BR102012024164A2

BR102012024164A2 - Gerador de energia, e, sistema gerador de energia

Info

Publication number: BR102012024164A2
Application number: BR102012024164-1A
Authority: BR
Inventors: Yasuhiro Miyamoto
Original assignee: Yaskawa Denki Seisakusho Kk
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-12-09
Also published as: CN103375335A; EP2650531A2; US20130270829A1; JP2013221404A; KR20130116152A

Abstract

GERADOR DE ENERGIA, E, SISTEMA GERAOR DE ENERGIA. Um gerador de energia de acordo com uma forma de realização, incluindo uma hélice, um detector de posição e um controlador de passo. A hélice inclui uma pluralidade de pás, cujo ângulo de passo é mudável, que é girada por um fluido. O detector de passo realiza processamento de controle de passo para mudar o ângulo de passo, dependendo da posição de cada uma das pás especificadas pela posição rotacional da hélice.

Description

“GERADOR DE ENERGIA, E, SISTEMA GERADOR DE ENERGIA” CAMPO

As formas de realização discutidas aqui são dirigidas a um gerador de energia e um sistema de geração de energia.

FUNDAMENTOS

Convencionalmente, são largamente conhecidos os geradores de energia tipo de hélice, que geram energia girando uma hélice com um fluido, tal como vento e uma corrente oceânica. Os geradores de energia eólica, por exemplo, convertem energia mecânica de uma hélice girando, capturando o vento e transformando-o em energia elétrica com um gerador.

Nos últimos anos, para eliminar a diferença de empuxo e momento entre as pás em geradores de energia do tipo de hélice, tem sido desenvolvida uma tecnologia para detectar uma carga em cada pá, para controlar um ângulo de passo de cada pá individualmente de acordo com a carga assim detectada. A tecnologia relacionada é descrita, por exemplo, no Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2003-113769.

Entretanto, a tecnologia descrita no Pedido de Patente Japonesa Aberto ao Público No. 2003-113769 deixa de mudar o ângulo de passo de cada pá individualmente, dependendo da posição de cada pá.

Em vista da desvantagem descrita acima, é um objetivo de um aspecto de uma forma de realização prover um gerador de energia e um sistema de geração de energia capaz de mudar o ângulo de passo de cada pá individualmente, dependendo da posição de cada pá.

SUMÁRIO

Um gerador de energia de acordo com um aspecto de uma forma de realização inclui: uma hélice, um detector de posição e um controlador de passo. A hélice inclui uma pluralidade de pás cujo ângulo de passo é trocável e é girada por um fluido. O detector de posição detecta a posição rotacional da hélice. O controlador de passo realiza controle de passo processando a mudança do ângulo de passo, dependendo da posição de cada uma das pás especificadas pela posição rotacional da hélice.

De acordo com um aspecto de uma forma de realização, é possível mudar um ângulo de passo de cada pá individualmente, dependendo da posição de cada pá.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente invenção pode ser apreciada mais completamente e suas vantagens podem ser prontamente entendidas com referência à descrição das formas de realização abaixo, juntamente com os desenhos acompanhantes. A FIG. 1 é um esquemático de uma configuração de um gerador de energia eólica de acordo com uma primeira forma de realização. A FIG. 2A é um esquemático para explicar uma diferença entre a velocidade do vento, próximo da superfície do solo, e a do ar superior. A FIG. 2B é um esquemático de uma operação exemplar do processamento de controle de passo de acordo com a primeira forma de realização. A Tabela 1 é um esquemático de um exemplo da posição rotacional e informação de conversão de ângulo de passo armazenada em um controlador de passo. A FIG. 3 é um esquemático de uma configuração de uma unidade de acionamento de passo. A FIG. 4 é um esquemático de uma operação exemplar do processamento de controle de posição de hélice e processamento de controle de passo, realizados para remover as pás. A Tabela 2 é um esquemático de um exemplo de uma relação entre um processo para remover as pás e os ângulos de passo. A FIG. 5A e FIG. 5B são esquemáticos de outra operação exemplar do processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice. A FIG. 6 é um diagrama de blocos da configuração do gerador de energia eólica de acordo com a primeira forma de realização. A FIG. 7 é um diagrama de blocos de uma configuração exemplar de uma unidade de conversão de energia. A FIG. 8 é um digrama de blocos de uma configuração de uma unidade geradora de comando de torque. A FIG. 9 é um esquemático de uma configuração de um parque eólico de acordo com uma segunda forma de realização.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

As formas de realização exemplares de um gerador de energia e um sistema de geração de energia descritos no presente pedido são dadas abaixo em maiores detalhes com referência aos desenhos acompanhantes. Deve ser observado que as formas de realização abaixo não são destinadas a limitar a presente invenção. A FIG. 1 é um esquemático de uma configuração de um gerador de energia eólica de acordo com uma primeira forma de realização. Como ilustrado na FIG. 1, um gerador de energia eólica 1 de acordo com a primeira forma de realização inclui uma unidade de geração de energia eólica 10 e um dispositivo conversor de energia 20 e supre energia elétrica para um sistema de energia elétrica 30. Para conveniência de explicação, uma parte da configuração não é ilustrada na FIG. 1. A configuração não ilustrada será descrita com referência à FIG.8 e outros desenhos. A unidade de geração de energia eólica 10 inclui um catavento 14, tendo um corpo de torre 11, uma nacela 12 e uma hélice 13. A nacela 12 é rotativamente suportada pelo corpo de torre 11. A hélice 13 inclui um cubo 13a e uma pluralidade de pás 13b fixadas a diferentes posições do cubo 13a. O ângulo de passo das pás 13b pode ser mudado. Ângulo de passo aqui significa um ângulo entre o plano de rotação da hélice 13 e a corda da pá 13b. Quando o ângulo de passo é tomado menor, uma área para capturar o vento aumenta na pá 13b, Isto é, o arrasto causado pelo vento aumenta sobre a pá 13b. Como resultado, é possível extrair mais energia do vento. A seguir, um ângulo de passo, em que a energia pode ser extraída do vento mais eficientemente (p. ex., 0 graus) é referido como um “ângulo fino”, enquanto que um ângulo de passo em que a energia extraída do vento é a mínima (p. ex., 90 graus) é referido como um “ângulo de emplumação”.

Na primeira forma de realização, será dada uma explicação de um exemplo em que três pás 13b são fixadas no cubo 13a em intervalos iguais (isto é, em intervalos de 120 graus). Entretanto, o número de pás 13b fixadas no cubo 13a não é limitado a três. A nacela 12 aloja um gerador 15 conectado à hélice 13 via um eixo 17 (eixo principal). O gerador 15 é uma máquina elétrica rotativa, que pode também ser usada como um motor elétrico e é uma maquina elétrica rotativa de ímã permanente, por exemplo. O eixo 17 é conectado ao cubo 13a da hélice 13.

Além disso, a nacela 12 aloja um detector de posição 16 que detecta a posição rotacional da hélice 13 girada pela energia eólica. O detector de posição 16 é um codificador de valor absoluto, por exemplo, e detecta a posição rotacional da hélice 13 detectando a posição rotacional do eixo 17. A posição rotacional da hélice 13 detectada pelo detector de posição 16 é remetida para um controlador integrado 40, que será descrito mais tarde. O dispositivo conversor de energia 20 inclui uma unidade de conversão de energia 21, um controlador de conversão 22 e uma unidade operacional 23. O dispositivo conversor de energia 20 é disposto no corpo de torre 11. A unidade de conversão de energia 21 realiza conversão de energia entre o gerador 15 da unidade de geração de energia eólica 10 e o sistema de energia elétrica 30 bidirecionalmente. Um conversor de matriz pode ser usado como a unidade de conversão de energia 21, por exemplo. Uma configuração exemplar da unidade de conversão de energia 31 será descrita mais tarde com referência à FIG. 6. O controlador de conversão 22 envia um sinal de controle para a unidade de conversão de energia 21 e realiza processamento de controle de geração de energia para fazer com que a unidade de conversão de energia 21 realize conversão de energia do gerador 15 para o sistema de energia elétrica 30. Como resultado, a energia elétrica gerada pelo gerador 15 é convertida de corrente contínua (CC) para CC pela unidade de conversão de energia 21 e é suprida para o sistema de energia elétrica 30.

Além disso, o controlador de conversão 22 envia um sinal de controle para a unidade de conversão de energia 21 e faz com que a unidade de conversão de energia 21 realize conversão de energia do sistema de energia elétrica 30 para o gerador 15. Assim, o controlador de conversão 22 realiza processamento de controle de posição de hélice para controlar a posição rotacional da hélice 13 pela utilização do gerador 15 como um motor elétrico. O processamento de controle de posição de hélice é realizado com base em uma entrada operação para a unidade operacional 23 em uma operação de substituição da pá 13b, por exemplo, que será descrita mais tarde.

Como descrito acima, o controlador de conversão 22 envia um sinal de controle para a unidade de conversão de energia 21 e faz com que a unidade de conversão de energia 21 realize conversão de energia entre o gerador 15 e o sistema de energia elétrica 30 bidirecionalmente. Assim, o controlador de conversão 22 realiza o processamento de controle de geração de energia e o processamento de controle de posição de hélice. O gerador de energia eólica 1 inclui ainda o controlador integrado 40 e um controlador de passo 50, e realiza processamento de controle de passo para mudar o ângulo de passo da pá 13b para um ângulo de passo correspondendo à posição da pá 13, com base na posição rotacional da hélice 13 enviada pelo detector de posição 16. O controlador integrado 40 é disposto no corpo de torre 11 e o controlador de passo 50 é disposto na nacela 12, por exemplo. O controlador integrado 40 adquire a posição rotacional da hélice 13 do detector de posição 16 e envia a posição rotacional assim adquirida para o controlador de passo 50. Assim, a posição rotacional da hélice 13 detectada pelo detector de posição 16 é enviada para o controlador de passo 50 via o controlador integrado 40.

Quando recebendo a posição rotacional da hélice 13 detectada pelo detector de posição 16 via o controlador integrado 40, o controlador de passo 50 gera um comando de mudança de ângulo de passo correspondente à posição rotacional da hélice 13 para cada pá 13b e muda o ângulo de passo da pá 13b de acordo com o comando de mudança de ângulo de passo assim gerado para cada pá 13b. O conteúdo do processamento de controle de passo realizado no processamento de controle de geração de energia será agora descrito com referência às FIGS. 2A e 2B. A FIG. 2A é um esquemático para explicar a diferença entre a velocidade do vento próximo da superfície do solo e aquela no ar superior. A FIG. 2B é um esquemático de uma operação exemplar do processamento de controle de passo de acordo com a primeira forma de realização. O processamento de controle de passo explicado com referência à FIG. 2A e FIG. 2B é realizado quando o controlador de conversão 22 realiza o processamento de controle de geração de energia, Isto é, quando o controlador de conversão 22 faz com que a unidade de conversão de energia 21 realize conversão de energia do gerador 15 para o sistema de energia elétrica 30.

Como ilustrado na FIG. 2A, a velocidade do vento próximo da superfície do solo tende a ser menor do que aquela no ar superior por causa da influência da fricção sobre a superfície do solo, por exemplo. Como resultado, o arrasto causado pelo vento sobre a pá 13b localizada em uma posição mais baixa, com respeito à superfície do solo, tende a ser menor do que aquele sobre a pá 13b localizada em uma posição mais elevada com respeito à superfície do solo.

Portanto, se o ângulo de passo da pá 13b localizada em uma posição mais elevada com respeito à superfície do solo for idêntico àquele da pá 13b localizada em uma posição mais baixa com respeito à superfície do solo, uma propensão pode possivelmente ocorrer no empuxo e numa carga entre estas pás 13b. Na tecnologia convencional, em razão de o ângulo de passo de cada pá deixar de ser mudado individualmente, dependendo da posição de cada pá, a tendência do empuxo e da carga descritas acima pode possivelmente ocorrer.

Para lidar com isto, o controlador de passo 50 realiza o processamento de controle de passo, desse modo fazendo com que a pá 13b, localizada em uma posição mais baixa, tenha uma maior área para capturar o vento. Isto toma possível reduzir a tendência do empuxo e da carga entre as pás 13b.

Como indicado por uma linha pontilhada na FIG. 2B, por exemplo, é feita uma suposição de que a ponta de uma pá 13bl seja localizada na posição mais elevada com respeito à superfície do solo. Neste caso, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13bl para o ângulo de emplumação, isto é, um ângulo mais improvável para capturar o vento, por exemplo. Além disso, o controlador de passo 50 muda os ângulos de passo de uma pá 13b2 e uma pá 13b3, localizadas nas posições mais baixas do que aquela da pá 13bl, para um ângulo maior do que o ângulo de emplumação, Isto é, um ângulo mais provável de capturar o vento do que aquele da pá 13b 1.

Se a hélice 13 capturar o vento para girar e as posições das pás 13bl, 13b2 e 13b3 forem mudadas juntamente com a rotação, o controlador de passo 50 muda os ângulos de passo das pás 13bl, 13b2 e 13b3, dependendo da mudança.

Uma suposição é feita de que as posições das pás 13bl, 13b2 e 13b3 são mudadas das posições indicadas pelas linhas pontilhadas para as posições indicadas pelas linhas cheias da FIG. 2B e de que uma ponta da pá 13b3 é localizada na posição mais próxima da superfície do solo, por exemplo. Neste caso, a pá 13b3 vem se aproxima mais da superfície do solo do que a posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B. Portanto, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b3 para um ângulo de passo (p. ex., o ângulo fino) menor do que seu ângulo de passo na posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B. A pá 13bl também se aproxima mais da superfície do solo do que a posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B. Portanto, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13bl para um ângulo de passo menor do que seu ângulo de passo na posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B. Ao contrário, a pá 13b2 move-se para longe da superfície do solo em comparação com a posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B. Portanto, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b2 para um ângulo de passo maior do que seu ângulo de passo na posição indicada pela linha pontilhada da FIG. 2B.

Como descrito acima, o controlador de passo 50 de acordo com a primeira forma de realização muda o ângulo de passo para cada pá 13b de modo que a pá 13b, localizada em uma posição mais baixa, tem um ângulo de passo menor, isto é, a pá 13b localizada em uma posição mais próxima da superfície do solo tem uma área maior para capturar o vento. Portanto, é possível suprimir a ocorrência da tendência no empuxo e na carga entre as pás 13b. O processamento de controle de passo será agora descrito mais especificamente. O controlador de passo 50 adquire a posição rotacional da hélice 13 do detector de posição 16 via o controlador integrado 40 e gera um comando de mudança de ângulo de passo correspondendo à posição rotacional assim adquirida. O processamento de geração do comando de mudança de ângulo de passo realizado pelo controlador de passo 50 será agora descrito com referência à Tabela 1. A Tabela 1 é um esquemático de um exemplo de informação da posição rotacional e conversão do ângulo de passo armazenada no controlador de passo 50.

Tabela 1 __________________________________ O controlador de passo 50 inclui uma unidade de armazenagem, que não é ilustrada. A unidade de armazenagem armazena nela a informação da posição rotacional e da conversão do ângulo de passo ilustrada na Tabela 1. A informação da posição rotacional e conversão do ângulo de passo ilustrada na Tabela 1 é informação em que a posição rotacional da hélice 13 é associada com os ângulos de passo das pás 13bl, 13b2e13b3.

Quando adquirindo a posição rotacional da hélice 13, o controlador de passo 50 determina os ângulos de passo das pás 13bl, 13b2 e 13b3 correspondendo à posição rotacional da hélice 13 empregando a informação da posição rotacional e de conversão do ângulo de passo ilustrada na Tabela 1 e gera cada comando de mudança de ângulo de passo de acordo com o ângulo de passo assim determinado.

Se a posição rotacional adquirida pelo detector de posição 16 for “pl” como ilustrado na Tabela 1, por exemplo, o controlador de passo 50 determina os ângulos de passo das pás 13bl, 13b2 e 13b3 serem “?1”, “?2” e “?3”, respectivamente. O controlador de passo 50 então gera os comandos de mudança de ângulo de passo para mudar os ângulos de passo das pás 13bl, 13b2 e 13b3 para “?1”, “?2” e “03” para as pás 13bl, 13b2 e 13b3, respectivamente. O controlador de passo 50 então muda o ângulo de passo de cada pá 13b de acordo com o comando de mudança de ângulo de passo assim gerado. Especificamente, uma unidade de acionamento de passo é provida para cada pá 13b e o controlador de passo 50 controla a unidade de acionamento de passo de acordo com o comando de mudança de ângulo de passo, desse modo mudando o ângulo de passo de cada pá 13b. A FIG. 3 é um esquemático de uma configuração da unidade de acionamento de passo. Como ilustrado na FIG. 3, a unidade de acionamento de passo 31 é provida para cada pá 13b. A unidade de acionamento de passo 31 é arranjada no cubo 13a. Embora duas pás 13b apenas entre as três pás 13b sejam ilustradas na FIG. 3, a outra pá 13b é também provida com uma unidade de acionamento de passo similar 31. A unidade de acionamento de passo 31 inclui uma engrenagem 31a, um motor 3 lb e um acionador de corrente alternada (CA) 3 lc. A unidade de acionamento de passo 31 utiliza o acionador CA 31c para acionar o motor 31b e faz com que a engrenagem 31a gire juntamente com a rotação do motor 31b, desse modo girando a pá 13b conectada à engrenagem 31a. Assim, o ângulo de passo da pá 13b é mudado.

Cada pá 13b é provida com um detector de posição 32. O detector de posição 32 é um codificador de valor absoluto, por exemplo, e é arranjado na pá 13b. O detector de posição 32 detecta o ângulo de passo da pá 13b e envia o ângulo de passo para o controlador de passo 50. O controlador de passo 50 utiliza o presente ângulo de passo adquirido do detector de posição 32 e do comando de mudança de ângulo de passo para calcular a diferença entre um ângulo de passo alvo e o presente ângulo de passo. O controlador de passo 50 então controla o acionador CA 31c da unidade de acionamento de passo 31, de modo que a diferença assim calculada diminui. Assim, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo de cada pá 13b para um ângulo de passo desejado, correspondendo à posição de cada pá 13b. O controlador de passo 50 é conectado ao acionador CA 31c de cada unidade de acionamento de passo 31, via uma linha de sinal 82, e é conectado a cada detector de posição 32 via uma linha de sinal 83. O controlador de passo 50 adquire o presente ângulo de passo de cada pá 13b de cada detector de posição 32 via a linha de sinal 83 e transmite um sinal de controle para cada acionador CA 31c via a linha de sinal 82. Cada acionador CA 3 lc é conectado a uma unidade de alimentação de energia 60 via um cabo de alimentação 81 e energia elétrica é suprida da unidade de alimentação de energia 60 via o cabo de alimentação 81. A posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, é usada para o processamento de controle de posição de hélice, realizado pelo controlador de conversão 22, além de para o processamento de controle de passo. Além disso, se o controlador de conversão 22 realizar o processamento de controle de posição de hélice, o controlador de passo 50 realiza processamento de controle de passo correspondendo ao processamento de controle de posição de hélice. Na descrição abaixo, o processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice será descrito após uma explicação do processamento de controle de posição de hélice. O processamento de controle de posição de hélice será agora descrito. O controlador de conversão 22 envia um sinal de controle para a unidade de conversão de energia 21 com base em uma entrada de operação para a unidade operacional 23 e faz com que a unidade de conversão de energia 21 realize o processamento de controle de posição de hélice ou o processamento de controle de geração de energia. O processamento de controle de posição de hélice é processamento para converter energia elétrica enviada pelo sistema de energia elétrica 30 para suprir energia elétrica para o gerador 15 e fazer com que o gerador 15 opere como um motor elétrico. O processamento de controle de geração de energia é processamento para converter energia elétrica enviada pelo gerador 15 para a energia elétrica correspondendo ao sistema de energia elétrica 30 e enviar a energia elétrica para o sistema de energia elétrica 30.

Se o processamento de controle de posição de hélice for selecionado por uma entrada de operação para a unidade operacional 23, o controlador de conversão 22 realiza o processamento de controle de posição de hélice. O processamento de controle de posição de hélice é realizado para fixar a lâmina 13b ao cubo 13a, para remover a pá 13b do cubo 13a e para realizar uma inspeção e manutenção da pá 13b, por exemplo. Realizando o processamento de controle de posição de hélice, o controlador de conversão 22 faz com que a posição da pá 13b coincida com uma posição alvo (correspondendo a uma posição de fixação ou uma posição de remoção) especificada por uma entrada de operação para unidade operacional 23, por exemplo. A informação da posição alvo é dada antecipadamente no controlador de conversão 22 para cada pá 13b como uma posição em que a fixação e remoção da pá 13b é facilitada e é selecionada por uma entrada de operação para a unidade operacional 23. Altemativamente, empregando-se entrada de informação posicionai por uma operação na unidade operacional 23 como a posição alvo, uma posição alvo arbitrária pode ser estabelecida.

Com base na posição rotacional da hélice 13 detectada pelo detector de posição 16 e na posição alvo especificada pela entrada de operação para a unidade operacional 23, o controlador de conversão 22 gera um sinal de controle para fazer com que a posição rotacional da hélice 13 coincida com a posição alvo. O controlador de conversão 22 então emite o sinal de controle assim gerado para a unidade de conversão de energia 21. O controlador de conversão 22 adquire a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16 via o controlador integrado 40 (reportar-se à FIG. 1). Em outras palavras, o controlador integrado 40 adquire a posição rotacional da hélice 13 do detector de posição 16 e remete a posição rotacional assim adquirida para o controlador de passo 50 e o controlador de conversão 22.

Como descrito acima, o gerador de energia eólica 1 acordo com a primeira forma de realização envia a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, para o controlador integrado 40 e distribui a posição rotacional da hélice 13 do controlador integrado 40 para o controlador de conversão 22 e o controlador de passo 50. Portanto, a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, pode ser usada para o processamento de controle de posição de hélice e o processamento de controle de geração de energia, que serão descritos mais tarde, além do processamento de controle de passo. O gerador de energia eólica 1 pode ser configurado para introduzir a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, via o controlador integrado 40, porém diretamente para o controlador de conversão 22 e o controlador de passo 50. O processamento de controle de passo realizado pelo controlador de passo 50 no processamento de controle de posição de hélice será agora descrito. Como um exemplo, o processamento de controle de posição de hélice e o processamento de controle de passo realizados para remover a pá 13b serão explicados com referência à FIG. 4 e Tabela 2. A FIG. 4 é um esquemático de uma operação exemplar do processamento de controle de posição de hélice e do processamento de controle de passo realizados para remover as pás 13b. A Tabela 2 é um esquemático de um exemplo de uma relação entre um processo para remover as pás 13b e os ângulos de passo. Tabela 2 Uma suposição é feita de que as pás 13bl, 13b2 e 13b3 são removidas na ordem das pás 13b 1, 13b2 e 13b3.

Um operador opera a unidade operacional 23 para estabelecer o processamento de controle de posição de hélice e seleciona a pá 13bl como uma pá a ser removida do cubo 13 a. Com esta operação, o controlador de conversão 22 especifica uma posição alvo em que a remoção da pá 13bl é para ser realizada, isto é, uma posição em que a remoção da pá 13bl é facilitada. A posição alvo é, por exemplo, uma posição em que a ponta da pá 13bl é direcionada verticalmente para baixo, isto é, uma posição em que a ponta da pá 13bl fica mais próxima da superfície do solo. O controlador de conversão 22 adquire a posição rotacional da hélice 13 do controlador integrado 40 e detecta diferença entre a posição rotacional assim adquirida e a posição alvo especificada pela unidade operacional 23. Com base na diferença entre a posição rotacional da hélice 13 e a posição alvo, o controlador de conversão 22 gera um sinal de controle para fazer com que a posição rotacional da hélice 13 coincida com a posição alvo e introduz o sinal de controle na unidade de conversão de energia 21. Como resultado, a posição rotacional da hélice 13 muda para a posição alvo e o catavento 14 para na posição alvo, isto é, uma posição em que a remoção da pá 13b 1 é facilitada como ilustrado na FIG. 4.

Se a pá 13bl for selecionada como uma pá a ser removida do cubo 13 a, a informação de operação sobre a remoção é introduzida no controlador de passo 50 via o controlador integrado 40. Quando recebendo a informação de operação, o controlador de passo 50 aciona a unidade de acionamento de passo 31 (reportar-se à FIG. 3) correspondendo à pá 13bl, desse modo mudando o ângulo de passo da pá 13bl para um ângulo de passo em que a remoção da pá 13bl é facilitada (a seguir, referido como um “ângulo de remoção”).

Como descrito acima, na primeira forma de realização, é possível parar a pá 13b para ser removida, automaticamente, na posição alvo, pelo processamento de controle de posição de hélice e mudar o ângulo de passo da pá 13b para ser removida, automaticamente, para um ângulo de passo em que sua remoção é facilitada pelo processamento de controle de passo. Portanto, o gerador de energia eólica 1, de acordo com a primeira forma de realização, facilita a operação de remoção da pá 13b.

Além disso, como ilustrado na FIG. 4, o controlador de passo 50 muda os ângulos de passo da pá 13b2 e da pá 13b3 a não ser removida para o “ângulo de pá”, isto é, um ângulo de passo em que o arrasto causado pelo vento sobre a pá 13b2 e a pá 13b3 é o mais baixo.

Como resultado, mesmo se uma rajada de vento soprar durante a operação de remoção da pá 13bl, as pás 13b2 e 13b3 deixam o vento atravessar, por meio do que o desalinhamento da pá 13bl é improvável ocorrer. Portanto, a pá 13bl a ser removida pode ser mantida parada mais estavelmente.

Como descrito acima, para remover a pá 13bl do cubo 13a, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b 1 para o “ângulo de remoção” e muda os ângulos de passo das pás 13b2 e 13b3 para o “ângulo de pá” (reportar-se à Etapa SOI da Tabela 2).

Em outras palavras, para remover uma das pás 13b do cubo 13a no estado em que todas as três pás 13b são fixadas, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b para ser removido para o “ângulo de remoção” e muda os ângulos de passo das outras pás 13b para o “ângulo de pá”. Os ângulos de passo das pás 13b a não serem removidas não são necessariamente o “ângulo de pá”. O processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice pode ser realizado após a pá 13b a ser removida alcançar a posição alvo, ou pode ser realizado de modo que a mudança do ângulo de passo de cada pá 13b seja completada no tempo operacional, quando a pá 13b, a ser removida, alcança a posição alvo.

Subsequentemente, o operador opera a unidade operacional 23 para selecionar a pá 13b2 como a pá a ser removida do cubo 13a. Com esta operação, o controlador de conversão 22 especifica uma posição alvo em que a remoção da pá 13b2 é para ser realizada. O controlador de conversão 22 então gera um sinal de controle para fazer com que a posição rotacional da hélice 13 coincida com a nova posição alvo e introduz o sinal de controle para a unidade de conversão de energia 21. Com resultado, a posição rotacional da hélice 13 muda para a posição alvo e a pá 13b2 para na posição alvo.

Neste processo, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b2 a ser removida para o ângulo de remoção, enquanto mantendo o ângulo de passo da pá 13b3 a não ser removida no ângulo de pá (reportar-se à etapa S02 na Tabela 2).

Além disso, o operador opera a unidade operacional 23 para selecionar a pá 13b3 como uma pá a ser removida do cubo 13a. Assim, o controlador de conversão 22 realiza o mesmo processamento descrito acima, por meio do que a pá 13b3 para em uma posição alvo. Subsequentemente, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b3 a ser removida para o ângulo de remoção (reportar-se a Etapa S03 da Tabela 2), desse modo facilitando a remoção da pá 13b3 pelo operador.

Na descrição acima, foi feita a explicação do processo para remover as pás 13b do cubo 13a. Entretanto, para fixar as pás 13b ao cubo 13a, o controlador de conversão 22 também pode fazer com que a posição rotacional da hélice 13 coincida com a posição alvo. Isto possibilita que o eixo 17 pare na posição alvo, desse modo facilitando a fixação das pás 13b similarmente à sua remoção.

Para fixar as pás 13b ao cubo 13a, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b a ser fixada em um predeterminado ângulo de fixação e o ângulo de passo da pá 13b que já foi fixado no ângulo de pá. Isto toma possível realizar a fixação das pás 13b em uma simples e estável maneira, similarmente à sua remoção.

Como descrito acima, na primeira forma de realização, o controlador de conversão 22 (correspondendo a um exemplo de um controlador de posição) realiza o processamento de controle de passo para controlar a posição rotacional da hélice 13, para localizar uma das pás 13b em uma predeterminada posição de fixação ou uma predeterminada posição de remoção. Se o controlador de conversão 22 realizar o processamento de controle de posição de hélice, o controlador de passo 50 muda o ângulo de passo da pá 13b para ser fixada a ou para ser removida de um ângulo de passo correspondendo à posição de fixação ou à posição de remoção. Portanto, é possível facilitar a fixação e a remoção das pás 13b. O processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice é agora limitado ao conteúdo de processamento descrito acima. Será feita uma explicação no processamento de controle de posição de hélice. A FIG. 5A e a FIG. 5B são esquemáticos de outra operação exemplar do processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice.

Na descrição acima, para remover a pá 13bl do cubo 13a, os ângulos de passo das pás 13b2 e 13b3, a não serem removidas, são mudados para o ângulo de pá, por meio do que a posição rotacional da hélice 13 é estabilizada. Os ângulos de passo das pás 13b2 e 13b3, entretanto, podem ser um ângulo que não o ângulo de pá.

Como ilustrado na FIG. 5A, por exemplo, o controlador de passo 50 pode mudar o ângulo de passo da pá 13b2 para o ângulo fino e pode mudar o ângulo de passo da pá 13b3 para um ângulo fino inverso, invertido 180 graus a partir do ângulo fino.

Como ilustrado na FIG. 5A, a pá 13b2, cujo ângulo de passo é mudado para o ângulo fino, tenta girar na mesma direção que a direção de rotação da hélice 13 capturando o vento. Ao contrário, a pá 13b3, cujo ângulo de passo é mudado para o ângulo fino inverso, tenta girar na direção oposta à direção de rotação da hélice 13 capturando o vento. Como resultado, a energia da pá 13b2 girando a hélice 13 e a energia da pá 13b3 girando a hélice 13 são equilibradas, por meio do que o eixo 17 pode ser mantido parado estavelmente.

Na FIG. 5 A, o ângulo de passo da pá 13b2 é o ângulo fino e o ângulo de passo da pá 13b3 é o ângulo fino inverso. Altemativamente, o ângulo de passo da pá 13b2 pode ser o ângulo fino inverso e o ângulo de passo da pá 13b3 pode ser o ângulo fino.

Na descrição acima, para remover a pá 13b2 do cubo 13 a, o ângulo de passo da pá 13b3 é mudado para o ângulo de pá (reportar-se à Etapa S02 da Tabela 2). O controlador de passo 50, entretanto, pode mudar o ângulo de passo da pá 13b3 para o ângulo fino inverso como ilustrado na FIG. 5B.

No estado em que todas as três pás 13b são fixadas (reportar-se à FIG. 4, por exemplo), o equilíbrio entre a direita e a esquerda é mantido pelos pesos das duas pás 13b a não serem removidas (pás 13b2 e 13b3 na FIG. 4). No estado em que uma das três pás 13b já foi removida como ilustrado na FIG. 5B, entretanto, o equilíbrio descrito acima é perdido e maior energia é requerida para manter a posição rotacional da hélice 13.

Para lidar com isto, o controlador de passo 50 pode mudar o ângulo de passo da pá 13b3 a não ser removida para o ângulo fino inverso. Como resultado, a pá 13b3 tenta girar capturando o vento na direção oposta a uma direção em que a pá 13b3 gira o eixo 17 por seu próprio peso. Em outras palavras, absorvendo a energia da pá 13b3 girando o eixo 17 por seu próprio peso com a energia da pá 13b3 girando o eixo 17 pela energia do vento, o eixo 17 pode ser mantido parado estavelmente.

Contrário ao estado ilustrado na FIG. 5B, se a pá 13b3 já tiver sido removida e a pá 13b 1 for fixada no cubo 13a, o ângulo de passo da pá 13bl pode ser o ângulo fino. Como descrito acima, se uma pá 13b a não ser removida for deixada, o ângulo de passo da pá 13b pode ser mudado, de modo que a direção em que a pá 13b gira o eixo 17 pela energia do vento é oposta à direção em que a pá 13b gira o eixo 17 por seu próprio peso. A comutação de modos do modo para realizar o processamento de controle de passo, no processamento de controle de geração de energia, para o modo para realizar o processamento de controle de passo, no processamento de controle de posição de hélice, é realizada com base em uma entrada de operação para a unidade operacional 23 pelo operador.

Em outras palavras, se o operador operar a unidade operacional 23 para estabelecer o processamento de controle de posição de hélice, a informação indicando que o processamento de controle de posição de hélice está estabelecido é enviada para o controlador integrado 40. Quando recebendo a informação, o controlador integrado 40 emite um comando de comutação de modo para o controlador de passo 50. Como resultado, o controlador de passo 50 comuta os modos de processamento do modo para realizar o processamento de controle de passo no processamento de controle de geração de energia para o modo para realizar o processamento de controle de passo no processamento de controle de posição de hélice.

Se cada pá 13b é fixada ao cubo 13a pode ser determinado com base em uma saída de um sensor de detecção de pá, que é arranjado no cubo 13a e que detecta a presença de cada pá 13b, por exemplo. A configuração do gerador de energia eólica 1, de acordo com a primeira forma de realização, será agora descrita mais especificamente com referência aos desenhos. A FIG. 6 é um diagrama de blocos da configuração do gerador de energia eólica 1 de acordo com a primeira forma de realização.

Como ilustrado na FIG. 6, o gerador de energia eólica 1 inclui a unidade de geração de energia eólica 10, o dispositivo conversor de energia 20, o controlador integrado 40 e o controlador de passo 50. A unidade de geração de energia eólica 10 inclui ainda um detector de vento 18, além do catavento 14, o gerador 15 e o detector de posição 16. O detector de vento 18 detecta a velocidade do vento em tomo do catavento 14 e emite a velocidade do vento assim detectada para o controlador integrado 40 como um valor de detecção de velocidade do vento. O dispositivo conversor de energia 20 inclui um detector de corrente de gerador 19, a unidade de conversão de energia 21, o controlador de conversão 22 e a unidade operacional 23. O controlador de conversão 22 é operado por energia elétrica gerada pelo gerador 15 da unidade de geração de energia eólica 10. Se nenhuma energia elétrica puder ser provida pelo gerador 15, o controlador de conversão 22 pode ser operado por energia elétrica suprida por um suprimento de energia ininterrupto (UPS), que não é ilustrado. O detector de corrente de gerador 19 detecta uma corrente elétrica fluindo entre a unidade de conversão de energia 21 e o gerador 15 e envia um valor instantâneo da corrente elétrica assim detectada para o controlador de conversão 22 como um valor de detecção de corrente de gerador. Um sensor de corrente, que detecta uma corrente elétrica utilizando um elemento de Hall, servindo como um elemento conversor magneto-elétrico, pode ser usado como o detector de corrente de gerador 19, por exemplo. A unidade de conversão de energia 21 realiza conversão de energia entre o gerador 15 e o sistema de energia elétrica 30 bidirecionalmente. Uma configuração exemplar da unidade de conversão de energia 21 será agora descrita com referência à FIG. 7. A FIG. 7 é um diagrama de blocos de uma configuração exemplar da unidade de conversão de energia 21.

Como ilustrado na FIG. 7, a unidade de conversão de energia 21 inclui uma pluralidade de comutadores bidirecionais SW1 para SW9, que conecta cada fase (fase U, fase V e fase W) do gerador 15 e cada fase (fase R, fase S e fase T) do sistema de energia elétrica 30. Embora o detector de corrente de gerador 19 seja disposto entre cada fase do gerador 15 e a unidade de conversão de energia 21, o detector de corrente de gerador 19 não é ilustrado na FIG. 7 para conveniência de explicação.

Os comutadores bidirecionais SW1 a SW9 são formados de dois elementos obtidos conectando-se elementos de comutação unidirecionais em paralelo em direções opostas entre si, por exemplo. Um comutador semicondutor, tal como um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), é usado como o elemento de comutação, por exemplo. Introduzindo-se um sinal na porta do comutador semicondutor para ligar/desligar o comutador semicondutor, a direção de condução é controlada.

Os comutadores bidirecionais SW1 a SW3 são comutadores bidirecionais que conectam a fase U, a fase V e a fase W do gerador 15 na fase R do sistema de energia elétrica 30. Os comutadores bidirecionais SW4 a SW6 são comutadores bidirecionais que conectam a fase U, a fase V e a fase W do gerador 15 a faz S do sistema de energia elétrica 30. Os comutadores bidirecionais SW7 a SW9 são comutadores bidirecionais que conectam a fase U, a fase V e a fase W do gerador 15 à fase T do sistema de energia elétrica 30. Com o controle de modulação de largura de pulso (PWM) realizado nos comutadores bidirecionais SW1 a SW9 por uma unidade de geração de sinal de controle 66, que será descrita mais tarde, a energia elétrica é convertida entre o gerador 15 e o sistema de energia elétrica 30. A configuração da unidade de conversão de energia 21 não é limitada à configuração ilustrada na FIG. 7. A unidade de conversão de energia 21 pode ser um conversor de matriz de multiníveis conectado em série, em que os conversores de matriz de fase única são conectados em série para cada fase, por exemplo. A explicação foi feita do caso em que a unidade de conversão de energia 21 é um conversor de matriz que realiza apenas conversão de energia bidirecional, por exemplo. Altemativamente, a unidade de conversão de energia 21 pode incluir um conversor de matriz que realiza conversão de energia do gerador 15 para o sistema de energia elétrica 30 e um conversor de matriz que realiza conversão de energia do sistema de energia elétrica 30 para o gerador 15.

Além disso, foi feita explicação do caso em que a unidade de conversão de energia 21 é um conversor de matriz, por exemplo. Entretanto, a unidade de conversão de energia 21 não é limitada a uma unidade de conversão de energia que realiza conversão direta AC-AC, tal como um conversor de matriz, e pode ser uma unidade de conversão de energia que realiza conversão AC-DC-AC.

Com referência de volta à FIG. 6, a configuração do controlador de conversão 22 será agora descrita. O controlador de conversão 22 inclui uma unidade geradora de comando de torque 61, uma unidade de geração de comando de voltagem 62, uma unidade de detecção de voltagem do sistema 63, uma unidade de geração de fase de voltagem 65, a unidade de geração de sinal de controle 66 e uma unidade aritmética de velocidade 67. A unidade aritmética de velocidade 67 adquire a posição rotacional da hélice 13 do detector de posição 16 via o controlador integrado 40 e calcula a velocidade rotacional do gerador 15 da posição rotacional da hélice 13, assim adquirida.

Se o eixo 17 for conectado ao gerador 15 sem engrenagem de aumento de velocidade, que aumenta a rotação do eixo 17 e emite a rotação do gerador 15 interposto entre eles, a velocidade rotacional da geração de energia 15 é idêntica à velocidade rotacional do eixo 17. Portanto, calculando-se a velocidade rotacional do eixo 17 pela informação da posição rotacional da hélice 13, a unidade aritmética de velocidade 67 pode derivar da velocidade rotacional do gerador 15.

Por contraste, se o eixo 17 for conectado ao gerador 15 com uma engrenagem de aumento de velocidade interposta entre eles, a unidade aritmética de velocidade 67 calcula a velocidade rotacional do eixo 17 pela informação da posição rotacional da hélice 13 e multiplica o resultado aritmético por um coeficiente em proporção com uma relação de aumento de velocidade da engrenagem de aumento de velocidade. Assim, a unidade aritmética de velocidade 67 pode derivar da velocidade rotacional do gerador 15.

Como descrito acima, no gerador de energia eólica 1 acordo com a primeira forma de realização, a unidade aritmética de velocidade 67 emprega a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16 para calcular a velocidade rotacional do gerador 15. Portanto, de acordo com o gerador de energia eólica 1, acordo com a primeira forma de realização, a velocidade rotacional do gerador 15 pode ser derivada sem prover um detector de velocidade que detecte a velocidade rotacional do gerador 15 separadamente.

No gerador de energia eólica 1 acordo com a primeira forma de realização, a unidade aritmética de velocidade 67 calcula a velocidade rotacional do gerador 15. Altemativamente, o controlador integrado 40 pode calcular a velocidade rotacional do gerador 15. A velocidade rotacional do gerador 15 é introduzida na unidade geradora de comando de torque 61 e num controlador de posição 69. A unidade geradora de comando de torque 61 gera um comando de torque para determinar o torque rotativo do gerador 15 e emite o comando de torque. A configuração da unidade geradora de comando de torque 61 será agora descrita com referência à FIG. 8. A FIG. 8 é um diagrama de blocos da configuração da unidade geradora de comando de torque 61.

Como ilustrado na FIG. 8, a unidade geradora de comando de torque 61 inclui uma primeira unidade de subtração 61a, uma unidade de conversão de comando de velocidade angular 61b, uma segunda unidade de subtração 61c e uma unidade de conversão de comando de torque 61 d. A primeira unidade de subtração 61a recebe um comando de posição angular transmitido do lado externo e a posição rotacional do gerador 15 transmitida pelo controlador integrado 40. A posição rotacional do gerador 15 é calculada pelo controlador integrado 40 com base na posição rotacional da hélice 13. A primeira unidade de subtração 61a subtrai a posição rotacional do gerador 15 do comando de posição angular e emite o comando de posição angular para a unidade de conversão de comando de velocidade angular 61b.

Em outras palavras, a primeira unidade de subtração 61a compara uma posição angular alvo especificada pelo comando de posição angular com posição rotacional presente do gerador 15 e emite a diferença entre a posição angular alvo e a posição rotacional presente do gerador 15 para a unidade de conversão de comando de velocidade angular 61b, como um sinal de diferencial de posição. A unidade de conversão de comando de velocidade angular 61b diferencia o sinal diferencial de posição adquirido da primeira unidade de subtração 61a para gerar um comando de velocidade angular e emite o comando de velocidade angular assim gerado para a segunda unidade de subtração 61c. A segunda unidade de subtração 61c recebe o comando de velocidade angular transmitido pela unidade de conversão de comando de velocidade angular 61b e a velocidade rotacional do gerador 15, transmitida pela unidade aritmética de velocidade 67. A segunda unidade de subtração 61c subtrai a velocidade rotacional do comando de velocidade angular e emite o comando de velocidade angular para a unidade de conversão de comando de torque 61 d. Em outras palavras, a segunda unidade de subtração 61c compara uma velocidade angular alvo especificada pelo comando de velocidade angular com a presente velocidade rotacional do gerador 15 e emite a diferença entre elas para a unidade de conversão de comando de torque 61 d, como um sinal diferencial de velocidade. A unidade de conversão de comando de torque 61 d então emprega o sinal diferencial de velocidade adquirido da segunda unidade de subtração 61c para gerar um comando de torque e emite o comando de torque para a unidade de geração de comando de voltagem 62, via um comutador 70.

Como descrito acima, realizando o controle de realimentação usando a posição rotacional e a velocidade rotacional do gerador 15 derivadas da posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, a unidade geradora de comando de torque pode emitir um comando de torque mais preciso.

Com referência de volta à FIG. 6, a unidade de geração de comando de voltagem 62 será agora descrita. A unidade de geração de comando de voltagem 62 gera um comando de voltagem para o gerador 15, de acordo com o comando de torque assim recebido e emite o comando de voltagem para a unidade de geração de sinal de controle 66. Quando adquirindo um comando de torque da unidade geradora de comando de torque 61, por exemplo, a unidade de geração de comando de voltagem 62 gera um comando de voltagem no comando de torque e emite o comando de voltagem para a unidade de geração de sinal de controle 66. Neste caso, como um método exemplar, a unidade de geração de comando de voltagem 62 adquire um valor de detecção de corrente de gerador 19, a fim de gerar o comando de voltagem e extrai um componente de corrente de torque, contribuindo para geração de torque do valor de detecção de corrente de gerador. A unidade de geração de comando de voltagem 62 gera o comando de voltagem com base nos desvio entre o componente de corrente de torque assim extraído e o comando de torque adquirido da unidade geradora de comando de torque 61. A unidade de detecção de voltagem do sistema 63 monitora um ponto de conexão entre a unidade de conversão de energia 21 e o sistema de energia elétrica 30, para detectar a voltagem do sistema de energia elétrica 30 e emite um valor instantâneo da voltagem assim detectada para a unidade de geração de fase de voltagem 65 e a unidade de geração de sinal de controle 66, como um valor de detecção de voltagem de sistema. A unidade de geração de fase de voltagem 65 gera informação sobre as fases de voltagem do sistema de energia elétrica 30 dos valores de voltagem das três fases do sistema de energia elétrica 30 e emite a informação para a unidade de geração de sinal de controle 66. A unidade de geração de sinal de controle 66 gera um sinal de controle de um padrão de pulso PWM para fazer com que a unidade de conversão de energia 21 realiza conversão de energia e emite o sinal de controle assim gerado para a unidade de conversão de energia 21. A unidade de geração de sinal de controle 66 gera um sinal de controle baseado no comando de voltagem adquirido da unidade de geração de comando de voltagem 62, no valor de detecção de voltagem de sistema adquirido da unidade de detecção de voltagem do sistema 63 e na informação sobre as fases de voltagem adquiridas da unidade de geração de fase de voltagem 65.

Com base no sinal de controle do padrão de pulso PWM emitido pela unidade de geração de sinal de controle 66, a unidade de conversão de energia 21 liga/desliga os comutadores bidirecionais SW1 a SW9 (reportar-se à FIG. 7), para realizar conversão de energia. Diretamente comutando voltagens para serem introduzidas com os comutadores bidirecionais SW1 a SW9, a unidade de conversão de energia 21 realiza controle no gerador 15 e no sistema de energia elétrica 30 individualmente. Como resultado, a unidade de conversão de energia 21 pode converter energia elétrica gerada pelo gerador 15 de acordo como valor de voltagem e a frequência do sistema de energia elétrica 30 e pode emitir a energia elétrica.

Como descrito acima, o controlador de conversão 22 gera um comando de torque com base na velocidade rotacional do gerador 15, derivada da posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16. O controlador de conversão 22 controla a unidade de conversão de energia 21 de acordo com o comando de torque para controlar a geração de energia realizada pelo gerador 15. Em outras palavras, no gerador de energia eólica 1 de acordo com a primeira forma de realização, a posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, pode também ser usada para o processamento de controle de geração de energia. O controlador de conversão 22 inclui ainda uma unidade de controle de passo 68, o controlador de posição 69 e o comutador 70. O controlador de conversão 22 utiliza estas unidades de processamento para realizar o processamento de controle de posição de hélice. A unidade de controle de passo 68 armazena uma pluralidade de informações de um comando de posição que especifica a posição alvo em uma unidade de armazenagem interna. A unidade de comando de posição 68 lê um comando de posição correspondendo à posição rotacional da hélice 13, especificada pela unidade operacional 23, da unidade de armazenagem interna e emite o comando de posição para o controlador de posição 69. O comando de posição armazenado na unidade de comando de posição 68 é informação indicando que a posição do cubo 13a mais adequada para fixação ou remoção de cada pá 13b é a posição alvo. Altemativamente, introduzindo-se a posição alvo diretamente na unidade operacional 23, a hélice 13 pode ser parada em uma posição rotacional arbitrária, além de na posição rotacional mais adequada para fixação ou remoção da pá 13b.

Uma suposição é feita de que a posição rotacional do cubo 13a em grau 0 é a posição adequada para remoção da pá 13bl e que a posição rotacional do cubo 13a a 120 graus é a posição adequada para remoção da pá 13b2, por exemplo. Além disso, uma suposição é feita de que a posição rotacional do cubo 13a a 240 graus é a posição adequada para remoção da pá 13b3, por exemplo.

Neste caso, a unidade de controle de passo 68 armazena cada um dos comandos de posição indicando que a posição rotacional do cubo 13a a 0 grau, a posição rotacional do cubo 13a a 120 graus ou a posição rotacional do cubo 13a a 240 graus é a posição alvo na unidade de armazenagem interna. Se a unidade operacional 23 especificar a pá 13b2, por exemplo, a unidade de controle de passo 68 lê o comando de posição indicando que a posição rotacional do cubo 13a a 120 graus é a posição alvo da unidade de armazenagem interna, e emite o comando de posição para o controlador de passo 69. A unidade de controle de passo 68 pode gerar um comando de posição correspondendo à posição rotacional do cubo 13a especificado pela unidade operacional 23 e pode emitir o comando de posição para o controlador de passo 69. Além disso, a unidade de comando de posição 68 pode armazenar os comandos de posição, indicando que cada posição rotacional do cubo 13a de igual a ou maior do que 0 grau a menor do que 360 graus (p. ex., a posição rotacional a cada 1 grau) é a posição alvo na unidade de armazenagem interna, por exemplo. Neste caso, se a unidade operacional 23 especificar a posição rotacional do cubo 13 a, a unidade de controle de passo 68 lê um comando de posição indicando que a posição rotacional assim especificada é a posição alvo da unidade de armazenagem interna e emite comando de posição para o controlador de posição 69.

Além disso, se a unidade operacional 23 especificar a posição rotacional do cubo 13a, a unidade de controle de passo 68 emite um sinal de comutação para o comutador 70. Com o sinal de comutação, o comutador 70 comuta os comandos de torque para serem introduzidos na unidade de geração de comando de voltagem 62 pelo comando de torque transmitido pela unidade geradora de comando de torque 61 para o comando de torque transmitido pelo controlador de posição 69.

Especificamente, o controlador de posição 69 subtrai um valor de detecção de posição do comando de posição para gerar um sinal diferencial de posição. Controlador de posição 69 então realiza amplificação integral-proporcional (PI) no sinal diferencial de posição assim gerado, desse modo convertendo o sinal diferencial de posição em um sinal de velocidade. Subsequentemente, o controlador de posição 69 subtrai um valor de detecção de velocidade do sinal de velocidade para gerar um sinal diferencial de velocidade. O controlador de posição 69 então realiza amplificação PI no sinal diferencial de velocidade assim gerado, desse modo convertendo o sinal diferencial de velocidade em um comando de torque. O controlador de posição 69 então envia o comando de torque para o comutador 70. O comando de torque enviado pelo controlador de posição 69 é recebido pelo comutador 70 e é enviado para a unidade de geração de comando de voltagem 62 pelo comutador 70. A unidade de geração de comando de voltagem 62 emite um comando de voltagem correspondendo ao comando de torque recebido do controlador de posição 69 para a unidade de geração de sinal de controle 66. Como resultado, a conversão de energia do sistema de energia elétrica 30 para o gerador 15 é realizada, por meio do que a hélice 13 move-se para a posição alvo especificada pela unidade operacional 23 e para na posição alvo.

Como descrito acima, o dispositivo de conversão de energia 20 emprega a unidade de controle de passo 68 e o controlador de posição 69 para realizar o processamento de controle de posição de hélice. Em outras palavras, o controlador de conversão 22 controla a unidade de conversão de energia 21 a fim de controlar a posição rotacional da hélice 13 utilizando o gerador 15 como um motor elétrico, desse modo localizando a pá 13b na posição de fixação ou na posição de remoção sem utilizar um guindaste nem um sistema hidráulico, por exemplo. Como resultado, a hélice 13 é parada para facilitar a fixação e remoção da pá 13b, por meio do que é possível melhorar a trabalhabilidade de uma operação de instalação e uma operação de manutenção para a unidade de geração de energia eólica 10.

Após a posição rotacional da hélice 13 alcançar a posição alvo, o controlador de posição 65 continua a fazer com que a unidade de geração de sinal de controle 66 emita um sinal de controle com base na posição rotacional da hélice 13 e na posição alvo para a unidade de conversão de energia 21. Esta operação pode manter a posição rotacional da hélice 13 ainda na posição alvo após a posição rotacional da hélice 13 alcançar a posição alvo.

Como descrito acima, na primeira forma de realização, o gerador de energia eólica 1 inclui a hélice 13, o detector de posição 16 e o controlador de passo 50. A hélice 13 inclui as pás 13b, cujo ângulo de passo é trocável, e é girada pelo vento (um exemplo de um fluido). O detector de posição 16 detecta a posição rotacional da hélice 13. O controlador de passo 50 realiza controlador de passo para mudar o ângulo de passo, dependendo da posição de cada uma das pás 13b especificadas pela posição rotacional da hélice. Portanto, acordo com a primeira forma de realização, é possível mudar o ângulo de passo de cada uma das pás 13b individualmente, dependendo da posição de cada uma das pás 13b. A velocidade rotacional da hélice 13 usualmente flutua ligeiramente atrás da flutuação na velocidade do vento. Se a velocidade do vento aumentar, por exemplo, a velocidade rotacional da hélice 13 aumenta ligeiramente atrás da flutuação na velocidade do vento. Para lidar com isto, o controlador de passo 50 pode predizer uma mudança na velocidade rotacional da hélice 13, com base na velocidade do vento detectada pelo detector de vento 18 e pode corrigir o processamento de controle de passo com base no resultado da predição. O controlador de passo 50, por exemplo, adquire um valor de detecção de velocidade do vento do detector de vento 18 via o controlador integrado 40. O controlador de passo 50 inclui a unidade de armazenagem, que não é ilustrada, e armazena nela um valor de detecção de velocidade do vento, adquirido anteriormente. O controlador de passo 50 então compara um valor de detecção de velocidade do vento recentemente adquirido com o valor de detecção de velocidade do vento armazenado na unidade de armazenagem. Se o valor de detecção de velocidade do vento recentemente adquirido for maior do que o valor de detecção de velocidade do vento armazenado na unidade de armazenagem, o controlador de passo 50 determina que a velocidade rotacional da hélice 13 vai aumentar. Se for determinado que a velocidade rotacional da hélice 13 vai aumentar, o controlador de passo 50 faz o ângulo de passo de cada uma das pás 13b maior em geral. Esta operação pode evitar sobrerrotação da hélice 13.

Ao contrário, se o valor de detecção de velocidade do vento recentemente adquirido for menor do que o valor de detecção de velocidade do vento armazenado na unidade de armazenagem, o controlador de passo 50 determina que a velocidade rotacional da hélice 13 vai diminuir. Se for determinado que a velocidade rotacional ou a hélice 13 vai diminuir, o controlador de passo 50 faz o ângulo de passo de cada uma das pás 13b menor em geral. Esta operação pode evitar escassez de geração de energia devido à sub-rotação da hélice 13.

Como descrito acima, o controlador de passo 50 pode predizer uma mudança na velocidade rotacional da hélice 13, com base na velocidade do vento detectada pelo detector de vento 18, e pode corrigir o processamento de controle de passo com base no resultado da predição.

Na primeira forma de realização, foi dada explicação do gerador de energia eólica incluir a unidade de geração de energia eólica 10 e o dispositivo conversor de energia 20. Em uma segunda forma de realização, será dada uma explicação de um parque eólico em que uma pluralidade de geradores de energia eólica é disposta. A FIG. 9 é um esquemático de uma configuração de um parque eólico de acordo com a segunda forma de realização. O parque eólico de acordo com a segunda forma de realização é um exemplo do sistema de geração de energia descrito no presente pedido.

Como ilustrado na FIG. 9, um parque eólico 100 de acordo com a segunda forma de realização inclui uma pluralidade de geradores de energia eólica 110 e cada um dos geradores de energia eólica 110 é conectado a uma linha de transmissão de energia 140. Cada um dos geradores de energia eólica 110 inclui uma unidade de geração de energia eólica 120 e um dispositivo conversor de energia 130.

Cada um dos geradores de energia eólica 110 tem a mesma configuração que aquela do gerador de energia eólica 1, de acordo com a primeira forma de realização. Em outras palavras, o gerador de energia eólica 120 tem a mesma configuração que aquela da unidade de geração de energia eólica 10 e o dispositivo conversor de energia 130 tem a mesma configuração que aquela do dispositivo conversor de energia 20. A saída de voltagem pelo dispositivo conversor de energia 130 para a linha de transmissão de energia 140 conforma-se com a voltagem de um sistema de energia elétrica. Em outras palavras, um conversor de matriz é usado como a unidade de conversão de energia no dispositivo conversor de energia 130, por exemplo. Além disso, um transformador, tendo uma relação de transformação em que a voltagem nominal primária é idêntica à voltagem do sistema de energia elétrica, é usado como um transformador incluído no conversor de matriz, por exemplo. Esta configuração permite que o dispositivo conversor de energia 130 seja conectado à linha de transmissão de energia 130, a ser conectada à linha de transmissão de energia 140 diretamente.

Portanto, se um conversor de matriz for usado como a unidade de conversão de energia do dispositivo conversor de energia 130, nenhum transformador necessita ser provido separadamente. Como resultado, é possível conseguir-se a simplificação e economizar espaço da configuração.

Provendo-se uma pluralidade de derivações no enrolamento primário do transformador incluído no conversor de matriz, selecionando-se uma derivação conformando-se com a voltagem do sistema de energia elétrica, e conectando-se a derivação com a linha de transmissão de energia 140, é possível conectar o dispositivo conversor de energia 130 a um sistema de energia elétrica tendo diferente voltagem, enquanto conseguindo-se simplificação e economia de espaço da configuração.

Além disso, em razão de a posição rotacional de um catavento ser controlada operando-se um gerador da unidade de geração de energia eólica 120 como um motor elétrico, a fixação e remoção das pás podem ser facilitados. Como resultado, é possível realizar os trabalhos de construção do inteiro parque eólico 100 mais eficientemente e encurtar o tempo de construção.

Nas formas de realização, a explicação foi feita do exemplo em que o gerador de energia descrito no presente pedido é aplicado ao gerador de energia eólica. Entretanto, o gerador de energia descrito no presente pedido pode ser aplicado a um gerador de energia tipo-hélice que não o gerador de energia eólica, tal como um gerador de energia de maré, que gera energia girando uma hélice com uma corrente oceânica.

Nas formas de realização, o controlador de conversão 22 controla a unidade de conversão de energia 21a fim de utilizar o gerador 15 como um motor elétrico e controlar a posição rotacional da hélice 13, desse modo realizando o processamento de controle de posição de hélice. O processamento de controle de posição de hélice, entretanto, não é limitado ao caso em que o gerador 15 é usado como um motor elétrico. O controlador de conversão 22, por exemplo, pode controlar um dispositivo de frenagem (não ilustrado) provido em um eixo de saída do gerador 15, com base na posição rotacional da hélice 13, detectada pelo detector de posição 16, desse modo fazendo com que a posição rotacional da hélice 13 coincida com uma posição determinada para cada lâmina 13b, como uma posição de fixação ou uma posição de remoção da pá 13b.

Nas formas de realização, foi dada explicação do exemplo em que o controlador de passo 50 é provido separadamente do controlador integrado 40. Altemativamente, o controlador de passo 50 pode ser configurado integralmente com o controlador integrado 40.

Claims

1. Gerador de energia, caracterizado pelo fato de compreender: uma hélice que compreende uma pluralidade de pás, cujo ângulo de passo é trocável e que é girado por um fluido; um detector de posição que detecta uma posição rotacional da hélice; e um controlador de passo que realiza processamento de controle de passo para mudar o ângulo de passo, dependendo da posição de cada uma das pás especificadas pela posição rotacional da hélice.

2. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: um controlador de posição que realiza processamento de controle de posição para controlar a posição rotacional da hélice para localizar uma única pá entre as pás em uma posição de fixação predeterminada ou uma posição de remoção predeterminada, em que quando o controlador de posição realizar o processamento de controle de posição, o controlador de passo muda o ângulo de passo da única pá para um ângulo de passo correspondendo à posição de fixação ou à posição de remoção.

3. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: uma unidade de aquisição de posição rotacional que adquire a posição rotacional da hélice do detector de posição, em que a unidade de aquisição de posição rotacional envia a posição rotacional da hélice adquirida do detector de posição para tanto o controlador de passo como o controlador de posição.

4. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: um gerador que realiza geração de energia por rotação da hélice; e uma unidade de conversão de energia que converte energia elétrica gerada pelo gerador e supre a energia elétrica convertida para um sistema de energia elétrica, em que o controlador de posição controla a unidade de conversão de energia a fim de controlar a posição rotacional da hélice utilizando o gerador como um motor elétrico para localizar uma única pá entre as pás na posição de fixação ou na posição de remoção.

5. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o controlador de posição realizar o processamento de controle de posição com base na posição rotacional da hélice, detectada pelo detector de posição, e realizar processamento de controle de geração de energia para controlar a unidade de conversão de energia para controlar a geração de energia realizada pelo gerador, com base em uma velocidade rotacional do gerador, derivada da posição rotacional da hélice, detectada pelo detector de posição.

6. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o controlador de passo fazer com que, realizando o processamento de controle de passo, a pá localizada em uma posição inferior tenha uma área maior para capturar o fluido.

7. Gerador de energia de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: um detector de fluido que detecta a velocidade do fluido em tomo da hélice, em que o controlador de passo prediz a mudança em uma velocidade rotacional da hélice, com base em uma velocidade de fluido detectada pelo detector de fluido, e corrige o processamento de controle de passo com base em um resultado de predição.

8. Sistema gerador de energia, caracterizado pelo fato de compreender: uma pluralidade de geradores de energia, em que cada um dos geradores de energia compreende: uma hélice que compreende uma pluralidade de pás, cujo ângulo de passo é trocável, e que é girada por um fluido; um detector de posição que detecta uma posição rotacional da hélice; e um controlador de passo que realiza processamento de controle de passo para mudar o ângulo de passo, dependendo da posição de cada uma das pás especificadas pela posição rotacional da hélice.