプ及び油圧モータを制御するように動作可能である。

前記異常事象は、好ましくは、過速条件、突風、極度の突風、前記回転シャフトを停止させる要求、及び、望ましくない構造的な条件の一つ以上である。極度な突風は、現在の平均的な風速よりも３０％、５０％又は１００％だけ大きな風速であってもよい。例えば、回転シャフトを停止させる要求は、ロータシャフトのベアリングの損傷、作動流体の漏れ、ピッチシステムの異常、発電機界磁電流のロス、重大な電気的制御モジュールの異常を検出したことによるものであってもよい。

好ましくは、前記異常事象は、前記エネルギー抽出装置の許容される運用範囲を超えたか、すぐにでも超えようとしていることの計算に応答して検出される。ここでいう「すぐにでも」とは、現在時刻（“現在”）と将来におけるタイムホライゾン（ｔｉｍｅ ｈｏｒｉｚｏｎ）との間を意味している。現在とタイムホライゾンとの間の起こり得る運用条件の全てを考慮すれば、現在とっている動作が、現在と将来のタイムホライゾンとの間のあらゆる時点で許容運用範囲を超えることを防ぐであろう。

好ましくは、前記許容される運用範囲は、前記エネルギー抽出装置の、（例えば、回転シャフト又は負荷の）許容されるスピード範囲、（例えば、回転シャフト又は負荷の）許容されるトルク範囲、（例えば、流体アキュムレータ圧力又は高圧マニホールドの）許容される圧力範囲、（例えば、発電機としての負荷の）許容される電圧範囲、（例えば、油圧ポンプ及び油圧モータの作動流体又は負荷の）許容される温度範囲、（例えば、発電機としての負荷の）許容される周波数範囲、及び、（例えば、エネルギー抽出装置の第２部分に対する相対的な第１部分の）許容される動きの範囲の一以上を含んでいる。

好ましくは、異常事象センサは、シャフトスピードセンサ、風速センサ、圧力センサ、モーション／振動センサ、電圧センサ、電流センサ、周波数センサ又は温度センサの一以上を備えている。異常事象センサは、センサの計測値をエネルギー抽出装置の許容運用範囲と比較するように動作可能な比較手段を備えていてもよい。

好ましくは、前記流体アキュムレータは、異常事象の検出に応答する際を除いて、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータに概して流体的に連通している。こうして、通常の使用（すなわち、異常事象が検出される前の使用）中、好ましくは、流体アキュムレータは、変動するエネルギー流又は負荷の変動に応答して油圧モータ及び油圧ポンプへのエネルギーを吸収したり、解放したりする。

前記流体アキュムレータは、小さい複数の流体アキュムレータモジュールを含んでおり、前記方法は、一以上ではあるが全部ではない小さな前記複数の流体アキュムレータモジュールと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を、異常事象の検出に応答して遮ることをさらに備えていてもよい。

好ましくは、前記流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における流体接続を遮断したり、許可したりするために、少なくとも一つのアキュムレータ調整弁が設けられる。好ましくは、アキュムレータ調整弁は、流体アキュムレータが高圧マニホールドと流体的に連通する開状態と、流体アキュムレータが高圧マニホールドと流体的に連通しない閉状態とを有するバルブである。好ましくは、流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における流体接続は前記開状態では直接的であり、言い換えると、他の流体の流れの制限装置を介さないものである。アキュムレータ調整弁は、流体アキュムレータと高圧マニホールド間を流体が徐々に流れることが可能であるように、流体アキュムレータが高圧マニホールドと流体的に接続される一以上の部分的状態を有していてもよい。ここでいう「徐々に」とは、流体アキュムレータと高圧マニホールドとの間における圧力の均等化をするのに、数秒〜数分かかってもよいことを意味している。

好ましくは、前記再生可能エネルギー装置は、前記高圧マニホールドと永久に流体的に連通される少なくとも一つの追加的な流体アキュムレータをさらに備える。

好ましくは、前記方法は、前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通が遮られたことを検出し、前記高圧マニホールドにおける第１圧力および前記流体アキュムレータにおける第２圧力を検出し、前記第１圧力および前記第２圧力が収束するように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方の各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、前記第１圧力および前記第２圧力が均等基準を満たしたとき、前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとを互いに流体的に連通させることをさらに備える。均等基準は、例えば絶対的な文言で表現されていてもよいし、割合として表現されていてもよい所定の許容差の範囲内に収まる程度に両者が等しくなるものであってもよい。

前記エネルギー抽出装置は、前記高圧マニホールドの圧力と前記流体アキュムレータの圧力を同一値に近づけるために設けられたブリード弁を備えており、前記方法は、前記高圧マニホールドと前記流体アキュムレータとの間の流体的な連通が遮られたとき、前記ブリード弁を閉じ、前記高圧マニホールドと前記流体アキュムレータとの間の流体的な連通が回復される前に、前記ブリード弁を開くことをさらに備えていてもよい。

コントローラは、高圧マニホールドとアキュムレータとの間の流体接続を遮ることに前後して、又は同時に、ピッチ駆動信号を送って、ブレードのピッチを制御するようになっていてもよい。

エネルギー抽出装置は、一以上のタービン、プロペラ又は他の装置を用いて、空気又は水の流れのような再生可能エネルギー源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る。例えば、エネルギー抽出装置は、風力発電装置（ＷＴＧ）または流れる水からエネルギーを抽出するための発電装置（例えば、潮流発電装置）であってもよい。抽出されたエネルギー流は、典型的には、１分から次の１分までの間に変動し、流体アキュムレータによる効果がなければ、負荷へのエネルギー流は変動してしまうであろう。平滑化されたエネルギー出力を生成する再生可能エネルギー装置は、変動する出力を生成する装置に比べて、それらが生成したエネルギーに対して高い値段を要求することが可能であったり、エネルギーグリッドへの連系がより容易くなったりする。

負荷は、典型的には、電力系統に供給される電力を生成するための発電機（特に、同期発電機）であるが、ポンプ、ファン、又はコンプレッサであってもよい。異なる負荷を、異なる時期に接続してもよい。

流体アキュムレータは、典型的には、一端が加圧された窒素又は他のガスで満たされたガスチャージされたアキュムレータである。あるいは、流体アキュムレータは、加圧された作動油を蓄積するのに適した他の任意の装置であってもよい。複数の流体アキュムレータが設けられていてもよく、各流体アキュムレータが互いに異なる圧力にて互いに異なるガスで満たされていてもよい。複数の油圧ポンプ及び／又は複数の油圧モータが設けられていてもよい。高圧マニホールドにおける流体圧力は、典型的には、大気圧よりもわずかに高く、例えば２〜５Ｂａｒであるが、ほぼ大気圧であってもよい。低圧ポンプ及び圧力リリーフ弁が、低圧マニホールドを作動流体のリザーバに繋いでもよく、低圧マニホールドに流体的に連通する低圧アキュムレータが設けられていてもよい。
作動流体の正味の移動レートを選択するとは、ある期間に亘って一以上の作動室の正味の押しのけ容積を選択したり、ある期間に亘って作動流体の正味の移動を形成する作動室の数と、そのような作動室の正味の押しのけ容積とを選択したりすることを意味する。

作動流体の正味の押しのけ容積を選択するとは、ある作動室に関連付けられた少なくとも一つの電気的に制御される弁を積極的に制御して、作動室体積のサイクルのそれぞれに同期して、ある体積の流体を高圧マニホールドに流入又は高圧マニホールドから流出させることを意味する。

好ましくは、作動流体の正味の押しのけ容積は、流体の押しのけ容積によって実現可能である正味の移動レート要求値を一緒に動作している全作動室が満たすように、個々の作動室のサイクル毎に選択される。好ましくは、ポンプの作動室についての正味の移動レート要求値は、回転シャフトに付与される正味のトルクから計算される。好ましくは、モータの作動室の正味の移動レート要求値は、負荷に付与される正味のトルク又はパワー、あるいは高圧マニホールドからの流体の移動レートから計算される。

好ましくは、油圧ポンプによって回転シャフトに付与されるトルクは、回転シャフトの現在の回転速度、及び、回転シャフトの回転速度の変化レートの一以上を備えた関数に従って調節される。好ましくは、油圧ポンプによって回転シャフトに付与されるトルクは、回転シャフトの回転速度の二乗の関数に実質的に従う少なくとも一つの一定のラムダ範囲に収まるように調節されてもよい。好ましくは、油圧ポンプによって回転シャフトに付与されるトルクは、回転シャフトの回転速度の変化レートの関数によって調節される。

トルクを調節するとは、トルク要求関数にしたがって油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートを選択することを意味する。トルク要求関数は、再生可能エネルギー源又はエネルギー抽出装置の計測された一以上のパラメータの関数であってもよい。トルク要求関数は、回転シャフトのスピード又は変動するエネルギー流のスピードの関数であってもよい。トルク要求関数は、ポンプの複数の作動室によって回転シャフトに付与される時間平均された正味のトルクを記述してもよい。好ましくは、油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートは、トルク要求関数、前記測定された一以上のパラメータ及び圧力計測値に応じて選択される。好ましくは、作動流体の正味の押しのけ容積は、ポンプのアクティブな作動室によって回転シャフトに付与される時間平均された正味のトルクがトルク要求関数を満たすように、各作動室のためにサイクル毎に選択される。好ましくは、作動室によって回転シャフトに与えられるトルクは、作動室に関連付けられた少なくとも一つの電気的に制御されるバルブを積極的に制御して、前記作動室の加圧と前記作動室によるトルクの回転シャフトへの移動とを作動室体積の個々のサイクルに同期して引き起こすことで、サイクル毎に選択される。

好ましくは、高圧マニホールドにおける圧力は、目標圧力（典型的には最適圧力）又は圧力範囲に向けて調節される。高圧マニホールドにおける圧力を調節するとは、油圧ポンプ又は油圧モータの一方による作動流体の正味の移動レートに対して相対的に、油圧ポンプ又は油圧モータの他方による作動流体の正味の移動レートを選択して、アキュムレータに蓄積される流体の量を増やしたり減らしたりして、それによって目標圧力に向けて高圧マニホールドにおける作動流体の圧力を上昇させたり低下させたりすることをも含んでいる。

好ましくは、圧力が（固定の又は可変の）閾値を超えたとき、回転シャフトを介して油圧ポンプに伝わるトルクを減少させるようにアクションを起こす。好ましくは、圧力が前記閾値を超えたとき、再生可能エネルギー源によって回転シャフトに伝達されるトルクが減少するように再生可能エネルギー源が制御される。好ましくは、圧力が（固定の又は可変の）閾値を超えたとき、前記方法は、変動エネルギー源からより少ないエネルギーを抽出するように前記エネルギー抽出装置を再構成することを備える。前記エネルギー抽出装置がタービンである場合、前記エネルギー抽出装置の再構成は、ブレードのピッチ変更、ブレードのフェザリング、機械的ブレーキの付与、又は油圧ブレーキの付与の一以上を含んでいてもよい。

好ましくは、前記方法は、各作動室による作動流体の時間平均された正味の移動レートを調節することを備えている。流体の正味の押しのけ容積とは、作動室体積の完全な一つのサイクルにおいて油圧ポンプ又は油圧モータによって高圧マニホールドに流入又は高圧マニホールドから流出する正味の流体を意味する。

エネルギー抽出装置は、好ましくは、作動室体積のサイクルと位相的な関係を持って、電気的に制御されるバルブを積極的に制御して、各作動室による作動流体の正味の移動レートを調節するためのコントローラを備えている。

好ましくは、油圧ポンプ及び油圧モータは、それぞれ、作動室を周期的に駆動する、あるいは、作動室によって周期的に駆動されるための回転シャフトを備えている。好ましくは、前記シャフトは偏心カムシャフトであり、前記シャフトはリングカムを備えていてもよい。油圧ポンプはポンプとしてのみ機能してもよいし、油圧モータはモータとしてのみ機能してもよい。あるいは、油圧ポンプと油圧モータのいずれかが、選択的な運転モードにおいて、モータ又はポンプとして機能してもよい。

好ましくは、各作動室は、作動室体積の各サイクルにおいて、作動室が作動流体の正味の移動を引き起こすアクティブサイクル、又は、作動室が作動流体の正味の移動を実質的に引き起こさないアイドルサイクルを実行するように動作可能である。各作動室は、アクティブサイクル中における作動流体の複数の体積（例えば、作動流体の体積の範囲）のうち一つを移動させるように動作可能であってもよい。前述した体積の範囲は不連続であってもよく、例えば、作動流体の体積の範囲は、実質的に正味の流体移動が存在しない第１最小値から作動室の正味の流体移動の最大値のたかだか２５％又は４０％である第１最大値に延びて、さらにその後、作動室の正味の流体移動の少なくとも６０％又は７５％である第２最小値から作動室の正味の流体移動の最大値の１００％である第２最大値まで延びる範囲を備えていてもよい。このことは、例えば、作動室体積の膨張ストローク又は収縮ストロークの半ばにおいてバルブを開閉することができないほどに作動流体の運用圧力が十分に高い場合や、連続的な体積の範囲で運用することが作動室、作動室のバルブ、又は各作動流体機械の他の部位に損傷を与えるほどに流体の流量が十分に高い場合に起こってもよい。

“積極的に制御”とは、少なくとも幾つかの状況下で、パワーを消費して全くの受動的な応答（例えば、もっぱらバルブの両側の圧力差に応じてバルブを開閉する）ではない制御メカニズムによって、バルブの状態にコントローラが影響できるようにすることをいう。“積極的な制御”のような関連する用語は、それに応じて解釈されるべきである。とはいえ、バルブは、受動的な手段によっても開閉可能であることが好ましい。バルブは、典型的には、吸入ストローク中のように作動室内の圧力低下に起因して受動的に開く。例えば、バルブは、少なくとも幾つかのサイクル中、圧力差によって受動的に開き、サイクルの一部の間、コントローラによる積極的な制御下で選択的に開閉可能である。好ましくは、バルブは、付勢手段によって、開くように付勢されていたり、閉じるように付勢されている。好ましくは、バルブは、積極的な制御下で第１位置から第２位置に移動可能であり、付勢手段によって前記第２位置から前記第１位置に移動可能である。好ましくは、前記第１位置及び前記第２位置の一方は閉ポジションであり、他方が開ポジションである。

“積極的に制御する”（及び“積極的な制御”のような関連用語）には、コントローラが、開く、閉じる、開いた状態を維持する、及び／又は、閉じた状態を維持するという動作のうち一以上をバルブに選択的に行わせるように動作可能である可能性が含まれる。コントローラは、作動サイクルの一部の間にバルブの状態に影響可能であるのみであってもよい。例えば、コントローラは、作動室内の圧力が大きくなる作動サイクルの大部分の間、圧力差に抗して低圧バルブを開くことができなくてもよい。典型的には、コントローラは、バルブに直接的に制御信号を送ったり、半導体スイッチのようなバルブドライバに制御信号を送ったりすることで、バルブを積極的に制御する。制御信号を送るとは、バルブの意図された状態（例えば、開状態又は閉状態）を意味する信号や、バルブの状態が変えられるべきである旨（例えば、バルブは開かれるべき、又は、閉じられるべきであること）を意味するパルスや、バルブの状態が維持されるべきである旨を意味するパルスを送ることも含まれる。コントローラは、絶えず信号を送り、該信号を停止又は変更して、バルブの状態の変化を引き起こしてもよい。バルブは、電流の提供によって開いた状態が維持され、該電流を切ることによって積極的に閉められるノーマルクローズドでありソレノイドオープンのバルブを備えていてもよい。

“作動室体積のサイクルと位相的な関係を持って”とは、バルブのコントローラによる積極的な制御のタイミングが作動室の体積サイクルの位相に関連して決定されることをいう。したがって、各流体作動機械は、典型的には、ポジションセンサのような作動室位相検出手段を備える。例えば、作動流体体積のサイクルはシャフトの回転に機械的に結びついている場合、各流体作動機械は、シャフトポジションセンサ（及び随意的にシャフトスピードセンサ）を備え、コントローラがシャフトポジションセンサからのシャフトポジション信号（及び、随意的にシャフトスピードセンサからのシャフトスピード信号）を受け取るように動作可能であることが好ましい。複数の作動室を備える実施形態では、異なる作動室の体積サイクル間における位相差によって、コントローラは、典型的には、各作動室の位相を決定するように動作可能であろう。

好ましくは、油圧ポンプ又は油圧モータの作動室による流体の選択された正味の移動レートが低すぎる場合、作動室体積の一以上のサイクルの間、流体を押しのけるように動作可能である一以上の作動室が冗長とされる。言い換えると、前記作動室が存在していなければ、あるいは、動作していなければ、油圧ポンプ又は油圧モータ装置は十分な流体をなんとか押しのけて、作動室体積のアクティブなサイクルの全体的な頻度を変更することなしに要求を満たすことができたであろう。好ましくは、油圧ポンプ又は油圧モータの作動室による流体の選択された正味の移動レートが低すぎる場合、作動室体積の少なくとも幾つかのサイクルの間、選択された押しのけ容積を提供するのに利用可能な作動室の少なくとも一つによって押しのけられる選択された流体体積は実質的にゼロに設定される。幾つかの実施形態では、油圧ポンプ又は油圧モータの作動室による流体の選択された正味の移動レートが低すぎる場合、選択された押しのけ容積を提供するのに利用可能な作動室の少なくとも一つは、作動室体積の少なくとも幾つかのサイクルの間、アイドルサイクルを実行する。幾つかの実施形態では、作動流体の複数の体積の一つを押しのけるように作動室が動作可能になっており、油圧ポンプ又は油圧モータの作動室による流体の選択された正味の移動レートが低すぎる場合、利用可能な作動室の少なくとも一つによって押しのけられる選択された流体体積は、作動室の前記少なくとも一つが押しのけ可能である作動流体の最大体積よりも少ない。

本発明の第２の態様によれば、
再生可能エネルギー源よりの変動するエネルギー流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、
前記再生可能エネルギー源によって駆動される回転シャフトによって駆動される（そして、それが故に回転シャフトに使用中にトルクを付与する）油圧ポンプと、
負荷を駆動する油圧モータと、
流体アキュムレータと、
前記油圧ポンプの出口および前記油圧モータの入口と流体的に連通している高圧マニホールドと、
前記油圧モータの出口および前記油圧ポンプの入口と流体的に連通する少なくとも一つの低圧マニホールドと、
異常事象を検出するための異常事象センサとを備え、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一つが、電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、周期的に体積が変化する複数の作動室と、各作動室と各マニホールドとの間における作動流体の正味の押しのけ容積を調節するための複数のバルブとを有し、各作動室に関連する少なくとも一つのバルブは電気的に制御されるバルブであり、前記電気的に制御されるバルブは、作動室体積の各サイクルにおいて各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、それによって前記電気的に制御される可変容量型の油圧機械による作動油の正味の押しのけ容積を調節するように動作せしめられ、
前記流体アキュムレータは、アキュムレータ調整弁を介して前記高圧マニホールドに選択的に流体接続され、前記高圧マニホールド内における流体圧力を上昇させるようになっており、
前記アキュムレータ調整弁は、異常事象の検出に応答して前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を遮るように動作可能であることを特徴とするエネルギー抽出装置が提供される。

本発明は、第３の態様に係るコンピュータ・ソフトウェア（コンピュータによって実行されたとき、上記第１の態様の前記方法に従って、再生可能エネルギー装置の運転を前記コンピュータに行わせるプログラム・コードを備えることを特徴とするコンピュータ・ソフトウェア）にも及ぶ。本発明は、上記第３の態様に係るコンピュータ・ソフトウェアを記憶したコンピュータで読み取り可能な媒体にも及ぶ。

図１は、電力ネットワークに接続され、本発明を実施するための風力発電装置の概略図である。 図２は、図１に示す風力発電装置に用いられる油圧モータの概略図である。 図３は、図１に示す風力発電装置に用いられるポンプの断面を示す図である。 図４は、図１に示す風力発電装置のオーバースピードの条件を本発明によって停止させる際の時系列を示す図である。

図１は、電力ネットワーク１０１に接続され、エネルギー抽出装置として機能する風力発電装置（ＷＴＧ）１００としての本発明のあり得る実施形態を示している。同様な機能を提供する異なるレイアウトも、除外するものではない。ＷＴＧは、タワー１０５に旋回自在に搭載されたナセル１０３を備え、ナセル１０３には３本のブレード１０９を支持するハブ１０７が搭載されている。ハブ１０７とブレード１０９は、併せてロータ１１０として知られる。ナセル外部に取り付けられた風速計１１１は、コントローラ１１２に風速計測値信号１１３を供給する。ナセルにおけるロータ速度計１１５は、（いくつかの実施形態では異常事象センサとして機能し、）ロータ速度信号１１７をコントローラに供給する。例示的なシステムでは、ピッチアクチュエータ１１９により風に対する各ブレードの迎え角が調節可能になっている。ピッチアクチュエータ１１９は、ピッチ駆動信号及びピッチ検知信号１２１をコントローラとの間で受け渡しする。本発明は、ピッチアクチュエータを備えないＷＴＧにも適用可能である。

回転シャフトとして働き、ロータ回転方向１２７に回転するロータシャフト１２５によって、ハブはポンプ１２９に直結されている。ポンプは、好ましくは図３を参照して説明されるタイプのものであり、好ましくは図２を参照して説明されるタイプのものからなる油圧モータ１３１と流体的に接続されている。ポンプと油圧モータとの間の流体接続は、ポンプ及びモータの高圧ポートと低圧ポートとにそれぞれ接続される高圧マニホールド１３３及び低圧マニホールド１３５を介して行われる。この流体接続は、流れを規制するバルブが介在していないという意味において直接的なものである。ポンプ及び油圧モータは、好ましくは、一方が他方に直接的に搭載され、高圧マニホールド及び低圧マニホールドがポンプ及び油圧モータ間においてそれらの内部に形成される。チャージポンプ１３７は、低圧アキュムレータ１４１が接続された低圧マニホールドにリザーバ１３９から流体を連続的に引き込む。低圧リリーフ弁１４３は、低圧マニホールドからリザーバに流体を戻す。平滑アキュムレータ１４５は、ポンプと油圧モータとの間の高圧マニホールドに接続されている。第１高圧アキュムレータ１４７及び第２高圧アキュムレータ１４９が、それぞれ、第１分離バルブ１４８及び第２分離バルブ１５０（いずれも、アキュムレータ調整弁として機能する）を介して高圧マニホールドに接続されている。第１分離バルブ及び第２分離バルブは、それらのメインステージと並列に設けられたブリード弁を含み、アキュムレータと高圧マニホールドとの間における相対的に低い流量を流すように動作可能である。第１高圧アキュムレータ及び第２高圧アキュムレータは互いに異なる圧力（プリチャージ圧力）が予め付与されていてもよく、さらに広いプレチャージ圧力帯を備えた複数の高圧マニホールドがさらに追加的に設けられていてもよい。第１分離バルブ及び第２分離バルブの状態は、それぞれ、第１分離バルブ信号１５１と第２分離バルブ信号１５２によりコントローラによって設定される。高圧マニホールドの流体圧力は圧力センサ１５３により計測され、圧力センサ１５３は高圧マニホールド圧力信号１５４をコントローラに与える。高圧リリーフ弁１５５は、高圧マニホールドと低圧マニホールドを接続する。

油圧モータは、発電機シャフト１５９を介して、負荷として機能する発電機１５７に接続される。発電機は、コンタクタ１６１を介して電力ネットワークに接続される。コンタクタ１６１は、発電機・コンタクタのコントローラ１６３からコンタクタ制御信号１６２を受け取る。発電機・コンタクタのコントローラは、電力供給センサ１６８及び発電機出力センサ１７０によってそれぞれ計測された電力供給信号１６７及び発電機出力信号１６９から電圧、電流及び周波数の計測結果を取得し、それらをコントローラ１１２に送り、コントローラからの発電機・コンタクタ制御信号１７５に基づいて界磁電圧発電機制御信号１６５を調節することで発電機の出力を制御する。

油圧ポンプ及び油圧モータは、瞬時的な角度位置とそれぞれの回転シャフトのスピードと、作動油の温度及び圧力とをコントローラに報告する。コントローラは、ポンプ駆動信号及びポンプシャフト信号１７１とモータ駆動信号及びモータシャフト信号１７３により、ポンプ及びモータのバルブの状態を設定する。コントローラは、パワー増幅器１８０を用いて、ピッチ駆動信号、分離バルブ信号、ポンプ駆動信号及びモータ駆動信号を増幅する。

図２は、複数の作動室２０２（それぞれ符号Ａ〜Ｈを付している）を備えた電気的に整流された油圧ポンプ／モータとしての油圧モータ１３１を示している。作動室２０２は、シリンダ２０４とピストン２０６の内表面によって画定される容積を有する。ピストン２０６は、回転クランクシャフト２０８からの駆動力で偏心カム２０９によって駆動され、作動室の容積が周期的に変化するようにシリンダ内を往復運動する。回転クランクシャフトは、発電機シャフト１５９にしっかりと固定されてともに回転するようになっている。シャフト位置・速度センサ２１０は、シャフトの瞬時的な角度位置及び回転速度を検出し、これらを信号ライン２１１（モータ駆動・モータシャフト信号１７３の一部）を介してコントローラ１１２に通知する。これにより、コントローラは、各作動室のサイクルの瞬時的な位相を求めることができる。コントローラは、典型的には、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラであり、使用される保存されたプログラムを実行する。

作動室は、それぞれ、電気的に駆動されるフェイスシーリング式のポペットバルブ２１４である低圧バルブ（ＬＰＶ）と関連付けられている。ポペットバルブ２１４は、それが関連付けられた作動室に向かって内側に面しており、作動室から低圧流路２１６に延びるチャンネルを選択的に閉じるように作動可能である。低圧流路２１６は、概して、流体のソース又はシンクとして機能し、一つ又はいくつか（あるいは本図に示すように全て）の作動室を低圧ポート２１７を介して不図示のリザーバに接続するものであってもよい。低圧ポート２１７は、ＷＴＧの低圧マニホールド１３５に流体的に接続される。ＬＰＶは、作動室内の圧力が低圧マニホールド内の圧力以下になったとき（すなわち吸入ストロークの間）に受動的に開いて、作動室を流体的に低圧マニホールドに接続するが、ＬＰＶ制御ライン２１８（モータ駆動・モータシャフト信号１７３の一部）を介してコントローラによる積極的な制御下で選択的に閉じて、作動室を低圧マニホールドから切り離すことが可能なノーマルオープンソレノイドクローズドの弁である。あるいは、ノーマルクローズドでありソレノイドオープンの弁のように、電気的に制御可能な代替的な弁を用いてもよい。

作動室は、それぞれ、圧力によって駆動される送り出し弁である高圧バルブ（ＨＰＶ）２２０にも関連付けられている。ＨＰＶは、作動室から外側に向かって開き、作動室から高圧流路２２２に延びるチャンネルを閉じるように動作可能である。高圧流路２２２は、流体のソース又はシンクとして機能し、一つ又はいくつか（あるいは本図に示すように全て）の作動室を高圧ポート２２４に接続するものであってもよい。高圧ポート２２４は、油圧モータの入口として機能し、高圧マニホールド１３３に流体的に接続される。ＨＰＶは、作動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えたときに受動的に開く、ノーマルクローズドであり圧力で開くチェック弁として機能する。ＨＰＶは、コントローラによるＨＰＶ制御ライン２２６を介した制御によって、ＨＰＶが関連する作動室内の圧力によって一旦開いたら、その開かれた状態が選択的に維持されるようになっていてもよいノーマルクローズドでありソレノイドオープンのチェック弁としても機能する。ＨＰＶ制御ライン２２６は、モータ駆動・モータシャフト信号１７３の一部である。典型的には、ＨＰＶは、高圧マニホールドにおける圧力に抗してコントローラによって開けないようになっている。ＨＰＶは、さらに、例えば、バルブがこのようなタイプであり、国際公開第２００８／０２９０７３号又は国際公開第２０１０／０２９３５８号に開示された方法に従って操作される場合、高圧マニホールドに圧力が立っており、作動室には圧力が立っていないときにコントローラによる制御下で開かれる、あるいは部分的に開かれるようになっていてもよい。

例えば欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書、欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書、欧州特許出願公開第１５３７３３３号明細書等の公知文献に記載された動作の通常モードにおいて、コントローラは、関連する作動室のサイクルにおける最小容積点の直前で一以上のＬＰＶを積極的に閉めて低圧マニホールドへの流路を閉じて（これによって少量の流体が関連するＨＰＶを介して流出する）、油圧モータによる高圧マニホールドからの流体の正味の移動レートを選択する。そして、コントローラは、典型的には関連する作動室のサイクルにおける最大容積近傍まで、この関連するＨＰＶが開いた状態を積極的に維持し、高圧マニホールドからの流体の流れを許容するとともに、回転シャフトにトルクを付与する。オプションとしてのポンプモードでは、コントローラは、典型的には関連する作動室のサイクルにおける最大容積点近傍で一以上のＬＰＶを積極的に閉めて低圧マニホールドへの流路を閉じる（これによりその後に続く収縮ストロークにおいて関連するＨＰＶを介して流体を排出する）ことで、油圧モータによる高圧マニホールドへの流体の正味の移動レートを選択する。コントローラは、ＬＰＶ閉動作とＨＰＶ開動作の回数及び順序を選択して、正味の流体移動レートの選択値を実現するために、流体の流れを生成したり、シャフトトルク又はパワーを生成したりする。サイクル毎にＬＰＶを閉じるのか開いた状態を維持するのかを決定するとともに、コントローラは、作動室の容積を変化させて高圧マニホールドから低圧マニホールドへ（あるいはその逆）の流体の正味の移動レートを選択することに関し、ＨＰＶの閉動作の位相を精密に変化させるように動作可能である。

ポート２１７，２２４における矢印はモータリングモードにおける流体の流れ方向を示している。ポンプモードでは、流体の流れ方向は逆になる。圧力リリーフ弁２２８は油圧モータを損傷から保護するようになっていてもよい。

図３は、電気的に整流されるバルブを備えたポンプ１２９の部分３０１を概略的に示している。ポンプは、放射状に配列された類似の多数の作動室３０３を備える。図３における部分には、作動室３０３のうち３個のみを示している。各作動室は、シリンダ３０５とピストン３０６の内表面によって画定される容積を有する。ピストン３０６は、ローラ３０８を介してリングカム３０７により駆動され、作動室の容積が周期的に変化するようにシリンダ内を往復する。リンクガムは、ロータシャフト１２５に強固に接続されるシャフト３２２上に搭載された別個の複数のセグメントに分割されていてもよい。放射状に配列された複数の作動室からなるバンクがシャフトに沿って軸方向に一つ以上設けられてもよい。リングカム周囲の圧力よりも高い低圧マニホールド内の流体の圧力（したがって作動室内の流体圧力）によって、あるいは不図示のスプリングによって、ローラがリングカムに接触した状態が維持される。シャフト位置・速度センサ３０９は、瞬時的なシャフトの角度位置及び回転速度を検出し、電気接続３１１を介してコントローラ１１２に報告する。電気接続３１１は、ポンプ駆動・ポンプシャフト信号１７１の一部である。このようにして、コントローラは、各作動室のサイクルの瞬時的な位相を求めることができる。コントローラは、典型的には、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラであり、使用される保存されたプログラムを実行する。

各作動室は、電気的に駆動されるフェイスシーリング式のポペットバルブ３１３である低圧バルブ（ＬＰＶ）を備えており、ポペットバルブ３１３は、作動室に向かって内側に面しており、作動室から低圧流路３１４に延びるチャンネルを選択的に閉じるように作動可能である。低圧流路３１４は、概して（ポンピングモードでは）、流体のソース（モータリングモードの場合にはシンク）として機能する。低圧流路は低圧マニホールド１３５に流体的に接続されている。ＬＰＶは、作動室内の圧力が低圧マニホールド内の圧力よりも小さくとき（すなわち吸入ストロークの間）に受動的に開いて、作動室を流体的に低圧マニホールドに接続するが、電気的ＬＰＶ制御信号３１５（ポンプ駆動・ポンプシャフト信号１７１の一部）を介してコントローラによる積極的な制御下で選択的に閉じられ、作動室を低圧マニホールドから切り離すノーマルオープンソレノイドクローズドの弁である。ノーマルクローズドでありソレノイドオープンの弁のように、電気的に制御可能な代替的な弁を用いてもよい。

作動室は、さらに、圧力によって駆動される送り出し弁である高圧バルブ（ＨＰＶ，３１７）を備える。ＨＰＶは、作動室から外側に向かって面し、作動室から高圧流路３１９に延びるチャンネルを閉じるように動作可能である。高圧流路３１９は、流体のソース又はシンクとして機能し、高圧マニホールド１３３に流体的に接続される。ＨＰＶは、作動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えたときに受動的に開く、ノーマルクローズドであり圧力で開くチェック弁として機能する。ＨＰＶは、コントローラによるＨＰＶ制御信号３２１を介した制御によって、そして、ＨＰＶが一旦開いたら作動室内の圧力によって、その開かれた状態が選択的に維持されるようになっていてもよいノーマルクローズドでありソレノイドオープンのチェック弁としても機能する。ＨＰＶは、高圧マニホールドに圧力が立っており、作動室には圧力が立っていないときにコントローラによる制御下で開かれる、あるいは部分的に開かれるようになっていてもよい。

公知文献（例えば欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書、欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書及び欧州特許出願公開第１５３７３３３号明細書）に記載された動作の通常モードにおいて、コントローラは、典型的には関連する作動室のサイクルにおける最小容積点近傍で一以上のＬＰＶを積極的に閉めて低圧マニホールドへの流路を閉じて（これによりそれ以降の収縮ストロークによって作動室内の流体が関連するＨＰＶを介して排出される）、油圧ポンプによる高圧マニホールドへの流体の正味の移動レートを選択する。コントローラは、ＬＰＶ閉動作の回数及び順序を選択して、正味の流体移動レートの選択値を実現するために、流体の流れを生成したり、シャフト３２２にトルクを付与したりする。サイクル毎にＬＰＶを閉じるのか開いた状態を維持するのかを決定するとともに、コントローラは、作動室の容積を変化させて低圧マニホールドから高圧マニホールドへの流体の正味の移動レートを選択することに関し、ＨＰＶの閉動作の位相を精密に変化させるように動作可能である。

図４は、本発明の方法を説明する時系列であり、この時系列は深刻な突風がＷＴＧに衝突するとき、ロータスピードを許容スピード範囲内に維持するものである。時刻ｔ_０とｔ_１との間において、ブレードに作用する風の空力トルクＴ_ａｅｒｏが風のちょっとした変化とともに変動するため、ロータスピードｗ_ｒ及び高圧マニホールドの圧力Ｐ_ＨＰは少し変化する。ポンプトルクＴ_ｐｕｍｐは、Ｐ_ＨＰを考慮した上でポンプによる流体の正味の移動レートの調節により制御され、設計者が選択した制御アルゴリズムに従ってＴ_ａｅｒｏに大まかに追従する。ｔ_１において、深刻な突風がＷＴＧに衝突し、Ｔ_ａｅｒｏが急激に上昇する。Ｔ_ｐｕｍｐは急激に上昇してロータを拘束するが、圧力が低すぎるために、Ｔ_ａｅｒｏに釣り合うことができず、ロータは加速される。しかし、Ｔ_ｐｕｍｐの増加（そして過剰なロータスピード）によってモータによって吸収される流体よりも過剰に流体をポンプが生成することになり、この過剰な流体が第１アキュムレータ及び第２アキュムレータに蓄積され、Ｐ_ＨＰが上昇する。

ｔ_２において、コントローラは、ロータスピードがあまりにも急激にｗ_ｍａｘ（ロータの許容スピード範囲のリミット値）に近づきつつあることを予期し、第１分離バルブ及び第２分離バルブ（１４８，１５０）を閉めて、高圧マニホールドと各アキュムレータとの間の流体接続を遮る。なお、第１分離バルブ及び第２分離バルブの閉状態を図中１４８’，１５０’にて黒いボックスにより示した。流体接続を遮った瞬間、コントローラＨＰがＨＰ圧力信号１５４の値をアキュムレータ圧力として記憶する。ｔ_２とｔ_３との間において、過剰な流体の生成に起因して高圧マニホールドの圧力は急激に上昇し、Ｔ_ｐｕｍｐはＴ_ａｅｒｏに向かって短時間で上昇することが可能である。ｔ_３において、Ｔ_ｐｕｍｐがＴ_ａｅｒｏに一致したとき、ロータスピードは安定し、制御される。

ｔ_４において、突風が止んで、Ｔ_ａｅｒｏが元のレベルまで戻る。ｔ_４とｔ_５との間において、Ｔ_ｐｕｍｐはいくらか減少するが、ｔ_５までは、ロータスピードｗ_ｒを元のレベルに戻すためにＴ_ａｅｒｏよりも高く維持されている。Ｐ_ＨＰは急激に減少し、ｔ_５において、コントローラは、以前に蓄えたアキュムレータ圧力にＨＰ圧力信号が一致したことを検出し、二つの分離バルブ１４８，１５０を開く。Ｐ_ＨＰは、流体がアキュムレータから流れ出るにつれて、今やよりゆっくりと低下している。あるいは、分離バルブ内のブリード弁は、アキュムレータ圧力及び高圧マニホールドの収束を迅速化するように動作してもよい。

ＷＴＧは、また、コントローラが幾つかの他の異常事象のうちのいずれかを検出したときに、分離バルブを閉めてもよい。他の異常事象とは、ブレードの問題（許容運用範囲を超えた応力又は振動）、油圧システムの問題（許容運用範囲を超えた流体のコンタミ、リザーバの流体のレベル又は温度）、負荷の問題（グリッド異常、グリッド停電、許容運用範囲を超えた電圧又は周波数）である。

幾つかの実施形態では、コントローラは、高圧マニホールドとアキュムレータとの間の流体接続を遮るのと前後して又は同時に、ピッチ駆動信号を送り、ブレードのピッチを制御する。

通常の使用中ではポンプとモータとの間の流体の流れを遮らない分離バルブを閉めることで、本発明において、安価で信頼性の高いエネルギー蓄積装置をＷＴＧが用いることを可能にし、また、通常運転時における発電効率を最大化するとともにトルクデマンドの増大の間ずっと発電を維持しながら、トルクデマンドの急激な増大への迅速な応答が可能となる。

Claims (16)

1. 再生可能エネルギー源よりの変動するエネルギー流からエネルギーを抽出するエネルギー抽出装置の運転方法であって、
   前記エネルギー抽出装置は、
   前記再生可能エネルギー源によって駆動される回転シャフトによって駆動されるとともに、該回転シャフトにトルクを付与する油圧ポンプと、
   負荷を駆動する油圧モータと、
   前記油圧ポンプの出口および前記油圧モータの入口と流体的に連通しており、流体アキュムレータとの流体的な連通状態に選択的に置かれる高圧マニホールドと、
   前記油圧モータの出口および前記油圧ポンプの入口と流体的に連通する低圧マニホールドと、
   異常事象を検出するための異常事象センサとを備え、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、周期的に体積が変化する複数の作動室と、各作動室と各マニホールドとの間における作動流体の正味の押しのけ容積を調節するための複数のバルブとを有し、各作動室に関連する少なくとも一つのバルブは電気的に制御されるバルブであり、前記電気的に制御されるバルブは、作動室体積の各サイクルにおいて各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、それによって前記電気的に制御される可変容量型の油圧機械による作動油の正味の押しのけ容積を調節するように動作せしめられ、
   前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を遮ることで、異常事象の検出に応答して、前記高圧マニホールド内における流体圧力を上昇させることを特徴とするエネルギー抽出装置の運転方法。
2. 前記異常事象を和らげることは、前記油圧ポンプによって前記回転シャフトに付与されるべきトルクを増大させたり、減少させたりすることを含む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. 異常事象に応答して前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールド間の流体的な連通を遮るとともに、前記異常事象の検出時、前記油圧ポンプの前記出口及び前記油圧モータの前記入口間の流体的な連通を維持することをさらに備え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。
4. 前記油圧モータは前記電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、
   前記油圧モータによる作動流体の正味の移動レートを異常事象の検出に応答して減少させることをさらに備え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。
5. 前記油圧ポンプは前記電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、
   前記油圧ポンプによる作動流体の正味の移動レートを異常事象の検出に応答して増大させることをさらに備え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。
6. 前記異常事象は、過速条件、突風、極度の突風、前記回転シャフトを停止させる要求、及び、望ましくない構造的な条件の一つ以上であ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。
7. 前記異常事象は、前記エネルギー抽出装置の許容される運用範囲を超えたか、すぐにでも超えようとしていることの計算に応答して検出されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエネルギー抽出装置の運転方法。
8. 前記許容される運用範囲は、前記エネルギー抽出装置の、許容されるスピード範囲、許容されるトルク範囲、許容される圧力範囲、許容される電圧範囲、許容される周波数範囲、及び、許容される動きの範囲の一以上を含む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. 前記流体アキュムレータは、異常事象の検出に応答する際を除いて、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータに概して流体的に連通してい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。
10. 前記流体アキュムレータは、複数の流体アキュムレータモジュールを含んでおり、
    一以上ではあるが全部ではない小さな前記複数の流体アキュムレータモジュールと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を、異常事象の検出に応答して遮ることをさらに備え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。
11. 前記エネルギー抽出装置は、前記高圧マニホールドと永久に流体的に連通される少なくとも一つの追加的な流体アキュムレータをさらに備え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。
12. 前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通が遮られたことを検出し、前記高圧マニホールドにおける第１圧力および前記流体アキュムレータにおける第２圧力を検出し、前記第１圧力および前記第２圧力が収束するように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方の各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、前記第１圧力および前記第２圧力が均等基準を満たしたとき、前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとを互いに流体的に連通させることをさらに備え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。
13. 前記エネルギー抽出装置は、前記高圧マニホールドの圧力と前記流体アキュムレータの圧力を同一値に近づけるために設けられたブリード弁を備えており、
    前記高圧マニホールドと前記流体アキュムレータとの間の流体的な連通が遮られたとき、前記ブリード弁を閉じ、前記高圧マニホールドと前記流体アキュムレータとの間の流体的な連通が回復される前に、前記ブリード弁を開くことをさらに備え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。
14. 再生可能エネルギー源よりの変動するエネルギー流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、
    前記再生可能エネルギー源によって駆動される回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
    負荷を駆動する油圧モータと、
    流体アキュムレータと、
    前記油圧ポンプの出口および前記油圧モータの入口と流体的に連通している高圧マニホールドと、
    前記油圧モータの出口および前記油圧ポンプの入口と流体的に連通する少なくとも一つの低圧マニホールドと、
    異常事象を検出するための異常事象センサとを備え、
    前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一つが、電気的に制御される容量可変型の油圧機械であり、周期的に体積が変化する複数の作動室と、各作動室と各マニホールドとの間における作動流体の正味の押しのけ容積を調節するための複数のバルブとを有し、各作動室に関連する少なくとも一つのバルブは電気的に制御されるバルブであり、前記電気的に制御されるバルブは、作動室体積の各サイクルにおいて各作動室によって移動せしめられる作動流体の体積を選択し、それによって前記電気的に制御される可変容量型の油圧機械による作動油の正味の押しのけ容積を調節するように動作せしめられ、
    前記流体アキュムレータは、アキュムレータ調整弁を介して前記高圧マニホールドに選択的に流体接続され、前記高圧マニホールド内における流体圧力を上昇させるようになっており、
    前記アキュムレータ調整弁は、異常事象の検出に応答して前記流体アキュムレータと前記高圧マニホールドとの間の流体的な連通を遮るように動作可能であることを特徴とするエネルギー抽出装置。
15. コンピュータによって実行されたとき、請求項１に記載の運転方法に従って、再生可能エネルギー装置の運転を前記コンピュータに行わせるプログラム・コードを備えることを特徴とするコンピュータ・ソフトウェア。
16. 請求項１に記載の運転方法に従って運転される、あるいは、請求項１５に記載のコンピュータ・ソフトウェアを実行するコンピュータを備えることを特徴とするエネルギー抽出装置。
    

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