JP6314112B2 - 再生エネルギー型発電装置及びモータコントローラ並びに再生エネルギー型発電装置の運転方法 - Google Patents
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Description
本開示は再生エネルギー型発電装置及びモータコントローラ並びに再生エネルギー型発電装置の運転方法に関する。
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、河流あるいは海流エネルギーを利用した潮流発電装置等の再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。一般に、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ドライブトレインで増速して発電機に入力し、発電を行う。
このような再生エネルギー型発電装置において、従来はドライブトレインとしてギヤ式の増速機が多く用いられていたが、再生エネルギー型発電装置の大型化に伴って、重量及びコストの観点から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が注目を浴びている。
例えば、特許文献１には、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、電力系統（グリッド）に連系される同期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。
この風力発電装置では、電力系統の周波数に基づく同期速度で同期発電機が回転する状態を維持しながら、風（再生エネルギー）の流速に対して回転シャフトの回転数が可変となるように油圧ポンプ及び油圧モータの押しのけ容積をそれぞれ調節されるようになっている。また、この風力発電装置では、電力系統において短絡や断線等の異常事象が発生して同期発電機の端子電圧が低下したときには、同期発電機の脱調を防止するために、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクの同期発電機の負荷トルクに対する偏差が小さくなるように油圧モータの押しのけ容積が調節されるようになっている。すなわち、油圧モータの押しのけ容積を減少させるようになっている。
また、特許文献１には、風力発電装置において、複数のシリンダ及びピストンにより形成される複数の作動室を有する油圧モータを採用することが記載されている。この油圧モータでは、各作動室に対して設けられた高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、作動室への作動油の供給及び作動室からの作動油の排出が制御されるようになっている。そして、各作動室について、高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、押しのけ容積を生成するアクティブ状態と、押しのけ容積を生成しないアイドリング状態（非アクティブ状態）との間で切り替えることができ、全作動室数に対するアクティブ状態にある作動室の割合を変化させることで、油圧モータ全体としての押しのけ容積を調節することが記載されている。
この風力発電装置では、電力系統の周波数に基づく同期速度で同期発電機が回転する状態を維持しながら、風（再生エネルギー）の流速に対して回転シャフトの回転数が可変となるように油圧ポンプ及び油圧モータの押しのけ容積をそれぞれ調節されるようになっている。また、この風力発電装置では、電力系統において短絡や断線等の異常事象が発生して同期発電機の端子電圧が低下したときには、同期発電機の脱調を防止するために、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクの同期発電機の負荷トルクに対する偏差が小さくなるように油圧モータの押しのけ容積が調節されるようになっている。すなわち、油圧モータの押しのけ容積を減少させるようになっている。
また、特許文献１には、風力発電装置において、複数のシリンダ及びピストンにより形成される複数の作動室を有する油圧モータを採用することが記載されている。この油圧モータでは、各作動室に対して設けられた高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、作動室への作動油の供給及び作動室からの作動油の排出が制御されるようになっている。そして、各作動室について、高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、押しのけ容積を生成するアクティブ状態と、押しのけ容積を生成しないアイドリング状態（非アクティブ状態）との間で切り替えることができ、全作動室数に対するアクティブ状態にある作動室の割合を変化させることで、油圧モータ全体としての押しのけ容積を調節することが記載されている。
上述した特許文献１に記載の風力発電装置では、電力系統（グリッド）における異常事象の発生時には、各作動室の高圧弁及び低圧弁を制御して、アクティブ状態にある作動室の割合を減少させることで（すなわち、アクティブ状態にある作動室を非アクティブ状態に切り替えることで）、油圧モータの押しのけ容積を減少させる。
しかしながら、本発明者らの鋭意検討の結果、このような風力発電装置において、グリッドにおける異常事象の発生を検出してから、実際に油圧モータの押しのけ容積を低減させて、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクが低下するまでにある程度の時間を要し、同期発電機の脱調を十分に防止できない場合があることがわかった。
しかしながら、本発明者らの鋭意検討の結果、このような風力発電装置において、グリッドにおける異常事象の発生を検出してから、実際に油圧モータの押しのけ容積を低減させて、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクが低下するまでにある程度の時間を要し、同期発電機の脱調を十分に防止できない場合があることがわかった。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、グリッドの異常事象発生時に、発電機の脱調をより確実に防止し得る再生エネルギー型発電装置を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置は、
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
作動室においてピストンが上死点から下死点に向かって下降する期間に高圧弁が開いていれば、高圧油ラインから高圧弁を介して作動室に流入する作動油によってピストンが押し下げられる。このように、ピストンが上死点から下死点に向かって下降する期間に高圧弁が開いている作動室は、油圧モータの押しのけ容積に寄与するアクティブ状態である。一方、作動室においてピストンが上死点から下死点に向かって下降する期間に高圧弁が閉じていれば、その作動室は、油圧モータの押しのけ容積に寄与しない非アクティブ状態である。
ここで、アクティブ状態にある作動室を非アクティブ状態に切り替えようとするとき、ピストンが上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、ピストンが下死点に到達するまで高圧弁を閉じるのを待つ場合には、ピストンが下死点に到達して高圧弁が閉じられるまでの期間はモータトルクが生成される。
よって、グリッドの異常事象の発生時に、各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
ここで、アクティブ状態にある作動室を非アクティブ状態に切り替えようとするとき、ピストンが上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、ピストンが下死点に到達するまで高圧弁を閉じるのを待つ場合には、ピストンが下死点に到達して高圧弁が閉じられるまでの期間はモータトルクが生成される。
よって、グリッドの異常事象の発生時に、各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成される。
上記（２）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、直前のデシジョンポイントにてアクティブ状態に決定されて、アクティブ状態となっている作動室について、次回のデシジョンポイントで非アクティブ状態に決定されることを待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じる。よって、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。このため、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成される。
上記（２）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、直前のデシジョンポイントにてアクティブ状態に決定されて、アクティブ状態となっている作動室について、次回のデシジョンポイントで非アクティブ状態に決定されることを待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じる。よって、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。このため、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室を前記非アクティブ状態に決定し、前記高圧弁を閉じたまま維持するように構成される。
上記（３）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して高圧弁を閉じたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室を前記非アクティブ状態に決定し、前記高圧弁を閉じたまま維持するように構成される。
上記（３）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して高圧弁を閉じたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室が前記非アクティブ状態となるように前記低圧弁を開いたまま維持するように構成される。
上記（４）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して低圧弁を開いたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室が前記非アクティブ状態となるように前記低圧弁を開いたまま維持するように構成される。
上記（４）の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して低圧弁を開いたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記高圧弁は、ノーマルクローズ電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記高圧弁に与える励磁電流または前記高圧弁および前記低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから前記高圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルクローズ電磁弁である高圧弁には、該高圧弁を開状態にするために励磁電流が供給される。ここで、高圧弁を開状態から閉状態に切り替えるために励磁電流の供給を突然停止すると、高圧弁に損傷を与える可能性がある。この点、上記（５）の構成によれば、高圧弁を開状態から閉状態に切り替える際には、高圧弁に与える励磁電流または高圧弁および低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁への励磁電流の供給を停止するようにしたので、高圧弁を損傷から保護することができる。
前記高圧弁は、ノーマルクローズ電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記高圧弁に与える励磁電流または前記高圧弁および前記低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから前記高圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルクローズ電磁弁である高圧弁には、該高圧弁を開状態にするために励磁電流が供給される。ここで、高圧弁を開状態から閉状態に切り替えるために励磁電流の供給を突然停止すると、高圧弁に損傷を与える可能性がある。この点、上記（５）の構成によれば、高圧弁を開状態から閉状態に切り替える際には、高圧弁に与える励磁電流または高圧弁および低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁への励磁電流の供給を停止するようにしたので、高圧弁を損傷から保護することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記低圧弁は、ノーマルオープン電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記低圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルオープン電磁弁である低圧弁には、該低圧弁を閉状態にするために励磁電流が供給される。上記（６）の構成によれば、グリッドの異常発生時に低圧弁への励磁電流の供給が停止されるので、低圧弁が開かれた状態が維持され、作動室を非アクティブ状態とすることができる。
前記低圧弁は、ノーマルオープン電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記低圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルオープン電磁弁である低圧弁には、該低圧弁を閉状態にするために励磁電流が供給される。上記（６）の構成によれば、グリッドの異常発生時に低圧弁への励磁電流の供給が停止されるので、低圧弁が開かれた状態が維持され、作動室を非アクティブ状態とすることができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの構成において、前記再生エネルギー型発電装置は、
前記グリッドの電圧を測定するためのグリッド電圧測定部と、
前記グリッド電圧測定部と前記モータコントローラとの間の配線の少なくとも一部として設けられ、前記グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号を前記モータコントローラに向けて伝達するための通信線と、をさらに備える。
上記（７）の構成によれば、グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号が通信線を介してモータコントローラに伝達されるので、モータコントローラにて、該測定結果に基づいて、グリッドに異常事象が発生したか否かを判定することができる。
前記グリッドの電圧を測定するためのグリッド電圧測定部と、
前記グリッド電圧測定部と前記モータコントローラとの間の配線の少なくとも一部として設けられ、前記グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号を前記モータコントローラに向けて伝達するための通信線と、をさらに備える。
上記（７）の構成によれば、グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号が通信線を介してモータコントローラに伝達されるので、モータコントローラにて、該測定結果に基づいて、グリッドに異常事象が発生したか否かを判定することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記モータコントローラに対して指令を送るための上位コントローラをさらに備え、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記上位コントローラからの前記指令に基づいて前記油圧モータを制御し、
前記グリッドの異常事象発生時、前記上位コントローラを経ずに前記通信線を介して前記グリッド電圧測定部から前記信号を直接受け取り、該信号に基づいて前記油圧モータを制御するように構成される。
上記（８）の構成によれば、グリッドの異常発生時には、モータコントローラは、上位コントローラを経ずにグリッド電圧測定部からの信号を直接受け取るので、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、油圧モータを迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記モータコントローラに対して指令を送るための上位コントローラをさらに備え、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記上位コントローラからの前記指令に基づいて前記油圧モータを制御し、
前記グリッドの異常事象発生時、前記上位コントローラを経ずに前記通信線を介して前記グリッド電圧測定部から前記信号を直接受け取り、該信号に基づいて前記油圧モータを制御するように構成される。
上記（８）の構成によれば、グリッドの異常発生時には、モータコントローラは、上位コントローラを経ずにグリッド電圧測定部からの信号を直接受け取るので、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、油圧モータを迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れかの構成において、
前記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するための励磁機と、
前記励磁機を制御するための励磁機制御部と、をさらに備え、
前記励磁機制御部は、前記グリッドの電圧低下直後、前記界磁電流を増加させるように構成される。
グリッドの電圧低下を引き起こすような異常事象がグリッドで発生すると、発電機端子電圧が瞬時に低下し、これに伴って発電機の電気的出力（有効電力）も瞬時に低下する。そのため、油圧モータからの機械的入力が発電機の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機の回転子が加速され、同期発電機の脱調が起きてしまうおそれがある。
上記（９）の構成では、グリッドおける異常事象の発生により同期発電機の端子電圧が低下した直後、界磁電流を増加させることで、発電機内部誘起電圧が大きくなり、発電機の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、上記（９）によれば、グリッドの電圧低下直後に発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を増加させることによって、同期発電機の脱調をより効果的に防止することができる。
前記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するための励磁機と、
前記励磁機を制御するための励磁機制御部と、をさらに備え、
前記励磁機制御部は、前記グリッドの電圧低下直後、前記界磁電流を増加させるように構成される。
グリッドの電圧低下を引き起こすような異常事象がグリッドで発生すると、発電機端子電圧が瞬時に低下し、これに伴って発電機の電気的出力（有効電力）も瞬時に低下する。そのため、油圧モータからの機械的入力が発電機の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機の回転子が加速され、同期発電機の脱調が起きてしまうおそれがある。
上記（９）の構成では、グリッドおける異常事象の発生により同期発電機の端子電圧が低下した直後、界磁電流を増加させることで、発電機内部誘起電圧が大きくなり、発電機の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、上記（９）によれば、グリッドの電圧低下直後に発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を増加させることによって、同期発電機の脱調をより効果的に防止することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れかの構成において、
前記異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下に前記グリッドの電圧が低下した状態である。
前記異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下に前記グリッドの電圧が低下した状態である。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）の何れかの構成において、
前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成するように構成された風力発電装置である。
上述したように、グリッドの異常事象の発生時に各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１１）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１１）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成するように構成された風力発電装置である。
上述したように、グリッドの異常事象の発生時に各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１１）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１１）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るモータコントローラは、
上記（１）〜（１１）の何れかの構成を有する再生エネルギー型発電装置の前記油圧モータを制御するためのモータコントローラであって、
前記モータコントローラは、グリッドの異常事象発生時、前記油圧モータの前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
上記（１）〜（１１）の何れかの構成を有する再生エネルギー型発電装置の前記油圧モータを制御するためのモータコントローラであって、
前記モータコントローラは、グリッドの異常事象発生時、前記油圧モータの前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
上述したように、グリッドの異常事象の発生時に各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１２）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１２）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
この点、上記（１２）の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１２）の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置の運転方法は、
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、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、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記運転方法は、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるステップを備える。
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、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、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記運転方法は、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるステップを備える。
上述したように、グリッドの異常事象の発生時に各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記（１３）の方法では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１３）の方法によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
この点、上記（１３）の方法では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記（１３）の方法によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、グリッドの異常事象発生時に、発電機の脱調をより確実に防止し得る再生エネルギー型発電装置が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示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、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。
まず、図１〜図５を参照して、一実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する。図１は一実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。図２は一実施形態に係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。図３及び図４は、それぞれ、一実施形態に係る油圧ポンプ及び油圧モータの構成を示す図である。図５は一実施形態に係る風力発電装置と電力系統との接続の構成を示す図である。
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、グリッド（電力系統）５０（図２参照）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、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。
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と連結されたハブ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。そしてロータ２の回転エネルギーは、油圧トランスミッション１０を介して同期発電機２０に入力され、同期発電機２０において電力が生成されるようになっている。
油圧トランスミッション１０は、図１及び図２に示すように、ロータ２によって駆動される油圧ポンプ１２と、同期発電機２０に接続される回転シャフト（出力軸）１５を有する油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４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。油圧モータ１４の回転シャフト（出力軸）１５には、図２に示すように、グリッド（電力系統）５０に連系される同期発電機２０が連結される。
油圧ポンプ１２は、ロータ２によって駆動されて作動油を昇圧する。油圧ポンプ１２の出口部と油圧モータ１４の入口部とは高圧油ライン１６で接続されており、油圧ポンプ１２で昇圧された作動油が高圧油ライン１６を介して油圧モータ１４に供給されるようになっている。油圧モータ１４は、油圧ポンプ１２からの作動油によって駆動される。油圧モータ１４の出口部と油圧ポンプ１２の入口部とは低圧油ライン１８で接続されており、油圧モータ１４で仕事をして油圧モータ１４を通過した作動油が低圧油ライン１８を介して油圧ポンプ１２に戻されるようになっている。
なお、図１及び図２には、油圧モータ１４を１個だけ含む油圧トランスミッション１０を示したが、複数の油圧モータ１４を設けて、それぞれの油圧モータ１４を油圧ポンプ１２に接続してもよい。
なお、図１及び図２には、油圧モータ１４を１個だけ含む油圧トランスミッション１０を示したが、複数の油圧モータ１４を設けて、それぞれの油圧モータ１４を油圧ポンプ１２に接続してもよい。
油圧モータ１４の具体的構成について以下に説明する。図３は、一実施形態に係る油圧モータの構成を示す図である。油圧モータ１４は、図３に示すように、回転シャフト１５と、複数のピストン９２と、複数のピストン９２とともに複数の作動室９３を形成する複数のシリンダ９０と、各作動室９３に設けられた高圧弁９６及び低圧弁９８とを有する。回転シャフト１５には、ピストン９２に係合するカム曲面を有する偏心カム９４が回転シャフト１５の軸中心Ｏから偏心して取り付けられており、ピストン９２は、回転シャフト１５と連動してシリンダ９０の内部で往復動するようになっている。
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、各作動室９３と高圧油ライン１６との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。また、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、各作動室９３と低圧油ライン１８との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。
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、各作動室９３と高圧油ライン１６との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。また、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、各作動室９３と低圧油ライン１８との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。
油圧モータ１４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下降行程と、ピストン９２が下死点から上死点に向かう上昇行程とが繰り返される。油圧モータ１４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非アクティブ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、下降行程において高圧弁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、上昇行程において高圧弁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が非アクティブ状態である場合、下降行程及び上昇行程の両方において、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非アクティブ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、下降行程において高圧弁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、上昇行程において高圧弁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が非アクティブ状態である場合、下降行程及び上昇行程の両方において、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の各作動室９３に対して設けられる高圧弁９６は、ノーマルクローズ式の電磁弁であってもよい。一実施形態において、高圧弁９６は、作動室９３内の圧力が高圧油ライン１６の圧力を超えたときに受動的に開き、一旦開弁すると励磁電流が供給されている間は開状態が維持され、励磁電流の供給停止により閉じるように作動するノーマルクローズ式電磁弁である。
また、油圧モータ１４の各作動室９３に対して設けられる低圧弁９８は、ノーマルオープン式の電磁弁であってもよい。一実施形態において、低圧弁９８は、作動室９３内の圧力が低圧油ライン１８の圧力以下になったときに受動的に開き、一旦開弁すると励磁電流が供給されていない間は開弁状態が維持されるが、励磁電流の供給により閉じるように作動するノーマルオープン式電磁弁である。
高圧弁９６及び低圧弁９８は、後述するモータコントローラ４８からのバルブ開閉指令（制御信号）に従って励磁電流の供給が制御されるようになっている。
また、油圧モータ１４の各作動室９３に対して設けられる低圧弁９８は、ノーマルオープン式の電磁弁であってもよい。一実施形態において、低圧弁９８は、作動室９３内の圧力が低圧油ライン１８の圧力以下になったときに受動的に開き、一旦開弁すると励磁電流が供給されていない間は開弁状態が維持されるが、励磁電流の供給により閉じるように作動するノーマルオープン式電磁弁である。
高圧弁９６及び低圧弁９８は、後述するモータコントローラ４８からのバルブ開閉指令（制御信号）に従って励磁電流の供給が制御されるようになっている。
図４は、油圧モータ１４の運転中における高圧弁９６および低圧弁９８の開閉制御を説明するための図である。図４において、ピストンサイクル曲線１３０は、横軸を時刻ｔとして、ピストン９２の位置の経時変化を示した曲線である。また、同図では、ＨＰＶ制御信号１３２は高圧弁９６に供給する制御信号を、高圧弁ポジション１３４は高圧弁９６の開閉状態を、ＬＰＶ制御信号１３６は低圧弁９８に供給する制御信号を、低圧弁ポジション１３８は低圧弁９８の開閉状態を、圧力曲線１４０は作動室９３内の圧力をそれぞれ示している。
油圧モータ１４では、図４のピストンサイクル曲線１３０に示すように、油圧ポンプ１２がつくった高圧油ライン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が下死点から上死点に向かう上昇工程と、ピストン９２が上死点から下死点に向かう下降工程とが繰り返される。
ノーマルクローズ式の高圧弁９６にはＨＰＶ制御信号１３２が付与される。図４のＨＰＶ制御信号１３２に示されるように、ピストン９２が上死点に達する直前に、高圧弁９６に励磁電流が供給されて高圧弁９６が励磁された結果、高圧弁ポジション１３４に示されるように、高圧弁が開かれる。
高圧弁９６が一旦開かれると高圧油が作動室９３に流れ込み、カム９４を回転させる。高圧弁９６を開いた状態にラッチするには、高圧弁９６のスプリング（不図示）の付勢力（高圧弁９６を閉じる方向に作用する力）に打ち勝つ程度の小さな力があればよい。このため、ピストン９２が上死点に達した後、高圧弁９６の励磁・非励磁を高周波で繰り返すことで、少ない電流で高圧弁９６を開いた状態にラッチできる。なお、高圧弁９６の励磁・非励磁を繰り返す高周波信号の最終パルス１３２Ａが、高圧弁９６を開状態から閉状態に切り替えるための制御信号とみなすことができる。
そして、高圧弁９６を励磁・非励磁とするパルス状の電圧信号の供給を停止すると、スプリングの付勢力によって、高圧弁９６は閉じられる。
そして、高圧弁９６を励磁・非励磁とするパルス状の電圧信号の供給を停止すると、スプリングの付勢力によって、高圧弁９６は閉じられる。
一方、ノーマルオープン式の低圧弁９８については、ピストン９２が上死点に達する直前に低圧弁９８に励磁電流を供給して低圧弁９８を励磁して閉弁し、その後高圧弁９６を励磁して開弁すると、低圧弁９８は上流側と下流側の圧力差によって閉弁状態が維持される。低圧弁ポジション１３８から分かるように、低圧弁９８は、ピストン９２が上死点に達する直前に励磁されることで閉じられる。
低圧弁９８は、励磁により閉じられた後、ピストン９２が上死点に達する前に非励磁とされても、ピストン９２が上死点に向かう期間（上昇工程のうち低圧弁９８が閉じられた後の期間）中の作動室９３内の圧力（圧力曲線１４０参照）が高いので、作動室９３と低圧油ライン１８との圧力差によって閉じられたままである。そして、ピストン９２が上死点に達して、下降工程（モータ工程）に移行すると、高圧弁９６を介して作動室９３に高圧油が流入し、作動室９３内の圧力が高い状態が維持されるので、作動室９３と低圧油ライン１８との圧力差によって閉じられたままである。
この後、ピストン９２が下死点に達する直前に高圧弁９６に対するパルス状の電圧信号の供給が停止されると、高圧弁９６が閉じて作動室９３内の圧力が低下し、作動室９３が引き続き膨張する結果、作動室９３と低圧油ライン１８との圧力差が小さくなり、低圧弁９８が自動的に開く。
このように、油圧モータ１４のピストン９２が上死点に達した後、下死点に達する直前まで高圧弁９６の励磁・非励磁を繰り返すことで、高圧弁９６を励磁するために与える電力を削減しながら、高圧弁９６が開いた状態を維持することができる。
この後、ピストン９２が下死点に達する直前に高圧弁９６に対するパルス状の電圧信号の供給が停止されると、高圧弁９６が閉じて作動室９３内の圧力が低下し、作動室９３が引き続き膨張する結果、作動室９３と低圧油ライン１８との圧力差が小さくなり、低圧弁９８が自動的に開く。
このように、油圧モータ１４のピストン９２が上死点に達した後、下死点に達する直前まで高圧弁９６の励磁・非励磁を繰り返すことで、高圧弁９６を励磁するために与える電力を削減しながら、高圧弁９６が開いた状態を維持することができる。
また、油圧モータ１４のピストン９２が上死点に達する直前に高圧弁９６を励磁した後、低圧弁９８を非励磁として、それ以降は作動室９３と低圧油ライン１８との圧力差によって低圧弁９８を閉じることで、低圧弁９８の励磁に必要な電力を削減できる。
図５は、同期発電機２０とグリッド（電力系統）５０との間の送電線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は、昇圧変圧器５１を介して母線５２に繋がれており、この母線５２は送電線５４によってグリッド５０に接続されている。送電線５４は変電所変圧器５５および回線５６Ａ，５６Ｂを有しており、各回線５６Ａ，５６Ｂにはそれぞれ遮断器５７，５８が設けられている。グリッド５０及び送電線５４に異常がない場合、遮断器５７，５８は全て閉になっており、同期発電機２０で生成された電力が送電線５４内をグリッド５０に向かって矢印方向に送電される。
また、同期発電機２０は、油圧モータ１４の回転シャフト（出力軸）１５とともに回転する界磁巻線２１と、昇圧変圧器５１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（指令値）となるように励磁機１００を制御してもよい。
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（指令値）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５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の回転シャフト（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）１０４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の回転シャフト（出力軸）１５とともに回転する部分である。このように、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。
この場合、励磁機１００は油圧モータ１４の回転シャフト（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）１０４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の回転シャフト（出力軸）１５とともに回転する部分である。このように、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。
また、図５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５で示すように、電圧設定器１１２と、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。電圧設定器１１２は、同期発電機２０の端子電圧の設定値を比較回路１１３に出力する。比較回路１１３では、端子電圧検出器５９による同期発電機２０の端子電圧の計測値と、電圧設定器１１２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の回転シャフト（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の回転シャフト（出力軸）１５に直結され、同期発電機２０と同軸上に設けられた永久磁石発電機１０４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のグリッド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。
この場合、励磁機制御部１１０は、図５で示すように、電圧設定器１１２と、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。電圧設定器１１２は、同期発電機２０の端子電圧の設定値を比較回路１１３に出力する。比較回路１１３では、端子電圧検出器５９による同期発電機２０の端子電圧の計測値と、電圧設定器１１２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の回転シャフト（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の回転シャフト（出力軸）１５に直結され、同期発電機２０と同軸上に設けられた永久磁石発電機１０４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のグリッド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。
また、同期発電機２０の定態安定度を向上させる観点から、励磁機制御部１１０に電力系統安定化装置（ＰＳＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）を設けてもよい。例えば、図５に示すように、同期発電機２０で発生した有効電力Ｐｅに基づいて比較回路１１３における比較結果を補正するＰＳＳ１１８を励磁機制御部１１０に設けてもよい。なお、ＰＳＳ１１８は、主として後述の異常事象対応モードにおいて発電機動揺の抑制のために機能する。なお、有効電力Ｐｅは、同期発電機２０の固定電機子から出力される電流及び電圧の計測値から算出可能である。
図２に示すように、風力発電装置１は、油圧トランスミッション１０を制御するためのトランスミッション制御部４０を備える。トランスミッション制御部４０により、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の押しのけ容積の調節が行われる。
トランスミッション制御部４０は、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の押しのけ容積要求値を算出するための要求値算出部４２を含む。
また、トランスミッション制御部４０は、油圧ポンプ１２を制御するためのポンプコントローラ４４と、油圧モータ１４を制御するためのモータコントローラ４８を含む。ポンプコントローラ４４及びモータコントローラ４８は、要求値算出部４２にて算出された押しのけ容積要求値を表す指令信号を受け取って、該指令信号に基づいて、バルブ制御信号を油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４に送出するようになっている。すなわち、要求値算出部４２はポンプコントローラ４４及びモータコントローラ４８の上位コントローラである。要求値算出部４２で算出された押しのけ容積要求値に基づいて高圧弁及び低圧弁の開閉制御がされることによって、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４において所期の押しのけ容積が得られるようになっている。
トランスミッション制御部４０は、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の押しのけ容積要求値を算出するための要求値算出部４２を含む。
また、トランスミッション制御部４０は、油圧ポンプ１２を制御するためのポンプコントローラ４４と、油圧モータ１４を制御するためのモータコントローラ４８を含む。ポンプコントローラ４４及びモータコントローラ４８は、要求値算出部４２にて算出された押しのけ容積要求値を表す指令信号を受け取って、該指令信号に基づいて、バルブ制御信号を油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４に送出するようになっている。すなわち、要求値算出部４２はポンプコントローラ４４及びモータコントローラ４８の上位コントローラである。要求値算出部４２で算出された押しのけ容積要求値に基づいて高圧弁及び低圧弁の開閉制御がされることによって、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４において所期の押しのけ容積が得られるようになっている。
また、風力発電装置１は、グリッド５０の電圧を測定するためのグリッド電圧測定部５３を有する。
グリッド電圧測定部５３は、グリッド５０そのものの電圧を測定するようになっていてもよい。また、グリッド電圧測定部５３は、グリッド５０の電圧を示すパラメータとして同期発電機２０の端子電圧を測定する端子電圧検出器５９であってもよい（図５参照）。
グリッド電圧測定部５３は、グリッド５０そのものの電圧を測定するようになっていてもよい。また、グリッド電圧測定部５３は、グリッド５０の電圧を示すパラメータとして同期発電機２０の端子電圧を測定する端子電圧検出器５９であってもよい（図５参照）。
グリッド電圧測定部５３とトランスミッション制御部４０とは、通信線（例えばＣＡＮ通信線）を介して接続され（図２参照）、グリッド電圧測定部５３による測定結果を示す信号が該通信線を介してトランスミッション制御部４０に伝達されるようになっている。
一実施形態では、グリッド電圧測定部５３とモータコントローラ４８とが上述の通信線によって接続され、グリッド電圧測定部５３による測定結果を示す信号が、該通信線を介して、要求値算出部４２を経由せずに、モータコントローラ４８に直接伝達されるようになっている。
一実施形態では、グリッド電圧測定部５３とモータコントローラ４８とが上述の通信線によって接続され、グリッド電圧測定部５３による測定結果を示す信号が、該通信線を介して、要求値算出部４２を経由せずに、モータコントローラ４８に直接伝達されるようになっている。
トランスミッション制御部４０は、グリッド５０の周波数に基づく同期速度で同期発電機２０が回転する状態を維持しながら、風速に対して回転シャフト８の回転数が可変となるように油圧トランスミッション１０を制御する。
このために、要求値算出部４２は、計測された風速に対して運転効率が最大となるロータ回転数が得られる油圧ポンプ１２の目標トルクを算出し、該目標トルクに基づいて、油圧ポンプ１２の押しのけ容積要求値ＤＰを算出するようになっていてもよい。
また、要求値算出部４２は、油圧ポンプ１２の目標出力に基づいて算出される油圧モータ１４の目標出力に基づいて、同期発電機２０の回転数がグリッド５０の周波数に応じた同期速度となるように、油圧モータ１４の押しのけ容積の要求値ＤＭを算出するようになっていてもよい。
このために、要求値算出部４２は、計測された風速に対して運転効率が最大となるロータ回転数が得られる油圧ポンプ１２の目標トルクを算出し、該目標トルクに基づいて、油圧ポンプ１２の押しのけ容積要求値ＤＰを算出するようになっていてもよい。
また、要求値算出部４２は、油圧ポンプ１２の目標出力に基づいて算出される油圧モータ１４の目標出力に基づいて、同期発電機２０の回転数がグリッド５０の周波数に応じた同期速度となるように、油圧モータ１４の押しのけ容積の要求値ＤＭを算出するようになっていてもよい。
なお、風力発電装置１には、図２に示すように、回転シャフト８の回転数を計測するための回転センサ３２、回転シャフト１５の回転数を計測するための回転センサ３４、及び、高圧油ライン１６の圧力を計測するための圧力センサ３１が設けられている。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に送られてもよく、上述した油圧ポンプ１２の押しのけ容積要求値ＤＰ及び油圧モータの押しのけ容積要求値ＤＭは、これらの計測結果を用いて算出されてもよい。
ポンプコントローラ４４及びモータコントローラ４８は、それぞれ、要求値算出部４２において算出された油圧ポンプ１２の押しのけ容積要求値ＤＰ及び油圧モータ１４の押しのけ容積要求値ＤＭを受け取り、受け取った押しのけ容積要求値が実現されるように、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の高圧弁及び低圧弁の開閉制御を行う。
モータコントローラ４８は、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ように、高圧弁９６及び低圧弁９８の開閉制御を行うことで、油圧モータ１４全体としての押しのけ容積を調節する。
モータコントローラ４８は、油圧モータ１４の回転シャフト１５が１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々のデシジョンポイントに対応する作動室９３をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定する。
モータコントローラ４８は、油圧モータ１４の回転シャフト１５が１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々のデシジョンポイントに対応する作動室９３をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定する。
デシジョンポイントは、回転シャフト１５が１回転する間に各作動室９３をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするかを決定するためのポイントであり、各作動室９３毎に設定されるポイントである。
デシジョンポイントは、ピストン９２が下死点から上死点に向かって上昇する期間において設定されてもよい。
デシジョンポイントは、ピストン９２が下死点から上死点に向かって上昇する期間において設定されてもよい。
デシジョンポイントは、時刻によって定義されてもよい。例えば、回転シャフト１５の周期をＴとしたときに、ピストン９２が上死点を通過してから２／３Ｔだけ時間が経過した時刻をデシジョンポイントに設定してもよい。
あるいは、デシジョンポイントは、回転シャフト１５の回転角度によって定義されてもよい。例えば、ピストン９２が上死点を通過するときの回転シャフト１５の回転角度を０°（３６０°）とし、ピストン９２が下死点を通過するときの回転シャフト１５の回転角度を１８０°としたときに、回転シャフト１５が２４０°であるときをデシジョンポイントとしてもよい。
あるいは、デシジョンポイントは、回転シャフト１５の回転角度によって定義されてもよい。例えば、ピストン９２が上死点を通過するときの回転シャフト１５の回転角度を０°（３６０°）とし、ピストン９２が下死点を通過するときの回転シャフト１５の回転角度を１８０°としたときに、回転シャフト１５が２４０°であるときをデシジョンポイントとしてもよい。
モータコントローラ４８は、あるデシジョンポイントにおいて対応する作動室９３をアクティブ状態（又は非アクティブ状態）にすることが決定されたときに、このデシジョンポイントの経過後、ピストン９２が初めて上死点を通過してからその次に再度上死点を通過するまでの間（すなわち回転シャフト１５が１回転する間）に当該作動室９３がアクティブ状態（又は非アクティブ状態）となるように、高圧弁９６及び低圧弁９８の開閉制御を行うようになっていてもよい。
トランスミッション制御部４０は、グリッド電圧測定部５３から伝達された、グリッド電圧の測定結果（例えば、同期発電機２０の端子電圧の測定結果）に基づいて、グリッド５０に異常事象が発生したか否かを判定するようになっている。
グリッド５０の異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下にグリッド５０の電圧が低下した状態であってもよい。このような異常事象は、グリッド５０又は送電線５４において生じる線間短絡、断線、地絡（送電線が地面に接触すること）等に起因して発生することがある。このようなグリッド５０の異常事象が発生すると、グリッド５０側に送ることのできる電力が制限され、同期発電機２０の電気的出力（有効電力）が瞬時に低下する。その結果、油圧モータ１４からの機械的入力が同期発電機２０の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機２０の内部相差角が急激に増加して、同期発電機２０の脱調が起きてしまうおそれがある。
このような現象は、グリッド５０の異常事象発生直後の極めて短い期間（例えば数ミリ秒〜数秒）に起きる。このため、グリッド５０の異常事象による影響が同期発電機２０に直接及ぶ可能性がある風力発電装置１では、グリッド５０の異常事象発生直後から迅速な対応を採ることが望ましい。
グリッド５０の異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下にグリッド５０の電圧が低下した状態であってもよい。このような異常事象は、グリッド５０又は送電線５４において生じる線間短絡、断線、地絡（送電線が地面に接触すること）等に起因して発生することがある。このようなグリッド５０の異常事象が発生すると、グリッド５０側に送ることのできる電力が制限され、同期発電機２０の電気的出力（有効電力）が瞬時に低下する。その結果、油圧モータ１４からの機械的入力が同期発電機２０の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機２０の内部相差角が急激に増加して、同期発電機２０の脱調が起きてしまうおそれがある。
このような現象は、グリッド５０の異常事象発生直後の極めて短い期間（例えば数ミリ秒〜数秒）に起きる。このため、グリッド５０の異常事象による影響が同期発電機２０に直接及ぶ可能性がある風力発電装置１では、グリッド５０の異常事象発生直後から迅速な対応を採ることが望ましい。
トランスミッション制御部４０においてグリッド５０が正常であると判断されたとき、すなわち、トランスミッション制御部４０にてグリッド電圧測定部５３から受け取ったグリッド電圧の測定結果に急激な低下がみられないときには、モータコントローラ４８は、デシジョンポイントにてアクティブ状態に決定された作動室についてピストン９２が上死点から下死点に向かって下降中に高圧弁９６を開くとともに、非アクティブ状態に決定された作動室についてピストン９２が上死点から下死点に向かって下降中に高圧弁９６を閉じたまま維持するように、バルブ制御信号を油圧モータ１４の高圧弁９６に付与する。
一方、トランスミッション制御部４０においてグリッド５０に異常事象が発生したと判断されたとき、すなわち、トランスミッション制御部４０にてグリッド電圧測定部５３から受け取ったグリッド電圧の測定結果に急激な低下がみられたときには、モータコントローラ４８は、直前のデシジョンポイントにてアクティブ状態に決定された作動室９３について、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６を閉じるように、バルブ制御信号を油圧モータ１４の高圧弁９６に付与する。
このように、グリッド５０の異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２に対応する作動室９３について、ピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６を閉じることで、ピストン９２が下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。これにより、油圧モータ１４から同期発電機２０に入力されるトルクを迅速に低減できるので、同期発電機２０の脱調をより確実に防止できる。
このように、グリッド５０の異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２に対応する作動室９３について、ピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６を閉じることで、ピストン９２が下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。これにより、油圧モータ１４から同期発電機２０に入力されるトルクを迅速に低減できるので、同期発電機２０の脱調をより確実に防止できる。
なお、トランスミッション制御部４０のモータコントローラ４８がグリッド電圧測定部５３からグリッド電圧の測定結果を示す信号を、上位コントローラである要求値算出部４２を経ずに直接受け取り、この信号に基づいて油圧モータ１４を制御するようになっていてもよい。例えば、モータコントローラ４８は、このようにして受け取った信号に基づいてグリッド異常事象の発生の有無を判断し、異常事象が発生していると判断された時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６を閉じるように、バルブ制御信号を油圧モータ１４の高圧弁９６に付与するようになっていてもよい。
この場合、モータコントローラ４８が、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、グリッド異常事象の発生時に、油圧モータ１４を迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
この場合、モータコントローラ４８が、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、グリッド異常事象の発生時に、油圧モータ１４を迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
図６は、“直前の”デシジョンポイントＡにてアクティブ状態とすることが決定された１つの作動室９３について、ピストン９２が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に下降中にグリッドの異常事象が検出された際の、グリッド電圧、ピストン位置、励磁電流及び該作動室９３にて生成されるモータトルクの時刻ｔに対する変化を示すグラフである。
デシジョンポイントＡにおいて作動室９３をアクティブ状態とすることが決定されると、ピストンが上死点近傍にあるときに高圧弁９６が開かられるように、上死点の少し手前から高圧弁９６に対して励磁電流が供給される。ピストン９２が上死点を通過する付近で高圧弁９６が開くと、高圧油ライン１６から圧油が作動室９３に流れ込み、ピストン９２を押し下げるトルクが生成される。
デシジョンポイントＡにおいて作動室９３をアクティブ状態とすることが決定されると、ピストンが上死点近傍にあるときに高圧弁９６が開かられるように、上死点の少し手前から高圧弁９６に対して励磁電流が供給される。ピストン９２が上死点を通過する付近で高圧弁９６が開くと、高圧油ライン１６から圧油が作動室９３に流れ込み、ピストン９２を押し下げるトルクが生成される。
ここで、ピストン９２が上死点から下死点に下降中の時刻ｔＡＢにてグリッド５０の異常事象が検出されたとき（すなわちトランスミッション制御部４０にてグリッド電圧がＥ０からＥＡＢに急低下したことが検出されたとき）、仮に、次回のデシジョンポイントＢまで、当該作動室９３を非アクティブ状態に決定するのを待つこととすると、下降中のピストン９２が下死点付近に到達するまで高圧弁９６が開かれた状態を維持するために、高圧弁９６へは時刻ｔ２まで励磁電流が供給される。この結果、ピストン９２が下死点付近に到達する時刻ｔ３になるまでは、当該作動室９３にてトルクが生成される。
このように、グリッド５０の異常事象の検出から実際にトルクをゼロにするまでに時間を要すると、この期間の過渡的なモータトルクにより同期発電機２０が加速して脱調する場合がある。
このように、グリッド５０の異常事象の検出から実際にトルクをゼロにするまでに時間を要すると、この期間の過渡的なモータトルクにより同期発電機２０が加速して脱調する場合がある。
一方、ピストン９２が上死点から下死点に下降中の時刻ｔＡＢにてグリッド５０の異常事象が検出されたときに、次回のデシジョンポイントＢで非アクティブ状態に決定されることを待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６が閉じられるように、時刻ｔ０に高圧弁９６への励磁電流の供給を停止すると（図６のグラフの破線部参照）、作動室９３にて生成されるトルクは、高圧弁９６が閉じると減少しはじめ、ピストン９２に下死点付近に到達する時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ１にてゼロとなる。
すなわち、グリッド５０の異常事象発生時に、直前のデシジョンポイントＡにてアクティブ状態に決定されて、アクティブ状態となっている作動室９３について、次回のデシジョンポイントＢで非アクティブ状態に決定されることを待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６を閉じる。これによって、次回のデシジョンポイントＢの到来を待たずに、ピストン９２が下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができるため、油圧モータ１４から同期発電機２０に入力されるトルクを迅速に低減できるので、グリッド異常発生時に同期発電機２０の脱調をより確実に防止できる。
モータコントローラ４８は、グリッド５０の異常事象発生時、高圧弁９６に与える励磁電流が閾値以下になるのを待ってから、高圧弁９６への励磁電流の供給を停止するようになっていてもよい。
あるいは、モータコントローラ４８は、グリッド５０の異常事象発生時、高圧弁９６および低圧弁９８に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁９６への励磁電流供給を停止するようになっていてもよい。なお、図６の時刻ｔ０は、高圧弁９６および低圧弁９８に与える励磁電流の合計が閾値Ｉｔｈ以下となる時刻である。
あるいは、モータコントローラ４８は、グリッド５０の異常事象発生時、高圧弁９６および低圧弁９８に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁９６への励磁電流供給を停止するようになっていてもよい。なお、図６の時刻ｔ０は、高圧弁９６および低圧弁９８に与える励磁電流の合計が閾値Ｉｔｈ以下となる時刻である。
高圧弁９６を開状態から閉状態に切り替えるために励磁電流の供給を突然停止すると、高圧弁９６に損傷を与える可能性がある。この点、上述のように、高圧弁９６を開状態から閉状態に切り替える際に、高圧弁９６に与える励磁電流または高圧弁９６および低圧弁９８に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁９６への励磁電流の供給を停止するようにすることで、高圧弁９６を損傷から保護することができる。
なお、図６の励磁電流を示すグラフ中、高圧弁９６への励磁電流供給を停止する時点を示すｔ０及びｔ２における励磁電流は、図４に示す最終パルス１３２Ａ（高圧弁９６を開状態から閉状態に切り替えるための制御信号）に相当するものである。
モータコントローラ４８は、グリッド５０の異常事象発生時に、直前のデシジョンポイントＡにてアクティブ状態に決定されて、上死点から下死点に向かって下降中のピストン９２が下死点に到達する前に高圧弁９６が閉じられた作動室９３について（図６のグラフの破線部参照）、次回のデシジョンポイントＢにて、作動室９３を非アクティブ状態に決定してもよい。この際、モータコントローラ４８は、デシジョンポイントＢにて作動室９３が非アクティブ状態となるように、高圧弁９６を閉じたまま維持し、低圧弁９８を開いたまま維持するように（すなわち、高圧弁９６及び低圧弁９８に励磁電流が供給されないように）、バルブ制御信号を付与してもよい。
グリッド５０の異常事象発生時に、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁９６が閉じられた作動室９３について、後続のデシジョンポイントにて作動室９３を非アクティブ状態にするように高圧弁９６及び低圧弁９８を制御することで、作動室９３の非アクティブ状態を継続的に維持することができる。これにより、例えば、グリッド５０の異常事象発生後、グリッド電圧が低下した状態が復旧しない限り、油圧モータ１４の各作動室９３を非アクティブ状態に維持して油圧モータ１４により生成されるトルクを低下した状態を継続して維持することで、同期発電機２０の脱調を防止することができる。
グリッド５０の異常事象発生時に、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁９６が閉じられた作動室９３について、後続のデシジョンポイントにて作動室９３を非アクティブ状態にするように高圧弁９６及び低圧弁９８を制御することで、作動室９３の非アクティブ状態を継続的に維持することができる。これにより、例えば、グリッド５０の異常事象発生後、グリッド電圧が低下した状態が復旧しない限り、油圧モータ１４の各作動室９３を非アクティブ状態に維持して油圧モータ１４により生成されるトルクを低下した状態を継続して維持することで、同期発電機２０の脱調を防止することができる。
図７は、複数の作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）を有する油圧モータ１４において、グリッド５０に異常事象が発生したとき（すなわちトランスミッション制御部４０にてグリッド電圧がＥ０からＥＡＢに急低下したことが検出されたとき）の作動室９３ごとに生成されるトルク及び油圧モータ１４全体として生成されるトルクの合計の時刻ｔに対する変化を示すグラフである。なお、図７のグラフにおいて、６つの作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）にて生成されるトルクを、それぞれ、Ｃ０〜Ｃ５の符号を付して示す。
まず、時刻ｔ４にてグリッド５０に異常事象が発生し、グリッド電圧がＥ０からＥＡＢに急低下している。そして、時刻ｔ５にて、モータコントローラ４８によってグリッド５０に異常事象が発生したことが検出される。
時刻ｔ５にてグリッド異常事象が検出されるまでは、モータコントローラ４８により油圧モータ１４の各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）はアクティブ状態とされて、トルクを生成している。
時刻ｔ５でグリッド異常事象が検出されると、油圧モータ１４の各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）のうち、ピストン９２が上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、高圧弁９６を閉じるように、モータコントローラ４８にから制御信号が高圧弁９６に付与される。各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）に対応する高圧弁９６は、時刻ｔ６にて該制御信号を受け取る。
時刻ｔ５にてグリッド異常事象が検出されるまでは、モータコントローラ４８により油圧モータ１４の各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）はアクティブ状態とされて、トルクを生成している。
時刻ｔ５でグリッド異常事象が検出されると、油圧モータ１４の各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）のうち、ピストン９２が上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、高圧弁９６を閉じるように、モータコントローラ４８にから制御信号が高圧弁９６に付与される。各作動室９３（Ｃ０〜Ｃ５）に対応する高圧弁９６は、時刻ｔ６にて該制御信号を受け取る。
そして時刻ｔ６以降、ピストン９２が上死点から下死点に向かって下降中の作動室９３（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ０）のそれぞれについて、高圧弁９６への励磁電流が閾値を下回るのを待ってから、高圧弁９６への励磁電流の供給が停止されて高圧弁９６が閉じられる。高圧弁９６の閉弁にともない、各作動室９３（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ０）において生成されるトルクは速やかに低下する（図７のグラフの破線部を参照）。
また、グリッド異常事象が検出される時刻ｔ５の時点において高圧弁９６への励磁電流が供給されていない各作動室（Ｃ１〜Ｃ３）については、時刻ｔ５以降、少なくともグリッド電圧の低下が復旧するまでは、高圧弁９６及び低圧弁９８への励磁電流は供給されず、一旦閉じた高圧弁９６は閉じたままの状態で維持され、一旦開いた低圧弁９８は開いたままの状態で維持される。
また、グリッド異常事象が検出される時刻ｔ５の時点において高圧弁９６への励磁電流が供給されていない各作動室（Ｃ１〜Ｃ３）については、時刻ｔ５以降、少なくともグリッド電圧の低下が復旧するまでは、高圧弁９６及び低圧弁９８への励磁電流は供給されず、一旦閉じた高圧弁９６は閉じたままの状態で維持され、一旦開いた低圧弁９８は開いたままの状態で維持される。
これにより、時刻ｔ６から時刻ｔ８にかけて、油圧モータ１４の全体として生成されるトルクの合計が迅速に低下する。これは、グリッド異常発生が検出されたときに、ピストン９２が下降行程にある各作動室９３（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ０）について、次回のデシジョンポイントの到来まで待ってから各作動室９３（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ０）を非アクティブ状態とする場合（図７のＣ４，Ｃ５，Ｃ０の実線部を参照）に油圧モータ１４の全体で生成されるトルクの合計が時刻ｔ７からｔ９に掛けて低下する場合と比べて、トルクの低下に要する時間が時刻ｔ６〜ｔ８に短縮される。
グリッド電圧がゼロより大きい値まで瞬時に低下する異常事象が発生した場合には、グリッド電圧が低下している期間中、アクティブ状態のシリンダのうち一部又は全部について、上述したように、ピストン下降中に高圧弁を閉じることで、モータトルクを迅速に低減し、同期発電機２０の脱調を防ぐことができる。このため、風力発電装置１はグリッド５０に連系されたまま運転を継続することができる。すなわち、風力発電装置１をＬＶＲＴ（Low Voltage Ride Through）に対応させることができる。
また、グリッド電圧がゼロまで瞬時に低下する異常事象が発生した場合には、グリッド電圧が低下している期間中、アクティブ状態のシリンダのすべてについて、上述したように、ピストン下降中に高圧弁を閉じることで、モータトルクを迅速にゼロ付近まで低減し、同期発電機２０の脱調を防ぐことができる。このため、風力発電装置１はグリッド５０に連系されたまま運転を継続することができる。すなわち、風力発電装置１をＺＶＲＴ（Zero Voltage Ride Through）に対応させることができる。
また、グリッド電圧がゼロまで瞬時に低下する異常事象が発生した場合には、グリッド電圧が低下している期間中、アクティブ状態のシリンダのすべてについて、上述したように、ピストン下降中に高圧弁を閉じることで、モータトルクを迅速にゼロ付近まで低減し、同期発電機２０の脱調を防ぐことができる。このため、風力発電装置１はグリッド５０に連系されたまま運転を継続することができる。すなわち、風力発電装置１をＺＶＲＴ（Zero Voltage Ride Through）に対応させることができる。
グリッド５０の電圧低下を引き起こすような異常事象がグリッド５０で発生すると、同期発電機２０の端子電圧が瞬時に低下し、これに伴って同期発電機２０の電気的出力（有効電力）も瞬時に低下する。そのため、油圧モータ１４からの機械的入力が同期発電機２０の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機２０の回転子が加速され、同期発電機２０の脱調が起きてしまうおそれがある。
そこで、一実施形態では、トランスミッション制御部４０にてグリッド５０の異常事象が検出されたときに、上述した油圧モータ１４の高圧弁９６の制御に加え、励磁機制御部１１０は、グリッド５０の電圧低下直後、同期発電機２０の界磁巻線に供給される界磁電流を増加させるようになっている。
これにより、発電機内部誘起電圧が大きくなり、同期発電機２０の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機２０の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機２０の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、同期発電機２０の脱調をより効果的に防止することができる。
これにより、発電機内部誘起電圧が大きくなり、同期発電機２０の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機２０の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機２０の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、同期発電機２０の脱調をより効果的に防止することができる。
なお、このような過渡安定度を向上させるための励磁機１００の制御は、超速応励磁方式と称される応答速度が非常に速い励磁方式（例えばサイリスタ励磁方式）によって好適に実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１ 風力発電装置
２ ロータ
４ ブレード
６ ハブ
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 回転シャフト
１６ 高圧油ライン
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 圧力センサ
３２ 回転センサ
３４ 回転センサ
４０ トランスミッション制御部
４２ 要求値算出部
４４ ポンプコントローラ
４８ モータコントローラ
５０ グリッド
５１ 昇圧変圧器
５２ 母線
５３ グリッド電圧測定部
５４ 送電線
５５ 変電所変圧器
５６ 回線
５７ 遮断器
５８ 遮断器
５９ 端子電圧検出器
９０ シリンダ
９２ ピストン
９３ 作動室
９４ 偏心カム
９６ 高圧弁
９７ 高圧連通路
９８ 低圧弁
９９ 低圧連通路
１００ 励磁機
１０２ 界磁巻線
１０３ 整流器
１０４ 永久磁石発電機
１１０ 励磁機制御部
１１２ 電圧設定器
１１３ 比較回路
１１６ サイリスタ
１３０ ピストンサイクル曲線
１３２ ＨＰＶ制御信号
１３４ 高圧弁ポジション
１３６ ＬＰＶ制御信号
１３８ 低圧弁ポジション
１４０ 圧力曲線
２ ロータ
４ ブレード
６ ハブ
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 回転シャフト
１６ 高圧油ライン
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 圧力センサ
３２ 回転センサ
３４ 回転センサ
４０ トランスミッション制御部
４２ 要求値算出部
４４ ポンプコントローラ
４８ モータコントローラ
５０ グリッド
５１ 昇圧変圧器
５２ 母線
５３ グリッド電圧測定部
５４ 送電線
５５ 変電所変圧器
５６ 回線
５７ 遮断器
５８ 遮断器
５９ 端子電圧検出器
９０ シリンダ
９２ ピストン
９３ 作動室
９４ 偏心カム
９６ 高圧弁
９７ 高圧連通路
９８ 低圧弁
９９ 低圧連通路
１００ 励磁機
１０２ 界磁巻線
１０３ 整流器
１０４ 永久磁石発電機
１１０ 励磁機制御部
１１２ 電圧設定器
１１３ 比較回路
１１６ サイリスタ
１３０ ピストンサイクル曲線
１３２ ＨＰＶ制御信号
１３４ 高圧弁ポジション
１３６ ＬＰＶ制御信号
１３８ 低圧弁ポジション
１４０ 圧力曲線
Claims (12)
- 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成された
ことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室を前記非アクティブ状態に決定し、前記高圧弁を閉じたまま維持するように構成された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。
- 前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室が前記非アクティブ状態となるように前記低圧弁を開いたまま維持するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記高圧弁は、ノーマルクローズ電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記高圧弁に与える励磁電流または前記高圧弁および前記低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから前記高圧弁への励磁電流供給を停止するように構成されたことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記低圧弁は、ノーマルオープン電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記低圧弁への励磁電流供給を停止するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記グリッドの電圧を測定するためのグリッド電圧測定部と、
前記グリッド電圧測定部と前記モータコントローラとの間の配線の少なくとも一部として設けられ、前記グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号を前記モータコントローラに向けて伝達するための通信線と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記モータコントローラに対して指令を送るための上位コントローラをさらに備え、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記上位コントローラからの前記指令に基づいて前記油圧モータを制御し、
前記グリッドの異常事象発生時、前記上位コントローラを経ずに前記通信線を介して前記グリッド電圧測定部から前記信号を直接受け取り、該信号に基づいて前記油圧モータを制御する
ように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するための励磁機と、
前記励磁機を制御するための励磁機制御部と、をさらに備え、
前記励磁機制御部は、前記グリッドの電圧低下直後、前記界磁電流を増加させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下に前記グリッドの電圧が低下した状態であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成するように構成された風力発電装置であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置の前記油圧モータを制御するためのモータコントローラであって、
前記モータコントローラは、グリッドの異常事象発生時、前記油圧モータの前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成されたことを特徴とするモータコントローラ。 - 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、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、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記運転方法は、
前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるステップと、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが１回転する期間の中で設定された１以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持するステップと、を備え、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
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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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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