CN101542116A - 风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过监视与风速计的测量值相关的异常的有无，从而能够更进一步准确地实施切断控制的风力发电装置。该风力发电装置在设置在支柱上的气流罩(3)具备：主轴，其与安装有风车叶片(5)的转子头(4)连结并与该转子头(4)一体旋转；加速器(10)，其将该主轴的旋转加速并输出；发电机(11)，其由该加速器(10)的输出驱动；控制部(20)，其当风速计的测量值在规定值以上的强风时实施切断控制，其中，在由风车叶片(5)的叶片倾角和发电机(11)的输出的关系所得的推断风速值和风速计(7)的测量值之间产生了规定值以上的差时，控制部(20)判断为风速计异常。
Description
技术领域
本发明涉及使用将自然能的风力转换为旋转力的风车来发电的风力发电装置。
背景技术
以往，已知一种利用作为自然能的风力来发电的风力发电装置。这种风力发电装置在设置在支柱上的气流罩(nacelle)上设有：安装有风车叶片的转子头、以与该转子头一体旋转的方式连结的主轴、将承受风力而旋转的主轴连结于风车叶片的加速器、由加速器的轴输出驱动的发电机。在这样构成的风力发电装置中，具备将风力转换为旋转力的风车叶片的转子头和主轴通过旋转来产生轴输出，经由连结于主轴的加速器而将转速加速了的轴输出传递给发电机。因此，以将风力转换为旋转力得到的轴输出为发电机的驱动源，能够进行利用了风力作为发电机的动力的发电。
在上述的以往风力发电装置中，根据利用风速计测量到的风速值的信号自动控制起动及停止。
特别是，当上述风速值在规定值以上的强风时，为了保护装置而进行切断控制，即通过使风车叶片的倾角变化来停止发电。(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-84527号公报
但是，为了准确进行上述切断控制，则风速计的测量值变得极为重要。也就是说，当风速计发生了任何异常情况时，由于实际的风速与风速计的测量值间存在较大的误差，所以无法实施准确的切断控制。
这里，如果说明与风速计的异常相关的具体例，则例如存在当在寒冷地方的大雪地带设置风力发电装置时，风速计的风速检测部分等因结冰而输出比实际的风速低的测量值。测量值的这种误差意味着对实施切断控制所需的强风评价过低，因此并不优选。
基于这样的背景，优选通过设置监视与风速计的测量值相关的异常的有无的机构，从而更进一步地准确实施切断控制。
发明内容
本发明鉴于上述的情况而做成的，其目的在于，提供一种通过对与风速计的测量值相关的异常的有无进行监视，从而能够更进一步准确地实施切断控制的风力发电装置。
本发明为了解决上述问题而采用了以下的机构。
本发明的风力发电装置，设置在支柱上的气流罩具备：主轴，其与安装有风车叶片的转子头连结并与该转子头一体旋转；加速器，其将该主轴的旋转加速并输出；发电机，其由该加速器的输出驱动；控制部，其当风速计的测量值在规定值以上的强风时实施切断控制，其中，
上述控制部构成为：在由上述风车叶片的叶片倾角(翼ピツチ角度)及上述发电机的输出的关系所得的推断风速值和上述风速计的测量值之间产生了规定值以上的差时，判断为风速计异常。
根据本发明这样的风力发电装置，在由风车叶片的叶片倾角及发电机的输出的关系所得到的推断风速值和风速计的测量值之间产生了规定值以上的差时，控制部判断为风速计异常，因此，能够可靠地检测风速计的异常。
在上述本发明中，优选在判断上述风速计异常时，上述控制部使用外部气温的检测值。由此，能够可靠地检测起因于较低外部气温时产生的对风速计的结冰引起的风速计异常。
在上述本发明中，优选在判断为上述风速计异常后，上述控制部实施切断控制。由此，能够可靠地实施风力发电装置的切断控制。
根据上述本发明的风力发电装置，通过可靠地检测与实施切断控制的风速计的测量值相关的异常，特别是，即使在因结冰等而导致输出比实际的风速值小的测量值的那样的风速计异常时，也能够可靠地实施切断控制来保护风力发电装置以避免强风。
附图说明
图1是表示本发明涉及的风力发电装置的一实施方式的主要部分的方框图。
图2是表示风力发电装置的整体结构例的图。
图3是表示图1的控制部中的风速计的异常判断的流程图。
图4是表示每个叶片倾角显示的风扇V与发电机输出W的关系的风车叶片的特性的曲线图。
图5是表示图3的变形例的流程图。
附图标号说明：
1风力发电装置
2支柱
3气流罩
4转子头
5风车叶片
7风速计
11发电机
12外部气温传感器
20控制部
30可变螺距机构
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明涉及的风力发电装置的一实施方式。
如图2所示，风力发电装置1具有：以竖立状态设置在基座6上的支柱2；设置于支柱2的上端的气流罩3；能够围绕大致水平的轴线旋转而设于气流罩3的转子头4。
在转子头4上围绕其旋转轴线呈放射状地安装有多个风车叶片5。其结果是，从转子头4的旋转轴线方向与风车叶片5接触的风的力，能够转换为使转子头4围绕旋转轴线旋转的动力。
在气流罩3的外周面的适当部位(例如上部等)设置有测量周边的风速值的风速计7、测量风向的风向计8及避雷针9。
在气流罩3的内部设置有经由与转子头4同轴的加速器10而被连结的发电机11。即，利用加速器10将转子头4的旋转加速来驱动发电机11，从而能够由发电机11获得发电机输出W。
如图1所示，在风力发电装置1的适当位置设有用于进行各种运转控制的控制部20。该控制部20的控制包括：基于风速计7的测量值而实施的发电的起动及停止；当风速计7的测量值在规定值以上的强风时实施的切断控制。
向控制部20输入的信号包括：利用风速计7测量到的风速V的输出信号；检测到由发电机11发电的发电机输出W的输出信号；利用设置于适当位置的外部气温传感器12测量到的外部气温T的输出信号。
并且，控制部20以可控制可变螺距机构30的方式与其连接。该可变螺距机构30是根据风速等各种条件来使风车叶片5的倾角适当变化的机构。另外，该可变螺距机构30在接收到当强风时控制部20输出的切断信号21后，也能够实施切断控制的动作，上述切断控制通过使风车叶片5的倾角变化而使转子头4停止旋转。
在风速计7的测量值、即风速V在规定值Vc以上的强风时，上述控制部20实施切断控制，并且在由风车叶片5的叶片倾角和发电机11的输出W的关系所得的推断风速值Va和作为风速计7的测量值的风速V之间产生了规定值ΔV以上的差时，上述控制部判断风速计异常。
下面，基于图3的流程图具体说明控制部20中的风速计异常的判断过程。
在最初的步骤S1中，风力发电装置1运转而进行发电。在这样的发电中，在步骤S2中，通过利用风速计7测量风速V并将其输入控制部2，从而始终监视风速V。
与步骤S2的风速监视的同时，在步骤S3中，测量发电机11的发电机输出W并将其输入控制部20。该发电机输出W使用于使风车叶片5的倾角α变化的可变螺距机构30的控制。即，可变螺距机构30根据发电机输出W的测量值，而使风车叶片5的倾角α变化为最佳值。
步骤S3中所得到的发电机输出W和倾角α，使用于在接下来的步骤S4中的推断风速Va的计算。该推断风速Va例如可以根据图4所示的曲线图而计算出。该曲线图是将纵轴作为发电机输出W，横轴作为风速V来表示风车叶片5的特性的图，即利用风速V所得到的发电机输出W按每个叶片倾角α加以表示。从而，如果可知该发电机输出W及倾角α，则可以倒算出风速V。因此，将由该发电机输出W及倾角α倒算所得的风速定义为推断风速Va。即，在发电机输出W和倾角α的基础上，只要风速计7正常，则由风速计7测量到的风速V和推断风速Va大致一致。这里，风车叶片5的特性决定意味着风车能够运转的上限风速的切断风速值Vc。
于是，在接下来的步骤S5中，计算出风速V与推断风速值Va的差，判断其绝对值是否在规定值ΔV以上(|V-Va|≥ΔV)。其结果是，当风速V和推断风速值Va之差的绝对值在ΔV以上时(“YES”的情况下)，进入接下来的步骤S6，判断为风速计7发生了某些异常。即，在由风速计7输入的风速V的风吹着的运转状况下，实际输入的发电机输出W与在将风力发电装置1的风车叶片5设为倾角α而运转时，从图4的曲线图得到的计算方面的发电机输出不同时，可认为风速计7发生异常而输出不准确的测量值。
当风速计7发生异常仍继续风力发电装置1的运转时，由于担心引起重大的故障，所以进入接下来的步骤S7，输出切断信号。这样，若输出切断信号，则可变螺距机构30发生动作，而使叶片倾角α变化为顺桨(fullfeathering)角度。其结果是，通过避开风的能量，而使转子头4的转速和发电机输出W渐渐降低，最终形成待机(切断的复位等待)状态。
这样，在由叶片倾角α和发电机输出W的关系所得的推断风速值Va与作为风速计7的测量值的风速V之间产生了规定值ΔV以上的差时，控制部20判断为风速计异常，因此，可以准确地检测风速计7的异常情况。
上述控制部20通过使用设置于适当部位的外部气温传感器12测量到的外部气温T，能够识别由于结冰而发生的风速计7的异常。下面，根据图5所示的变形例的流程，具体地说明控制部20判断因结冰所致的风速计7的异常的控制。这里，对与上述图3的流程同样的部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
在该控制中，在上述的步骤S2中的风速V的监视以及在步骤S3中的叶片倾角α的监视的同时，在步骤S11中也通过外部气温传感器12对外部气温T进行监视。
对于步骤S11中得到的外部气温T而言，当在上述步骤S5中判断为风速V及推断风速值Va之差的绝对值在ΔV以上的情况下(“YES”的情况下)，在步骤S12中，判断该外部气温T是否是规定值以下的低温。其结果是，在外部气温T是规定值以下的低温的情况下(“YES”的情况下)，进入接下来的步骤S 13，判断为风速计7处于因结冰所致的异常状态。即，在外部气温T例如处于冰点以下的低温情况下，可以判断为在风速计7上附着雪或冰的结冰而发生了异常的概率较高。换言之，控制部20在判断风速计7的异常时使用外部气温T的检测值，从而能够可靠地检测到由于外部气温低时所发生的对风速计7的结冰而引起的风速计异常。
通过这样的判断，在接下来的步骤S7中，与外部气温T比规定值高的情况(“NO”的情况)同样，输出切断信号。这里，关于步骤S7的切断信号输出后的情况，与上述图3的情况相同。
根据上述本发明的风力发电装置1，能够可靠地检测到与作为实施切断控制的风速计7的测量值的风速V相关的异常。特别是，通过添加外部气温T的条件，即使在由于结冰等而输出比实际的风速值小的测量值(风速V)那样的风速计7的异常时，也可以通过可靠地实施切断控制来保护风力发电装置1以避免强风。即，通过在切断风速以上的强风时可靠地进行切断控制，从而可以降低风力发电装置1中的机械应力。
这里，本发明对上述实施方式并没有限定，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行适当变化。
Claims (3)
1.一种风力发电装置，其设置在支柱上的气流罩具备：
主轴，其与安装有风车叶片的转子头连结并与该转子头一体旋转；
加速器，其将该主轴的旋转加速并输出；
发电机，其由该加速器的输出驱动；
控制部，其当风速计的测量值在规定值以上的强风时实施切断控制，
其中，
所述控制部构成为：
在由所述风车叶片的叶片倾角及所述发电机的输出的关系所得的推断风速值和所述风速计的测量值之间产生了规定值以上的差时，判断为风速计异常。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，
所述控制部构成为：
在判断所述风速计异常时，使用外部气温的检测值。
3.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，
所述控制部构成为：
在判断为所述风速计异常后，实施切断控制。
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