CN102203412B - 风力发电装置及风力发电装置的偏航回转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电装置的偏航回转控制方法，不需要偏航电动机且对低成本化及机舱的小型/轻量化有利。控制部(20)进行如下所述的偏航回转控制：根据从风向检测部(30)得到的风向信息(θw)和从偏航回转位置检测部(40)得到的当前偏航角(θz)之间的偏差，将偏航回转的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)向桨距驱动部(21)输出，并在起动时将风车翼旋转面的前表面向上风方向驱动，该偏航回转控制中包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的过程。

Description

风力发电装置及风力发电装置的偏航回转控制方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，承受风力而进行旋转的主轴驱动发电机进行发电，尤其涉及在风力发电装置中设置于塔架上部的风车发电单元的偏航(YAW)回转及偏航回转控制方法。 

背景技术

风力发电装置为如下所述发电装置：具备风车翼的旋翼头承受风力而进行旋转，将该旋转通过增速机增速等，通过驱动发电机进行发电。另外，具备风车翼的旋翼头与设置于塔架(支柱)的上部的机舱内的增速机及发电机经由主轴而连结，因此为了使旋翼头的朝向与总是变动的风向相一致(使旋翼旋转面与风向正对)，例如在迎风型的风力发电装置中，需要使机舱在塔架上偏航回转(大致水平面上的回转)并从旋翼头正面承受风。 

另外，在以下的说明中，对于都设置于塔架上部且经由主轴连结的旋翼头及机舱，总称两者为风车发电单元。 

在以往的风力发电装置中，例如在翼长较长的大型风车上搭载有偏航驱动装置。该偏航装置为如下所述装置，即例如图10所示，利用偏航电动机50的驱动力使大的机舱3偏航回转，并按照旋翼旋转面追随并正对风向的方式控制偏航回转。另外，图中的标号2为塔架，3为机舱，3a为机舱底板，51为驱动齿轮，52为固定齿轮、53为滚动轴承，54为偏航制动装置，但也可以采用滑动轴承来代替滚动轴承53。 

另一方面，以往的风力发电装置中，例如在翼长的短的小型风车中多见，作为被动偏航，也存在不具有上述的偏航驱动装置的风力发 电装置。 

另外，上述的偏航驱动装置伴随风力发电装置的大型化，偏航电动机及驱动类齿轮等也大型化。这样的偏航驱动装置的大型化增加了对机舱底板的复杂化及维护空间的要求，因此成为妨碍机舱的小型/轻量化的原因。 

因此，提案有如下方案，即，算出用于抵消作用于各风车翼的塔架轴周围的载荷的基准指令值加上偏航旋转控制指令值的角度指令值，并基于该角度指令值设定各风车翼的桨距角度指令值。即，计测各风车翼的载荷并对每一个风车翼控制桨距角度，使用作用于风车翼的空气动力使风车发电单元回转，因此可以实现偏航电动机的小型化及使用频度的降低。(例如，参照专利文献1) 

专利文献1：(日本)特开2008-286156号公报 

如上所述，以往的偏航驱动装置通过使用偏航电动机的驱动力使风车发电单元的朝向追随风向的变化，由此按照旋翼旋转面总是与风向正对的方式进行控制。 

但是，大型化的风力发电装置的偏航驱动装置存在使初期成本及运转成本增加的问题。 

另外，以往的偏航驱动装置被指出存在下述问题，即，需要在风车发电单元的机舱底板确保设置空间并对偏航电动机的设置座面进行机械加工，另外，也需要确保维护空间，因此妨碍机舱的小型/轻量化。 

另一方面，完全没有偏航驱动装置的风力发电装置的情况下，问题在于怎样按照风向而使风车与风向正对。即，没有偏航驱动装置的风力发电装置大都是小型的，因此对短时间的风向变化也敏感地进行 反应并进行偏航回转，因此存在作用于风车整体的各种载荷增大的可能性。 

这样，以往的风力发电装置存在如下所述的问题，即，偏航驱动装置为妨碍上述的成本的降低及机舱小型/轻量化的原因，相反，没有偏航驱动装置时，具有对短时间的风向变化也敏感地进行反应的问题，因此希望开发一种能够消除上述问题的风力发电装置。 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种风力发电装置，其不需要用于通过偏航电动机控制风车发电单元的朝向的偏航驱动装置，且可实现对低成本化及小型/轻量化有利的偏航控制。 

本发明为了解决所述问题而采用如下发明。 

本发明的风力发电装置的偏航回转控制方法具有：取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息的信息取得过程；根据所述方位角信息及所述风向信息之间的偏差，在起动时将所述风车翼旋转面的前表面向上风方向驱动的偏航回转过程，其特征在于，所述偏航回转过程包含对规定的方位角(风车翼的旋转角)下的风车翼桨距角进行控制的桨距角控制过程。 

根据这样的本发明的偏航回转控制方法，由于偏航回转过程包含控制规定的方位角上的风车翼桨距角的桨距角控制过程，因此能够在风力发电装置的起动时，通过使风车翼桨距角度单独地变化，有效利用作用于各风车翼的风力，得到利用空气动力使风车发电单元偏航回转而使风车翼旋转面的前表面朝向上风方向的偏航回转力。该情况下起动时，除了在开始运转处于停止状态的风力发电装置的起动时之外，还包含继续风力发电装置的运转的运转时的状态。 

在所述的发明中，优选的是，所述桨距角控制过程中，以方位角为大致90度及/或大致270度，形成比前后的方位角下的桨距角更靠小桨距侧或顺桨侧的桨距角，由此，能够高效率地得到空气动力产生的偏航回转力。即，能够通过进行如下所述的控制产生空气动力引起的逆时针旋转或顺时针旋转的偏航回转力，该控制为：在方位角大致为90度的位置上使桨距角向小桨距侧变化，并且在方位角大致为270度的位置上使桨距角向顺桨侧变化的桨距角控制；或者在方位角大致为90度的位置上使桨距角向顺桨侧变化，并且在方位角大致为270度的位置上使桨距角向小桨距侧变化的桨距角控制。 

在所述发明中，优选的是，所述桨距角控制过程包含使发电机作为电动机进行旋转的电动回转过程，在该电动回转过程中，以方位角为大致0度及/或大致180度，形成比前后的方位角下的桨距角更靠小桨距侧或顺桨侧的桨距角，由此即使在自然的风力小或没有的情况下，也能够从通过电动回转进行旋转的风车翼得到空气动力产生的偏航回转力。 

在所述发明中，优选的是，所述发电机的转速在达到规定的转速后慢慢降低，由此能够在需要最大的驱动力的偏航回转的开始动作完成后，使转速慢慢降低，并将电动回转所需要的电力限制为最小。 

或者，也可以将电动机转速设为一定，在偏航回转开始时使两个翼的桨距角的差最大。 

在所述发明中，优选的是，所述发电机的转速在达到规定的转速后被保持为大致一定，由此能够将风力产生的偏航回转力作为辅助而利用，并将电动回转所需要的电力限制为最小。 

本发明的风力发电装置的偏航回转控制方法具有：取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息的信息取得过程；根据所述方位角信息 和所述风向信息之间的偏差，在停止时将所述风车翼旋转面的前表面向下风方向驱动的停止时偏航回转过程，其特征在于，所述停止时偏航回转过程包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的停止时桨距角控制过程。 

根据这样的本发明的偏航回转控制方法，由于停止时偏航回转过程包含控制规定的方位角上的风车翼桨距角的停止时桨距角控制过程，因此在风力发电装置的停止时，通过使风车翼桨距角度单独地变化，能够有效利用作用于各风车翼的风力，得到通过空气动力使风车发电单元偏航回转至希望的停止位置的偏航回转力。即，在风力发电装置停止时，风车发电单元追随顺风进行偏航回转，在使风车翼旋转面的前表面朝向下风方向的状态稳定地停止，因此通过实施停止时偏航回转过程，能够使风车发电单元积极地偏航回转至稳定的停止位置。 

在所述发明中，优选的是，所述偏航回转过程及所述停止时偏航回转过程在驱动所述风车翼旋转面时不使用偏航电动机，由此能够实现偏航控制的低成本化及机舱的小型/轻量化。 

本发明的风力发电装置构成为：使具备多个风车翼的风车发电单元被支承为能够相对于塔架进行偏航回转，并根据变动的风向从所述风车发电单元的正面承受风力而进行发电，所述风力发电装置的特征在于，具备：发电机，利用所述风车翼承受的风力进行驱动而发电，并且能够变更为电动机的用途；桨距驱动部，单独地控制所述风车翼的桨距角度；风向检测部，检测变动的风向信息；及控制部，通过权利要求1至7中任一项所述的偏航回转控制方法进行风车翼桨距角控制，对每个所述风车翼计算出桨距角度指令值并向所述桨距驱动部输出，其中所述桨距角度指令值用于利用空气动力产生使所述风车发电单元偏航回转的动力。 

根据这样的本发明的风力发电装置，具备：发电机，利用风车翼 承受的风力进行驱动并发电，并且可进行向电动机的用途变更；桨距驱动部，单独地控制风车翼的桨距角度；风向检测部，检测变动的风向信息；控制部，通过权利要求1至7中任一项所述的偏航回转控制方法进行风车翼桨距角控制，对每个风车翼计算出桨距角度指令值并向桨距驱动部输出，所述桨距角度指令值通过空气动力产生使风车发电单元偏航回转的动力的指令值，因此桨距驱动部能够使各风车翼的桨距角度单独地变化，有效利用作用于各风车翼的风力，利用空气动力产生的回转力使风车发电单元偏航回转。 

在所述发明中，优选的是，所述控制部根据运转状况进行将所述发电机作为电动机使用的电动回转来补充偏航回转力，由此例如从低风速的状态起动的情况等，能够将通过电动回转使风车翼旋转而产生的空气动力作为偏航回转力进行利用。因此，通过电动回转得到的偏航回转力可进行单独的偏航回转，或者补充通过风力产生的空气动力(偏航回转力)的不足量。因此，不需要利用偏航电动机的驱动力进行偏航回转控制的以往的偏航驱动装置。 

该情况下，运转状况的不同是指开始风力发电装置的运转的起动时、运转停止时及运转中的区别、风力的强弱等导致的不同。 

根据所述本发明，即使在风力发电装置的起动时及停止时，也能够有效地利用单独地控制多个风车翼的桨距角度的桨距驱动部，得到空气动力产生的偏航回转力，并根据风向的变化使风车发电单元偏航回转，可实现使风车翼旋转面的前表面朝向上风方向的偏航控制，因此不需要利用偏航电动机来控制风车发电单元的朝向的以往的偏航驱动装置。因此，本发明的风力发电装置能够使风车发电单元的偏航控制低成本化，进而可实现对构成风车发电单元的机舱的小型/轻量化有利的偏航控制。 

附图说明

图1A是表示作为本发明的风力发电装置的一实施方式的、进行风车发电单元的偏航回转控制的偏航回转机构(没有电动回转)的方框图； 

图1B是表示作为本发明的风力发电装置的其他实施方式的，进行风车发电单元的偏航回转控制的偏航回转机构(有电动回转)的方框图； 

图2A是表示图1A所示的控制部中实施的偏航回转控制例的流程图； 

图2B是表示图1B所示的控制部中实施的偏航回转控制例的流程图； 

图3是表示本发明的风力发电装置的整体构成例的图； 

图4是表示风车发电单元的概略构成例的图； 

图5是用于说明风力发电装置及风车发电单元的x、y、z轴的定义的图； 

图6是表示使运转停止中的风车发电单元与风向正对的电动回转的顺序的说明图； 

图7是表示通过空气动力使运转中的风车发电单元进行偏航回转的偏航回转控制的顺序的说明图； 

图8是表示对于风车发电单元的风车翼，从机舱后方观察的方位角(旋转角)的定义的说明图； 

图9是表示从上方观察风车发电单元，在风车翼产生的旋转力的说明图； 

图10是表示以往的风力发电装置的偏航驱动装置及其周边构造的要部剖面图。 

标号说明 

1、风力发电装置 

2、塔架 

3、机舱 

4、旋翼头 

5、风车翼(叶片) 

7、风速针 

8、风向针 

10、增速机 

11、发电机或电动机 

20、风车控制装置(控制部) 

21、桨距驱动部 

22、发电机控制部 

30、风向检测部 

40、偏航回转位置检测部 

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的风力发电装置的一实施方式进行说明。 

图3所示的风力发电装置1为具有立设于地基B上的塔架(也称作“支柱”)2、设置于塔架2的上端的机舱3、被支承为绕大致水平的横方向的旋转轴线(图5的x轴)可旋转且设置于机舱3的前端部侧的旋翼头4的迎风型风车。下面的说明中，如图4所示，将设置于塔架2的上端并经由主轴9而连结的机舱3及旋翼头4总称为“风车发电单元”。 

在旋翼头4上绕其旋转轴线放射状地安装有多个(例如三个)风车翼(叶片)5。由此，从旋翼头4的旋转轴线方向吹向风车翼5的前表面的风力变换为使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。 

在机舱3的外周面适当位置(例如上部等)根据需要设置有测定周边的风速值的风速计7、测定风向的风向计8。 

例如图4所示，在机舱3的内部设置有经由旋翼头4和增速机10 而连结的发电机11。即，旋翼头4的转速被传递至经由主轴9而连结的增速机10，从而成为使增速机10的输出侧增速的值。而且，发电机11通过经由增速机10而增速的输出侧的转速而被驱动，由此得到由发电机11发电的电力。 

另外，在机舱3的内部设置有进行风力发电装置1的运转控制的风车控制装置20、从该风车控制装置20接受控制信号并使各风车翼5的桨距角度单独地变化的桨距驱动部(可变桨距机构)21。 

另外，在上述机舱3的内部设置有从风车控制装置20接受控制信号并控制发电机11的发电控制部22。该发电机控制部22在后述的电动回转时将发电机11作为电动机使用的情况下，进行作为电动机驱动的发电机11的运转控制(电动回转控制)。 

在上述构成的风力发电装置1上设置有进行风车发电单元的偏航回转控制的偏航回转机构。下面，参照图1A的方框图及图2的流程图，对进行风力发电单元的偏航回转控制的偏航回转机构进行详细的说明。 

图1A所示的方框图表示进行风车发电单元的偏航回转控制的偏航回转机构。该偏航回转机构设置于风力发电装置1上，该风力发电装置1构成为：具备多个风车翼5的风车发电单元被支承为相对于塔架2可偏航回转，与变动的风向相对应地从风车发电单元的正面(风车翼5的旋转面前表面)承受风力而进行发电。即，在迎风型的风力发电装置1中，偏航回转机构以使风车翼5的旋转面前表面朝向上风的方式进行动作。 

该偏航回转机构具备如下部件而构成：桨距驱动部21，使风车翼5的桨距角度单独地变化；风向检测部30，检测变动的风向信息(θw)；偏航回转位置检测部40，检测风车发电单元的当前偏航角(θz)；及 控制部20，基于风向信息(θw)及当前偏航角(θz)来计算风向偏差(θd)，基于该风向偏差(θd)对每个风车翼5计算出利用空气动力产生用于使风车发电单元偏航回转的动力的桨距角度指令值(θn)并向桨距驱动部21输出。 

另外，图示的构成例中，风车翼5为三个，因此桨距角度指令值(θn)输出对每个风车翼5计算出的三种类型的桨距角度指令值θ1、θ2、θ3，但没并不限定于此。 

风向检测部30检测风力发电装置1的设置位置或周边区域的风向信息(θw)，并向控制部20输入。作为可用于该情况下的风向信息(θw)，只要从下述信息中适当选择一个或多个使用即可，这些信息为例如由设置于机舱3的风向计8对每个风力发电装置1检测出的信息、在代表位置检测出邻接设置了多个风力发电装置1的风力发电厂的信息(具体而言，在从多个中选择的风力发电装置1的机舱3上设置风向计8而检测出的信息、利用设置于发电厂内的高处的风向计8检测出的信息等)、或者包含在可从外部取得的气象信息中的与风向相关的信息等。 

偏航回转位置检测部40以与塔架2的轴中心大致一致地存在的偏航回转轴(参照图5)为中心，对于在塔架2上在大致水平面上进行偏航回转的风车发电单元，检测当前的朝向(位置)即当前偏航角(θz)，并向控制部20输入。即，偏航回转位置检测部40检测风车翼5的旋转面前表面实际朝向的方向的信息(风车翼旋转面的方位角信息)。 

该情况下的当前偏航角(θz)如下检测：将预先设定的基准方向(例如北方向)设为0度，旋翼头4的朝向(图5所示的x轴的方向)在沿顺时针或逆时针360度的旋转范围内位于哪一个方向(角度)。另外，作为检测当前偏航角(θz)的具体的装置，例如有通过与设置于图10所示的滚动轴承53上的固定齿轮52的啮合进行动作的电位计等。 

控制部20接受风向信息(θw)及当前偏航角(θz)的输入，对三个风车翼5算出各自的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)并向桨距驱动部21输出。即，控制部2θ根据风向信息(θw)和当前偏航角(θz)之间的偏差，进行如下所述的偏航回转控制：在风力发电装置1的起动时及运转时使风车翼旋转面的前表面朝向上风方向，停止时使风车翼旋转面的前表面朝向下风方向。 

控制部20内的具体的偏航回转控制例如如图2A所示的流程图那样进行。 

最初的步骤S1中，控制流程开始后，进入下一步骤S2，判断有无风力发电装置1的运转指令，即判断风力发电装置1是否为运转中。另外，判断为运转中的情况下，对运转指令刚发出后的起动时、运转继续中的运转时、及运转停止指令发出后的停止时的运转区分进行判断。 

通过步骤2的判断，在存在风力发电装置1的运转指令的“是”的情况下，进入下一步骤S3并计算出桨距角度指令值(θn)，但本实施方式中，风车翼5有三个，因此开始三种桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)的计算。另外，下面的说明是运转区分判断为起动时或运转时的情况。 

步骤S3的过程中，具有得到与风车翼5的旋转面前表面相关的方位角信息的当前偏航角(θz)及风向信息(θw)的“信息取得过程”，计算出当前偏航角(θz)及风向信息(θw)之间的偏差即风向偏差(θd)。即，计算出表示实际的风向的风向信息(θw)、和对于在塔架2上进行偏航回转的风车发电单元表示当前的朝向的当前偏航角(θz)之间的角度差而作为风向偏差(θd＝θw-θz)。 

其结果是，对于风车发电单元的朝向，能够把握风向改变时等当前相对于风向的的位置关系(角度差)。 

这样计算出风向偏差(θd)后，进入下一步骤S4，计算出每一个风车翼5的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)。关于步骤3中计算出的风向偏差(θd)，为了使风车翼5的旋转面前表面朝向上风方向，设定为例如使风车发电单元向风向偏差(θd)变小的方向偏航回转。 

上述的步骤S3的过程中计算出的每一个风车翼5的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)在下一步骤S5中向桨距驱动部21输出。 

而且，在下一步骤S6中，各风车翼5的桨距角度通过桨距驱动部21的动作，变更为每一个风车翼5都不同的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)的桨距角度。这样，上述步骤S4～S6的过程为根据风向偏差(θd)使风车翼5的旋转面前表面向上风方向驱动的“偏航回转过程”。 

这样设定的各风车翼5的桨距角度通过再次返回步骤S2并重复同样的控制，持续直至在步骤2判断为没有风力发电装置1的运转指令为止。即，步骤2中判断为没有风力发电装置1的运转指令的“否”的情况下，进入步骤S7的结束，控制过程结束。 

而且，上述的偏航回转过程中，包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的“桨距角控制过程”。 

该桨距角控制过程中，在风力发电装置1起动时使风车翼桨距角度单独地变化，将作用于各风车翼5的风力变换为空气动力而进行有效利用，得到利用空气动力使风车发电单元偏航回转而使风车翼旋转面的前表面朝向上风方向的偏航回转力。 

这样，在上述的风车发电装置1的偏航回转控制中，偏航回转控制的控制方法具有：取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息的信息取得过程；及根据方位角信息及风向信息的偏差，在起动时将风车翼旋转面的前表面向上风方向驱动的偏航回转过程，偏航回转过程包含对以规定的方位角(风车翼的旋转角)的风车翼桨距角进行控制的桨距角控制过程。

另外，关于上述风向偏差(θd)，可以根据以规定的方位角作用于风车翼5上的载荷的不同进行推测，桨距驱动部21也可以基于利用该推测得到的风向偏差(θd)来计算出桨距角度指令值(θn)。 

另外，上述的桨距角度指令值(θn)不仅可以控制为按照使风车发电单元朝向风向偏差(θd)变小的方向偏航回转的方式进行设定，还可控制为例如按照风向偏差(θd)的平均接近零的方式相互设定正负的值。 

接着，具体地说明上述的控制流程的偏航回转控制。该偏航回转控制有效利用使各风车翼5的桨距角度单独地变化的桨距驱动部21，按照作用于各风车翼5的风力成为风车发电单元的偏航回转力的方式进行控制。 

如图7及图8所示，各风车翼5的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)通过使当前偏航角(θz)与风向一致，而使风向偏差(θd)消失，并按照旋翼头4的方向朝向上风的方式进行设定。即，各风车翼5的桨距角度指令值(θ1、θ2、θ3)设定为，与总是变动的风向相对应而使风向偏差(θd)变小，或使风向偏差(θd)的平均接近零，而产生风向偏差(θd)消失的方向的偏航回转力，由此旋翼旋转面与风向正对。 

图7及图8所示的说明图中，旋翼头4及风车翼5如图8(从机舱3的后方侧观察的图)中箭头Rw所示，承受风力而逆时针旋转。另外，图8所示的风力发电装置1中，以从机舱后方看为120°的桨距设置三个风车翼5，在下面的说明中，根据需要，将旋转角(方位角)处于0°的位置的风车翼叫做风车翼5a、将处于120°的位置的风车翼叫做风车翼5b、将处于240°的位置的风车翼叫做风车翼5c，从而进行区别。 

另外，图8所示的风力发电装置1的运转中，对于旋转中的风车翼5，进行对每个风车翼5使桨距角度独立的操作(控制)，适当进行以使旋翼旋转面与风向正对的方式追随风向的偏航控制。 

图7是从上方观察风车发电单元的图，表示从存在风向偏差(θd)的状态顺时针偏航回转而使旋翼旋转面与风向正对的偏航回转控制的动作。该情况下的偏航控制中，对于位于通过承受风力而产生偏航回转力矩的旋转角位置的两个风车翼5b′、5c′，使各自的桨距角度逆向变化。 

具体地说明，对于在旋转角为90°的周边区域(最大为0～180°)旋转中的风车翼5b′，计算出向以避开风的方式增大桨距角度α的方向、即向顺桨方向变化的桨距角度指令值(θn)。因此，接受了该桨距角度指令值(θn)的桨距驱动部21在使风车翼5b′的桨距角度α增大的方向变化γ。 

另一方面，对于在旋转角为270°的周边区域(最大，180～360°)旋转中的风车翼5c′，计算出向以进一步承受风地减小桨距角度α的方向、即向小桨距方向变化的桨距角度指令值(θn)。因此，接受了该桨距角度指令值(θn)的桨距驱动部21在使风车翼5c′的桨距角度α减小的方向上变化β。 

换言之，关于风车翼5b′，向使从正面看到的投影面积增大的方向，输出使桨距角度α变化的桨距角度指令值(θn)，设定为桨距角度增加了γ的新的桨距角度(α+γ)。 

另一方面，关于风车翼5c′，向使从正面看的投影面积减小的方向输出使桨距角度α变化的桨距角度指令值(θn)，设定为桨距角度减少了β的新的桨距角度(α-β)。 

该情况下，使风车翼5的桨距角度α变化β及γ的动作在风车翼5的旋转中进行。这样的风车翼5的桨距角度控制为如下所述的变桨距控制，即，例如在一个风车翼5旋转一圈的期间，对于以某风速稳定地运转的桨距角度α，从最小的桨距角度(α-β)到最大的桨距角度(α+γ)，以描绘大致正弦曲线的方式，连续或断续地进行变化。 

如上所述，通过根据旋转角度的位置使风车翼5的桨距角度α增减的控制，能够在风车发电单元根据空气空气学而产生绕偏航轴的旋转力。即，关于位于旋转角度90°的附近的风车翼5b′，由于桨距角度增大而避开风，作用于风车翼5b′的偏航回转力减小。但是，关于位于旋转角度270°附近的风车翼5c′，由于桨距角度减小而进一步承受风，因此作用于风车翼5c′的偏航回转力变大。 

其结果是，不进行桨距角度的增减的情况下，在从上风朝向下风的同方向上以大致相同大小进行作用的偏航回转力的平衡破坏，因此风车发电单元在作用更大的偏航回转力的方向上偏航回转。即，如图7所示的风车发电单元的情况下，作用于位于270°的旋转角度位置的风车翼5c′的偏航回转力增大，因此风车发电单元绕顺时针方向进行偏航回转，风向偏差(θd)消除。 

另外，使风车发电单元绕逆时针偏航回转的情况下，在旋转角为大致90度的周边使桨距角度向小桨距侧变化，并且在旋转角为大致270度的周边使桨距角度向顺桨侧变化即可。 

这样，根据上述的风力发电装置1，在运转时，桨距驱动部21能够使各风车翼5的桨距角度单独地变化，有效利用作用于各风车翼5 的风力并通过空气动力使风车发电单元偏航回转。即，在风力发电装置1运转时，进行如下所述的偏航回转控制：按照使算出的风向偏差(θd)变小的方式，或者按照使风向偏差(θd)接近零的方式，使各风车翼5的桨距角度单独地变化，使作用于风车翼5的风力变换为偏航回转力，因此风车发电单元能够进行追随风向的变化的偏航回转，能够使风车发电单元的旋翼旋转面总是朝向上风并与风向正对。因此，通过进行上述的偏航回转控制，不需要利用偏航电动机的驱动力进行偏航回转控制的以往的偏航驱动装置。 

但是，上述的风力发电装置1的偏航回转控制在没有充分的风速时或从运转停止中的状态开始运转的起动时等，有时不能得到用于进行偏航回转控制的充分的偏航回转力。 

因此，在得不到充分的的偏航回转力的运转状况下，例如图1B及图2B所示，风车控制装置20进行将设置于风车发电单元内的发电机11作为电动机使用的电动回转，即通过将作为电动机发挥作用的发电机11作为驱动源，使旋翼头4及风车翼5旋转直至达到例如10rpm以上的转速，由此能够实施由风车翼5产生的风力所带来的自动的偏航回转。 

该电动回转是从风车控制装置20向发电机控制部22输出与电动回转相关的控制指令而进行实施。 

具体地说明，图2B所示的流程图中，在步骤S3的过程中算出风向偏差(θd)后，进入步骤S11的过程，计算出使作为电动机发挥作用的发电机11进行电动回转的转矩及转速的指令值。这样算出的转矩及转速的指令值在接下来的步骤S 12的过程中向发电机控制部22输出。 

发电机控制部22基于转矩及转速的指令值来使发电机11作为电 动机驱动，因此作为电动机发挥作用的发电机11产生的驱动力使旋翼头4及风车翼5进行旋转。其结果，通过风车翼5的旋转产生风力，因此能够得到利用该风力的电动回转产生的偏航回转。 

另外，通过电动回转，风车翼5进行旋转而产生的风力形成与低风速时等增加风速相同的状况，因此能够补充不足的偏航回转力。这样的电动回转中，只要发电机11为同步发电机的话便可容易地得到，另外，即使为非同步发电机的情况下，只要具备变换器也可得到。 

通过根据风力发电装置1的运转状况进行这样的电动回转，能够例如在从低风速的状态起动时等，根据运转状况，利用电动回转产生的风力及空气动力来补充风力及空气动力产生的偏航回转力的不足量。这时，运转状况的不同是指开始风力发电装置1的运转的起动时、运转停止时及运转中的区别、作用于风车翼5的风力的强弱等导致的不同。 

具体地进行说明，例如图6所示，停止中的风车发电单元有时追随风向而旋翼旋转面朝向下风，起动时需要最大180°的偏航回转。另外，由于风速、偏航回转制动装置的残余制动力、稳定偏航控制的摩擦力等的影响，起动时的风车发电单元有时其旋翼旋转面不与风向正对。 

因此，如图6所示，风力发电装置1起动时，上述的桨距角控制过程实施如下所述的电动回转过程：最初进行电动回转而使风车发电单元偏航回转，主要利用风车翼5产生的风力使旋翼旋转面朝向上风。之后，停止电动回转，切换为上述运转中的偏航回转控制，即，使各风车翼5的桨距角度单独地变化的偏航回转控制。该电动回转过程中，在几乎不产生偏航回转力的旋转角为大致0度及/或大致180度的周边，形成比以前后的旋转角的桨距角更靠小桨距侧或顺桨侧的桨距角，从而能够实施高效率的电动回转。 

该情况下的电动回转可以根据风力发电装置1的运转状况，使作为电动机发挥作用的发电机11的转速变化，或者可以将作为电动机发挥作用的发电机11的转速设为一定而使风车翼5的桨距角度变化，并使空气动力产生的助推力变化。 

使发电机11的转速变化的情况下，只要切换为电动机并且通电的发电机11被起动并达到规定的转速后，使该转速慢慢降低即可。即，通过电动回转使停止状态的风车发电单元偏航回转的情况下，在偏航回转开始之前，静止摩擦力进行作用且需要最大的驱动力，因此可以在风车发电单元开始运转并成为动摩擦力进行作用的状态后，使电动回转产生的风车翼5的转速慢慢降低。这样的转速的降低是指将作为电动机发挥作用的发电机11的转速降低，因此能够将电动回转所需要的电力抑制为最小。 

另外，关于电动机11的转速，达到规定的转速后保持为大致一定的情况下，将自然的风力产生的偏航回转力作为辅助进行利用，能够将电动回转所需要的电力抑制为最小。即，利用合计了通过电动回转而产生的空气动力、和通过自然的风力而产生的空气动力的偏航回转力，来进行偏航回转，因此能够将电动回转产生的风车翼5的转速设定得较低，因此能够降低作为电动机发挥作用的发电机11的消耗电力。 

另外，风力发电装置1停止时的偏航回转控制具有：取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息的信息取得过程；根据方位角信息及风向信息之间的偏差，在停止时将风车翼旋转面的前表面向下风方向驱动的停止时偏航回转过程，停止时偏航回转过程中包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的停止时桨距角控制过程。该情况下的停止时桨距角控制过程按照使风车翼旋转面的前表面朝向下风方向的方式进行偏航回转，因此除了向与上述起动时及运转时相反的方向进行偏航回转以外，是相同的控制。 

通过进行这样的偏航回转控制，在向运转中的风力发电装置1发出了运转停止的指令的停止时，能够积极地使风车发电单元进行偏航回转直至稳定的停止位置为止。即，在风车发电单元停止的状态下，进行承受自然的风力而追随顺风的偏航回转，在使风车翼旋转面的前表面朝向下风方向的状态下进行稳定的停止，因此通过实施停止时偏航回转过程，能够积极地进行偏航回转直至稳定的停止位置。 

另外，通过在风力发电装置1运转停止时适当地实施上述电动回转，也能够在起动时使旋翼旋转面尽可能地朝向与风向一致的方向。 

另外，上述电动回转例如可以在运转中在通过塔架2内的电缆上产生了设定以上的扭转的情况下，以为了解除该扭转而强制地使风车发电单元偏航回转为目的进行使用。 

另外，实施上述电动回转时，可按照成为易使风力发电装置1起动的桨距角的方式进行控制。即，如图9的说明图(从上方观察风车翼5的图)所示，朝向旋翼头4而从纸面上方向箭头W的方向吹风时，向风车翼5给予通过接线方向速度(Vt)及风速(Vw)合成的叶片流入速度(V)的相对风。 

风车翼5承受叶片流入速度(V)的相对风时，产生与相对风不同方向的合成风合力(R)。该合成风合力(R)不会成为与通常相对风平行的方向，因此根据叶片形状分解为不同大小的成分的分力，一方面的分力成为升力(L)，另一方面的分力成为阻力(D)。 

另外，上述的合成风合力(R)被分解为与风车翼5的旋转方向成直角的成分的推力(Fs)、与旋转方向同方向的旋转力(Fr)，该旋转力(Fr)使旋翼头4旋转，成为利用风力发电的方向的力。该旋转力(Fr)为根据风车翼5的桨距角而变动的值，能够在电动回转时辅助作为电 动机发挥作用的发电机11的旋转力。 

因此，例如风车发电单元在图6的纸面左侧所示的状态下停止时，按照通过风力产生辅助电动回转的旋转力的方向的旋转力(Fr)的方式，设定为风车翼5的桨距角。即，接受了从与通常的发电时相反的方向流入的风的风车翼5设定为产生使旋翼头4与发电时同方向地进行旋转的旋转力的桨距角，并进行电动回转，随着进行电动回转产生的风车发电单元的偏航回转，使风车翼5的桨距角变更为与发电时相适合的值并起动风力发电装置1即可。 

根据上述的实施方式，有效地利用单独地控制多个风车翼5的桨距角度的桨距控制部21，并进行根据风向的变化使风车发电单元偏航回转的偏航控制，因此不需要通过偏航电动机控制风车发电单元的朝向的偏航驱动装置。 

另外，通过进行利用发电机11的电动回转，即使在得不到自然的风力的情况下，也能够得到空气动力产生的偏航回转力。因此，能够单独使用该偏航回转力进行偏航回转，或者补充从自然的风力得到的空气动力的不足量而进行偏航回转。 

因此，上述的风力发电装置1能够使风车发电单元的偏航控制低成本化，另外能够实现对于构成风车发电单元的机舱3的小型/轻量化也有利的偏航控制。另外，关于维修用的电动机，需要与上述偏航电动机分开设置。 

另外，通过采用上述实施方式，偏航驱动装置及其安装座消失，因此能够减少制造时的机械加工、降低包括偏航电动机及驱动类齿轮等的维修的成本。 

另外，与塔架2固定的偏航回转轴大致自由，因此来自旋翼头4 的瞬时载荷即Mz(参照图5)大幅减少，主轴9、主轴承、主轴承台及机舱底板的作用载荷减少，因此，由此也能大幅降低成本。 

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可进行适当变更。 

例如，上述的偏航回转控制也可以适当控制偏航制动装置的制动力并且使偏航回转的运转稳定。 

另外，偏航回转轮也可以是滚动轴承及滑动轴承中的任一个。 

另外，本发明的风力发电装置1不限定于具备增速机10的风力发电装置或迎风型的风力发电装置，也可以适用于无齿轮型或顺风型。另外，顺风型的风力发电装置在配置于机舱后方的风车翼旋转面的前表面承受风力，使风车翼的旋转面前表面朝向上风进行运转这一点与迎风型相同。 

Claims (9)

1.一种风力发电装置的偏航回转控制方法，具有：信息取得过程，取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息；及偏航回转过程，根据所述方位角信息及所述风向信息之间的偏差，在起动时将所述风车翼旋转面的前表面向上风方向驱动，其特征在于，

所述偏航回转过程包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的桨距角控制过程，

所述桨距角控制过程包含使发电机作为电动机进行旋转的电动回转过程。

2.如权利要求1所述的风力发电装置的偏航回转控制方法，其特征在于，

所述桨距角控制过程中，以方位角为大致90度及/或大致270度，形成比前后的方位角下的桨距角更靠小桨距侧或顺桨侧的桨距角。

3.如权利要求1所述的风力发电装置的偏航回转控制方法，其特征在于，

在该电动回转过程中，以方位角为大致0度及/或大致180度，形成比前后的方位角下的桨距角更靠小桨距侧或顺桨侧的桨距角。

4.如权利要求3所述的风力发电装置的偏航回转控制方法，其特征在于，

所述发电机的转速在达到规定的转速后慢慢降低。

5.如权利要求3所述的风力发电装置的偏航回转控制方法，其特征在于，

所述发电机的转速在达到规定的转速后被保持为大致一定。

6.一种风力发电装置的偏航回转控制方法，具有：信息取得过程，取得风车翼旋转面的方位角信息及风向信息；及停止时偏航回转过程，根据所述方位角信息和所述风向信息之间的偏差，在停止时将所述风车翼旋转面的前表面向下风方向驱动，其特征在于，

所述停止时偏航回转过程包含对规定的方位角下的风车翼桨距角进行控制的停止时桨距角控制过程。

7.如权利要求6所述的风力发电装置的偏航回转控制方法，其特征在于，

所述偏航回转过程及所述停止时偏航回转过程在驱动所述风车翼旋转面时不使用偏航电动机。

8.一种风力发电装置，具有如下构成：使具备多个风车翼的风车发电单元被支承为能够相对于塔架进行偏航回转，并根据变动的风向从所述风车发电单元的正面承受风力而进行发电，所述风力发电装置的特征在于，具备：

发电机，利用所述风车翼承受的风力进行驱动而发电，并且能够变更为电动机的用途；

桨距驱动部，单独地控制所述风车翼的桨距角度；

风向检测部，检测变动的风向信息；及

控制部，通过权利要求6所述的偏航回转控制方法进行风车翼桨距角控制，对每个所述风车翼计算出桨距角度指令值并向所述桨距驱动部输出，其中，所述桨距角度指令值用于利用空气动力产生使所述风车发电单元偏航回转的动力。

9.如权利要求8所述的风力发电装置，其特征在于，

所述控制部根据运转状况进行将所述发电机作为电动机使用的电动回转来补充偏航回转力。

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