CN104863794A - 风力发电装置的偏航控制系统及偏航控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电装置的偏航控制系统及偏航控制方法，即使在偏航方向传感器的异常时也能取得准确的偏航方向值。具有能够通过偏航驱动机构而偏航回旋的机舱的风力发电装置的偏航控制系统具备：偏航方向传感器，用于检测所述机舱的当前的偏航方向值；移动量计算部，用于基于所述机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的所述机舱的偏航回旋移动量；偏航方向推定部，基于由所述移动量计算部算出的所述规定期间的所述偏航回旋移动量和所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出所述规定期间的结束时刻的所述机舱的偏航方向的推定值；及偏航驱动控制部，用于控制所述偏航驱动机构。

Description

风力发电装置的偏航控制系统及偏航控制方法

技术领域

本公开涉及一种以接受风力而进行发电的方式构成的风力发电装置的偏航控制系统及偏航控制方法。

背景技术

近年来，从环境的保护的观点出发，利用风力的风力发电装置受到注目。风力发电装置通常具有将多个叶片安装于轮毂的转子。转子搭载于机舱，该机舱位于在陆地上或海洋上竖立设置的塔架上。在这种风力发电机中，叶片接受到风而转子旋转，转子的旋转向收纳在机舱内的发电机传递，在发电机中生成电力。

在这样的风力发电装置中，通常，为了将风能高效地向转子的旋转能量转换，而根据风向使转子的方向变化。因此，已知有一种风力发电装置，其具备用于使支承转子的机舱偏航回旋的偏航驱动机构。例如，在专利文献1中记载有一种偏航回旋控制方法，其基于机舱的方向与实际的风向之间的风向偏差，以使转子旋转面与风向正对的方式控制机舱的偏航方向。

另外，在专利文献2中公开了一种结构，其通过检测风力发电装置的偏航方向的电位计，检测风力发电装置的偏航方向从动作范围偏离的情况，而使偏航回旋停止。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第2011/092810号

【专利文献2】日本实开平3-99875号公报

【发明的概要】

【发明要解决的课题】

然而，如专利文献2记载那样，在具备电位计的风力发电装置中，在电位计发生故障或误动作等时，有时无法检测出准确的偏航方向值。当在偏航方向值无法检测的状态下机舱的偏航回旋持续进行时，在塔架与机舱之间延伸的各种线缆可能会超过极限而扭转。其结果是，可能会产生这些线缆的损伤或切断这样的与风力发电装置的安全性相关的重大的不适合。

另一方面，在电位计成为异常的时刻使风力发电装置的运行停止时，可认为例如在深夜时间带等维护作业员从现场离开的情况下或海洋上风力发电装置等那样不能容易地接近风力发电装置的情况下等难以进行迅速的维护作业的情况下，风力发电装置的运转率会显著恶化。

发明内容

本发明的至少几个实施方式鉴于上述的情况，目的在于提供一种即使在偏航方向传感器的异常时也能取得准确的偏航方向值的风力发电装置的偏航控制系统及偏航控制方法。

【解决方案】

本发明的几个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统，所述风力发电装置具有能够通过偏航驱动机构而偏航回旋的机舱，所述风力发电装置的偏航控制系统的特征在于，具备：

偏航方向传感器，用于检测所述机舱的当前的偏航方向值；

移动量计算部，用于基于所述机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的所述机舱的偏航回旋移动量；

偏航方向推定部，基于由所述移动量计算部算出的所述规定期间的所述偏航回旋移动量和所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出所述规定期间的结束时刻的所述机舱的偏航方向的推定值；及

偏航驱动控制部，用于控制所述偏航驱动机构，

所述偏航驱动控制部在所述偏航方向传感器正常时，基于所述偏航方向传感器产生的所述偏航方向值的检测结果来决定所述机舱的回旋方向，并且在所述偏航方向传感器发生异常时，基于由所述偏航方向推定部算出的所述推定值来决定所述机舱的回旋方向。

在上述风力发电装置的偏航控制系统中，在偏航方向传感器正常时使用偏航方向传感器来决定机舱的回旋方向。另一方面，在偏航方向传感器发生异常时，使用由偏航方向推定部算出的偏航方向的推定值来决定机舱的回旋方向。因此，即使在例如因故障或误动作等的偏航方向传感器的异常而无法准确地检测机舱的当前的偏航方向值的情况下，也能够通过使用偏航方向的推定值而决定适当的机舱的回旋方向。由此，能够防止机舱超过偏航极限而回旋的情况，并能够防止在机舱与塔架之间延伸的各种线缆超过极限而扭转的情况，从而能够进行风力发电装置的持续的稳定运行。

另外，在偏航方向推定部中，基于根据机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间而算出的规定期间的偏航回旋移动量和规定期间的开始时刻的偏航方向值，来算出规定期间的结束时刻的机舱的偏航方向的推定值。因此，即使在偏航方向传感器未多路复用的风力发电装置中，也能够在偏航方向传感器的故障·异常发生时为了取得偏航方向值而利用偏航方向推定部来取代偏航方向传感器，能够实现恰如使偏航方向传感器多路复用那样的具有冗余性的系统。由此，不需要以多路复用为目的的偏航方向传感器的追加设置用的费用或空间，能够提高风力发电装置的运行的安全性、可靠性、运转率等。

几个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统还具备风向传感器，所述风向传感器用于检测作用于所述风力发电装置的风的风向，

所述偏航驱动控制部基于所述风向传感器的检测结果，以所述机舱追随由所述风向传感器检测到的所述风向的方式，使所述机舱沿所述回旋方向回旋。

如此，在以追随风向的方式进行机舱的回旋控制时，根据风向的变化的方式的不同而存在机舱的回旋方向偏向右回旋或左回旋，而机舱超过偏航极限而回旋的可能性。尤其是在偏航方向传感器发生异常时，无法得到偏航方向值的检测结果，因此机舱的风向追随控制的结果是可能使机舱超过偏航极限。

关于这一点，上述偏航控制系统如上述那样，通过偏航回旋控制部，在偏航方向传感器发生异常时基于偏航方向的推定值来决定回旋方向，因此即使在进行机舱的风向追随控制的情况下，也能够避免超过偏航极限那样的机舱的回旋。

几个实施方式中的风力发电装置的偏航控制系统还具备逻辑修正部，所述逻辑修正部基于在所述偏航方向传感器正常时由所述偏航方向传感器检测到的所述偏航方向值与在所述偏航方向传感器正常时由所述偏航方向推定部算出的所述偏航方向的推定值之间的比较结果，来修正所述偏航方向推定部的所述推定值计算逻辑。

偏航方向推定部中的偏航方向的推定值有时包含偏航驱动机构的个体差异或时效变化等引起的积分误差。因此，如上述那样，利用在偏航方向传感器正常时取得的偏航方向传感器的检测结果来修正偏航方向推定部的推定值计算逻辑，由此能够提高偏航方向推定部的偏航方向的推定精度。由此，在偏航方向传感器发生异常时，基于通过偏航方向推定部算出的偏航方向的准确的推定值，能够决定机舱的回旋方向。

在一个实施方式中，所述偏航方向推定部根据所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值及所述规定期间的所述偏航回旋移动量与所述规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，算出所述偏航方向的所述推定值，

所述逻辑修正部基于所述比较结果对所述关系式进行修正。

由此，能够通过关系式的修正实现适当的推定值计算逻辑，能够提高偏航方向推定部的偏航方向的推定精度。

在几个实施方式中，所述偏航方向推定部根据所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值及所述规定期间的所述偏航回旋移动量与所述规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，算出所述偏航方向的所述推定值，

所述关系式根据所述机舱的回旋方向而设定。

如此，上述关系式对应于右回旋或左回旋而分别设定，因此即使在例如偏航驱动机构的特性在右回旋和左回旋中不同的情况下，也能够算出与回旋方向对应的适当的偏航方向的推定值。

几个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统还具备推定值校正部，所述推定值校正部用于在所述偏航方向传感器发生异常时对由所述偏航方向推定部算出的所述推定值进行校正，

所述推定值校正部基于通过与所述风力发电装置具有风况的类似性且具有健全的偏航方向传感器的其他风力发电装置的所述健全的偏航方向传感器检测的基准偏航方向值，对所述推定值进行校正。

通常，偏航驱动控制部例如根据由风向传感器检测到的风向等风况来控制机舱的偏航回旋。因此，可认为放置在相互类似的风况下的多个风力发电装置进行了大致等量的偏航回旋。因此，基于通过具有风况的类似性的其他风力发电装置的健全的偏航方向传感器检测的基准偏航方向值，对所述风力发电装置的偏航方向的推定值进行校正，由此能够算出偏航方向的准确的推定值。

在一个实施方式中，所述推定值校正部在通过所述偏航方向推定部算出的所述偏航方向的所述推定值的设定期间的变化量与所述设定期间的所述基准偏航方向值的变化量之间的差量超过了阈值时，基于所述基准偏航方向值对所述推定值进行校正。

在上述实施方式中，在所述风力发电装置的偏航方向推定值的变化量与其他风力发电装置的基准偏航方向值的变化量之间的差量超过了阈值时，存在所述风力发电装置的偏航方向推定值的误差过大的可能性，因此基于基准偏航方向值对推定值进行校正。由此，能防止偏航方向推定值从实际的偏航方向值大幅背离的情况，能实现推定精度的提高。

本发明的几个实施方式的风力发电装置的偏航控制方法，所述风力发电装置具有能够通过偏航驱动机构而偏航回旋的机舱，所述风力发电装置的偏航控制方法的特征在于，包括：

偏航方向检测步骤，通过偏航方向传感器检测所述机舱的当前的偏航方向值；

移动量计算步骤，基于所述机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的所述机舱的偏航回旋移动量；

偏航方向推定步骤，基于在所述移动量计算步骤中算出的所述规定期间的所述偏航回旋移动量和所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出所述规定期间的结束时刻的所述机舱的偏航方向的推定值；及

偏航驱动控制步骤，控制所述偏航驱动机构，

在所述偏航驱动控制步骤中，在所述偏航方向传感器正常时，基于所述偏航方向检测步骤的所述偏航方向值的检测结果来决定所述机舱的回旋方向，并且在所述偏航方向传感器发生异常时，基于在所述偏航方向推定步骤中算出的所述推定值来决定所述机舱的回旋方向。

根据上述风力发电装置的偏航控制方法，在偏航驱动控制步骤中，在偏航方向传感器正常时使用偏航方向传感器来决定机舱的回旋方向。另一方面，在偏航方向传感器发生异常时，使用通过偏航方向推定步骤算出的偏航方向的推定值来决定机舱的回旋方向。因此，即使在无法准确地检测机舱的当前的偏航方向值的情况下，也能够通过使用偏航方向的推定值来决定适当的机舱的回旋方向。由此，能够防止机舱超过偏航极限而回旋的情况，并能够防止在机舱与塔架之间延伸的各种线缆超过极限而扭转的情况，从而能够进行风力发电装置的持续的稳定运行。

另外，在偏航方向推定步骤中，基于根据机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间而算出的规定期间的偏航回旋移动量和规定期间的开始时刻的偏航方向值，来算出规定期间的结束时刻的机舱的偏航方向的推定值。因此，即使在偏航方向传感器未多路复用的风力发电装置中，也能够在偏航方向传感器的故障·异常发生时为了取得偏航方向值而利用偏航方向推定部来取代偏航方向传感器，能够实现恰如使偏航方向传感器多路复用那样的具有冗余性的系统。由此，不需要以多路复用为目的的偏航方向传感器的追加设置用的费用或空间，能够提高风力发电装置的运行的安全性、可靠性、运转率等。

【发明效果】

根据本发明的至少一个实施方式，即使在无法准确地检测机舱的当前的偏航方向值的情况下，也能够通过使用偏航方向的推定值来决定适当的机舱的回旋方向。由此，能够防止机舱超过偏航极限而回旋的情况，并能够防止在机舱与塔架之间延伸的各种线缆超过极限而扭转的情况，从而能够进行风力发电装置的持续的稳定运行。

另外，即使在偏航方向传感器未多路复用的风力发电装置中，也能够在偏航方向传感器的故障·异常发生时为了取得偏航方向值而利用偏航方向推定部来取代偏航方向传感器，能够实现恰如使偏航方向传感器多路复用那样的具有冗余性的系统。由此，不需要以多路复用为目的的偏航方向传感器的追加设置用的费用或空间，能够提高风力发电装置的运行的安全性、可靠性、运转率等。

附图说明

图1是表示一个实施方式的风力发电装置的简要的整体结构的侧视图。

图2是用于说明一个实施方式中的机舱的偏航回旋的图。

图3是表示一个实施方式的风力发电厂的结构例的图。

图4是表示一个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统的结构图。

图5是表示一个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统中的偏航方向推定值计算步骤的流程图。

图6是表示一个实施方式的风力发电装置的各指令信号及传感器检测信号的时间图。

图7是表示另一个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统中的偏航方向推定值计算步骤的流程图。

【标号说明】

1   风力发电装置

2   叶片

3   轮毂

4   转子

5   旋转轴

6   发电机

8   机舱

10  塔架

12  偏航回旋座轴承

12A 内圈

12B 外圈

14  机舱回旋机构

15  偏航驱动机构

16  偏航制动器

16A 制动盘

16B 制动钳

17  风向传感器

18  风速传感器

19  偏航方向传感器

20  电位计

21  偏航极限传感器

30  偏航控制系统

31  中央监控控制装置(SCADA)

32  偏航驱动控制部

33  运算部

34  存储部

35  移动量计算部

36  偏航方向推定部

37  逻辑修正部

38  推定值校正部

100 风力发电厂

108 SCADA客户端

具体实施方式

以下，按照附图，说明本发明的实施方式。但是，作为实施方式而在以下记载或作为实施方式而由附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等没有将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。

首先，参照图1，说明本发明的实施方式的风力发电装置1及偏航控制系统30的结构例。需要说明的是，图1是表示一个实施方式的风力发电装置1的简要的整体结构的侧视图。

在几个实施方式中，图1所示的风力发电装置1中，至少包括2个叶片2及轮毂3的转子4通过风力能量而旋转。轮毂3可以由铸件一体地构成，具有叶片2的安装部。例如，风力发电装置1可以是将3个叶片2呈放射状地安装于轮毂3的结构。轮毂3可以由轮毂罩(未图示)覆盖。而且，风力发电装置1具备使用转子4的旋转能量进行发电的发电机6。发电机6可以经由传动系统10而传递转子4的旋转能量。这种情况下，作为传动系统10，可以是使用包含液压泵及液压马达的液压传动装置的结构，也可以是使用齿轮式的增速机的结构。而且，也可以不设置传动系统10，而将轮毂3与发电机6直接连结。

如图1所示，塔架9竖立设置在海洋上或陆地上。机舱8包括：在塔架9的上端部安装的机舱底板8b；由机舱底板8b支承，并将配置在机舱8的内部空间中的设备覆盖的机舱罩8a。机舱底板8b经由偏航回旋座轴承12而回旋自如地支承在塔架9的上部。具体而言，偏航回旋座轴承12包括内圈12A及外圈12B。内圈12A安装于机舱底板8b，外圈12B安装于塔架9。通过该偏航回旋座轴承12，包含机舱底板8b的机舱8成为相对于塔架9沿偏航方向回旋自如的结构。

在一个实施方式中，图1所示的风力发电装置1具备用于使机舱8偏航回旋的机舱回旋机构14及偏航驱动机构15、用于使机舱8的偏航回旋停止的偏航制动器16。

机舱回旋机构14例如包括：通过设置在机舱底板8b上的偏航驱动机构15而旋转的齿轮14A；设置在塔架9的上部的内周面，且与齿轮14A啮合的内齿轮14B。需要说明的是，作为其他的结构例，可以在塔架9的外周侧设置外齿轮，且包含与该外齿轮啮合的齿轮。

偏航驱动机构15例如安装在机舱底板8b上，包括与齿轮14A的轴直接连结或经由小齿轮而与齿轮14A连结的减速机、离合器、偏航马达、电磁制动器、将它们收纳的壳体。在具有上述结构的情况下，在离合器为结合状态且电磁制动器为ON(接通)时，偏航马达的驱动力经由减速机而向齿轮14A传递，齿轮14A与内齿轮14B啮合并旋转。由此，机舱8相对于塔架9进行偏航回旋。需要说明的是，偏航驱动机构15在以塔架9的轴线为中心的圆周上可以设置多个。在其他的结构例中，偏航驱动机构15可以安装在塔架9的上部。

在一个实施方式中，风力发电装置1还具备用于对机舱8的偏航回旋进行控制的偏航控制系统30。偏航控制系统30包括传感器组和中央监控控制装置(SCADA)31，该传感器组包括风向传感器17、风速传感器18及电位计20，该中央监控控制装置(SCADA)31用于基于来自传感器组的检测信号而进行偏航控制。需要说明的是，关于中央监控控制装置31的结构在后面叙述。

风向传感器17检测与图2所示那样的风车转子4的方向相对的主风向的方向。风向传感器17可以是检测机舱8与风向的偏差的结构。需要说明的是，图2是用于说明一个实施方式中的机舱的偏航回旋的图。通常，风力发电装置1基于风向传感器17的检测结果，进行以使机舱8追随通过风向传感器20检测到的风向(主风向)的方式使机舱8回旋的控制。

返回图1，风速传感器18成为检测风车转子或机舱的风速的结构。

电位计20可以包括偏航方向传感器19和偏航极限传感器21。偏航方向传感器19检测机舱8的当前的偏航方向值。例如，可以是检测塔架9与机舱8的相对的回旋移动量的结构。需要说明的是，由偏航方向传感器19检测的偏航方向值由相对于基准方位的旋转角度表示，可以是相对于基准方位的相对的角度。这种情况下，即使机舱8朝向同一方位，偏航方向值也有相差360n°(其中，n为整数)的情况。

如图3所示，在一个实施方式中，在竖立设置有多个风力发电装置1(1A～1D)的风力发电厂100中可以适用偏航控制系统30。风力发电厂100设置在海洋上或陆地上，多个风力发电装置1(1A～1D)经由通信转换器104及轮毂106、LAN等通信回线而与中央监控控制装置31能够通信地连接。而且，在风力发电厂100可以设有风况监控装置(MET)102。MET102在风力发电厂100内设置一个或多个，观测风力发电厂100内的风向或风速等风况。该MET102也与风力发电装置1同样地，经由通信转换器104及轮毂106、LAN等通信回线，与中央监控控制装置31以能够通信的方式连接。而且，多个风力发电装置1(1A～1D)、MET102或中央监控控制装置31可以经由互联网等通信回线而能够与SCADA客户端108连接。中央监控控制装置31经由通信回线，取得各风力发电装置1(1A～1D)的运行状况或风力发电装置1的各种传感器的检测信号，或者从MET102取得风力发电厂100内的风况状况，或者从各风力发电装置1(1A～1D)取得各种控制信号。而且，SCADA客户端108设置在风力发电厂100的外部，经由互联网等通信回线而与风力发电厂100内的各种装置(例如中央监控控制装置31、MET102、各风力发电装置1A～1D)能够通信。该SCADA客户端108例如使用于来自客户的指令的输入或各风力发电装置1(1A～1D)的状态监控等。

如图4所示，在几个实施方式的偏航控制系统30中，中央监控控制装置31被输入来自风向传感器17、风速传感器18、电位计20的传感器检测信号，将通过进行各种运算而算出的控制信号向偏航制动器16或偏航驱动机构15输出。例如，中央监控控制装置31由未图示的CPU(中央运算装置)、RAM(Random Access Memory)、及计算机能够读取的存储介质等构成。用于实现后述的各种功能的一连串处理的过程以程序的形式存储在存储介质等中，CPU将该程序向RAM等读出，执行信息的加工·运算处理，由此实现后述的各种功能。

具体而言，中央监控控制装置31主要具备：用于控制偏航驱动机构的偏航驱动控制部32；用于进行与偏航方向推定值相关的运算的运算部33。运算部33可以包括存储部34、移动量计算部35、偏航方向推定部36、逻辑修正部37、推定值校正部38。

偏航驱动控制部32控制偏航驱动机构15。即，偏航驱动控制部32基于风向传感器17及风速传感器18的检测结果，来运算用于使机舱8回旋的控制信号。例如，以使机舱8追随通过风向传感器17检测到的风向的方式使机舱8回旋。即，通过风向传感器17及风速传感器18来决定机舱8的偏航方向的目标值。并且，偏航驱动控制部32适当地向偏航制动器16输出回旋停止指令，或者向偏航驱动机构15输出右回旋指令或左回旋指令。

在此，在使机舱8回旋至偏航方向的目标值时，能够选择右回旋及左回旋这2种回旋方向。在本实施方式中，如以下那样，偏航驱动控制部32决定机舱8的回旋方法。需要说明的是，在本实施方式中，在从风力发电装置1的上方观察机舱8时，右回旋是指顺时针的回旋方向，左回旋是指逆时针的回旋方向。

具体而言，在偏航方向传感器19正常时，偏航驱动控制部32以使通过偏航方向传感器19检测到的偏航方向值处在规定范围(偏航极限)内的方式决定机舱8的回旋方向。例如，在偏航方向传感器19正常时，若在偏航极限的范围内，则从高效化的观点出发，机舱8的回旋方向选择从当前的角度回旋至目标的角度时的回旋移动量(回旋角度)小的方向。另一方面，在偏航方向传感器19正常时，在目标的角度超过偏航极限时，选择从当前的角度回旋至目标的角度时的回旋移动量大的方向，即机舱8的偏航方向值较小那样的回旋方向。需要说明的是，偏航极限是表示机舱8的回旋被容许的规定范围的边界的阈值，若在偏航极限的范围内进行偏航回旋，则能够避免在机舱8与塔架9之间延伸的各种线缆等的过度的扭转引起的不良情况的发生。而且，如后述那样，作为对偏航回旋的极限监控，在具备软件极限监控部40和硬件极限监控部41的情况下，偏航极限包括在软件极限监控部40中使用的软件极限和在硬件极限监控部41中使用的硬件极限。这种情况下，在上述的偏航驱动控制部32中，使用软件极限作为偏航极限。

另外，在偏航方向传感器19发生异常时，偏航驱动控制部32以通过偏航方向推定部36算出的推定值处在规定范围内的方式决定机舱8的回旋方向。另一方面，在偏航方向传感器19发生异常时，在目标的角度超过规定范围(偏航极限)的情况下，偏航驱动控制部32选择机舱8的偏航方向值较小那样的回旋方向。需要说明的是，关于偏航方向推定部36的推定方法在后面叙述。

存储部34例如由不挥发性存储器构成，存储有由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值、由偏航方向推定部36算出的偏航方向推定值等。

移动量计算部35基于机舱8的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的机舱8的偏航回旋移动量。例如，偏航回旋移动量通过偏航回旋速度与偏航回旋时间之积来算出。在此，偏航回旋速度可以从偏航驱动机构的规格(例如偏航马达的规格)取得，也可以从用于检测偏航回旋速度的传感器取得。

偏航方向推定部36基于由移动量计算部35算出的规定期间的偏航回旋移动量和规定期间的开始时刻的偏航方向值，按照推定值计算逻辑，算出规定期间的结束时刻的机舱8的偏航方向的推定值。需要说明的是，推定值计算逻辑包含预先设定了变量的关系式。具体而言，关系式是表示规定期间的开始时刻的偏航方向值及规定期间的偏航回旋移动量与规定期间的结束时刻的偏航方向值的相关关系的式子。并且，该关系式根据机舱8的回旋方向而设定。如此，上述关系式分别对应于右回旋或左回旋而设定，因此即使在例如偏航驱动机构15的特性在右回旋和左回旋中不同的情况下，也能够算出与回旋方向对应的适当的偏航方向的推定值。如此算出的偏航方向推定值在偏航方向传感器19的异常时，取代由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值而存储在存储部34中，或者向偏航回旋控制部32输入。需要说明的是，由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值和由偏航方向推定部36算出的偏航方向推定值可以通过切换开关39来切换。在偏航方向传感器19的异常时的判断之际，在从偏航方向传感器19接收到传感器异常信号时，可以判断为偏航方向传感器19的异常时。而且，例如在偏航方向传感器19的机械部件(硬件)损坏时，偏航方向传感器19的输出信号看不出变化，因此在偏航方向传感器19的输出信号在一定时间未变化时，可以判断为偏航方向传感器19的异常时。

在具有上述结构的偏航控制系统30中，在偏航方向传感器19正常时，偏航驱动控制部32基于偏航方向传感器19产生的偏航方向值的检测结果来决定机舱8的回旋方向。另一方面，在偏航方向传感器19发生异常时，偏航驱动控制部32基于由偏航方向推定部36算出的推定值来决定机舱的回旋方向。因此，例如即使因故障或误动作等的偏航方向传感器19的异常而无法准确地检测机舱的当前的偏航方向值的情况下，也能够通过使用偏航方向的推定值来决定适当的机舱的回旋方向。由此，能够防止机舱8超过偏航极限而回旋的情况，并能够防止在机舱8与塔架9之间延伸的各种线缆超过极限而扭转的情况，从而能够进行风力发电装置1的持续的稳定运行。

另外，在偏航方向推定部36中，基于根据机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间而算出的规定期间的偏航回旋移动量和规定期间的开始时刻的偏航方向值，来算出规定期间的结束时刻的机舱的偏航方向的推定值。因此，即便是偏航方向传感器19未多路复用的风力发电装置1，也能够在偏航方向传感器19的故障·异常发生时为了取得偏航方向值而利用偏航方向推定部36来取代偏航方向传感器19，能够实现恰如使偏航方向传感器19多路复用那样的具有冗余性的系统。由此，不需要以多路复用为目的的偏航方向传感器19的追加设置用的费用或空间，能够提高风力发电装置1的运行的安全性、可靠性、运转率等。

此外，具有上述结构的偏航控制系统30如上述那样通过偏航驱动控制部32，在偏航方向传感器19发生异常时，基于偏航方向的推定值来决定回旋方向，因此，即使在进行机舱8的风向追随控制的情况下，也能够避免超过偏航极限那样的机舱8的回旋。

在一个实施方式中，偏航控制系统30可以还具备逻辑修正部37。逻辑修正部37包含于运算部33，基于在偏航方向传感器19正常时由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值与在偏航方向传感器19正常时由偏航方向推定部36算出的偏航方向的推定值之间的比较结果，对偏航方向推定部36的推定值计算逻辑进行修正。偏航方向推定部36的偏航方向的推定值有时包含偏航驱动机构15的个体差异、时效变化等引起的积分误差。因此，如上述那样，利用在偏航方向传感器19正常时取得的偏航方向传感器19的检测结果对偏航方向推定部36的推定值计算逻辑进行修正，由此能够提高偏航方向推定部36的偏航方向的推定精度。由此，在偏航方向传感器19发生异常时，基于通过偏航方向推定部36算出的偏航方向的准确的推定值，能够决定机舱8的回旋方向。

在一个实施方式中，偏航方向推定部36根据规定期间的开始时刻的偏航方向值及规定期间的偏航回旋移动量与规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，算出偏航方向的推定值。这种情况下，逻辑修正部可以基于比较结果对关系式进行修正。在此结构中，推定值计算逻辑包含规定期间的开始时刻的偏航方向值及规定期间的偏航回旋移动量与规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，逻辑修正部37对该关系式进行修正。由此，通过关系式的修正能够实现适当的推定值计算逻辑，能够提高偏航方向推定部36的偏航方向的推定精度。

在一个实施方式中，偏航控制系统30还具备用于在偏航方向传感器发生异常时对通过偏航方向推定部算出的推定值进行校正的推定值校正部38。推定值校正部38基于通过与风力发电装置1具有风况的类似性且具有健全的偏航方向传感器19的其他风力发电装置的健全的偏航方向传感器检测的基准偏航方向值，对偏航方向推定值进行校正。通常，偏航驱动控制部32例如根据由风向传感器17检测到的风向等的风况来控制机舱8的偏航回旋。因此，可认为放置在相互类似的风况下的多个风力发电装置1进行了大致等量的偏航回旋。因此，基于通过具有风况的类似性的其他风力发电装置的健全的偏航方向传感器19检测的基准偏航方向值，对风力发电装置1的偏航方向的推定值进行校正，由此能够算出偏航方向的准确的推定值。例如，在上述的图3那样的风力发电厂100中，在风力发电装置1A中发生了偏航方向传感器19的异常时，作为与风力发电装置1具有风况的类似性的结构，可以选择例如距离近的风力发电装置1B、1C等。若上述其他风力发电装置1B、1C的偏航方向传感器19健全，则可以基于通过这些风力发电装置1B、1C检测的基准偏航方向值，对偏航方向推定值进行校正。

在上述实施方式中，推定值校正部38可以在通过偏航方向推定部36算出的偏航方向的推定值的设定期间的变化量与设定期间的基准偏航方向值的变化量之间的差量超过阈值时，基于基准偏航方向值而对推定值进行校正。这是由于在风力发电装置1的偏航方向推定值的变化量与其他风力发电装置的基准偏航方向值的变化量之间的差量超过了阈值时，所述风力发电装置的偏航方向推定值的误差存在过大的可能性，因此基于基准偏航方向值对推定值进行校正。由此，防止偏航方向推定值从实际的偏航方向值大幅背离的情况，实现推定精度的提高。

另外，在一个实施方式中，偏航控制系统30可以具备中央监控控制装置31所包含的软件极限监控部40和与中央监控控制装置31另行设置的硬件极限监控部41。

软件极限监控部40在偏航方向传感器19正常时，以避免由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值超过软件极限的方式进行监控。即，在偏航方向值超过了软件极限时，软件极限监控部40以成为偏航方向值不超过软件极限的回旋方向的方式对偏航驱动控制部32发送指令。在偏航方向传感器19的异常时，以避免由偏航方向推定部36算出的偏航方向推定值超过软件极限的方式进行监控。即，在偏航方向推定值超过了软件极限时，软件极限监控部40以成为偏航方向值不超过软件极限的回旋方向的方式对偏航驱动控制部32发送指令。

硬件极限监控部41在偏航方向传感器19正常时，以避免由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值超过硬件极限的方式进行监控。即，在偏航方向值超过了硬件极限时，硬件极限监控部41进行风力发电装置1的停止控制。此时，风力发电装置1的辅机类的电源也可以切断。硬件极限监控部41在偏航方向传感器19的异常时，以避免由偏航方向推定部36算出的偏航方向推定值超过硬件极限的方式进行监控。即，在偏航方向推定值超过了硬件极限时，硬件极限监控部41进行风力发电装置1的停止控制。此时，风力发电装置1的辅机类的电源也可以切断。

通常，硬件极限设定为比软件极限严格的条件，例如软件极限为作为偏航回旋的容许范围的±270°，硬件极限是作为扭转角度极限的±720°。在此，+表示右回旋，-表示左回旋。

以下，关于本发明的实施方式的风力发电装置1的偏航控制方法，详细说明其步骤。

需要说明的是，在此，作为风力发电装置的一例，叙述了上风型的风力发电装置1，但本发明的实施方式的偏航控制方法也可以适用于下风型等的其他风力发电装置。

首先，在偏航方向检测步骤中，通过偏航方向传感器19检测机舱8的当前的偏航方向值。偏航方向传感器19对偏航方向的检测可以以规定间隔断续进行，也可以持续进行。

接下来，在移动量计算步骤中，基于机舱8的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的机舱8的偏航回旋移动量。

而且，在偏航方向推定步骤中，基于在移动量计算步骤中算出的规定期间的偏航回旋移动量和规定期间的开始时刻的偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出规定期间的结束时刻的机舱的偏航方向的推定值。需要说明的是，推定值计算逻辑包含预先设定了变量的关系式。具体而言，关系式是表示规定期间的开始时刻的偏航方向值及规定期间的偏航回旋移动量与规定期间的结束时刻的偏航方向值的相关关系的式子。并且，该关系式根据机舱8的回旋方向而设定。如此，上述关系式分别对应于右回旋或左回旋而设定，由此能够算出与回旋方向对应的适当的偏航方向的推定值。

在偏航驱动控制步骤中，作为基本的动作，基于风向传感器17的检测结果，以使机舱8追随通过风向传感器检测到的风向的方式使机舱8沿回旋方向回旋。除此之外，在偏航驱动控制步骤中，以在偏航方向传感器19正常时使在偏航方向检测步骤中检测到的偏航方向值处于规定范围内的方式决定机舱的回旋方向，并且以在偏航方向传感器19发生异常时使通过偏航方向推定步骤算出的推定值处于规定范围内的方式决定机舱的回旋方向。

接下来，参照图5至图7，说明具体的偏航控制方法。需要说明的是，图5是表示一个实施方式的风力发电装置的偏航控制系统的偏航方向推定值计算步骤的流程图。图6是表示一个实施方式的风力发电装置的各指令信号及传感器检测信号的时间图。图7是表示其他的实施方式的风力发电装置的偏航控制系统的偏航方向推定值计算步骤的流程图。

在图5中，首先，判断风力发电装置1的机舱8是否为回旋停止中。若机舱8为回旋停止中，则通过偏航方向传感器19或偏航方向推定部36刚取得的偏航方向值(或偏航方向推定值)对已经存储于存储部34的偏航方向值进行更新。另一方面，若机舱8为回旋中，则读出存储在存储部34中的偏航方向值。此时，判断机舱8是否为右回旋中，在右回旋中的情况下，从存储部34读出右回旋用偏航回旋速度，进而从存储部34读出右回旋用校正增益。并且，在移动量计算步骤中，算出偏航回旋移动量。例如，偏航回旋移动量通过右回旋用偏航回旋速度与右回旋用校正增益之积来算出。并且，在偏航方向推定步骤中，算出偏航方向的推定值。例如，将从存储部34读出的偏航方向值加上偏航回旋移动量，并对该和乘以右回旋用校正增益而算出偏航方向推定值。需要说明的是，即使在机舱8不是右回旋中的情况下，即机舱8为左回旋中的情况下，也利用与上述同样的步骤，使用左回旋用偏航回旋速度及左回旋用校正增益，来算出偏航方向推定值。

在此，判断偏航方向传感器19的异常是否发生。若偏航方向传感器19的异常未发生，则结束该周期的运算。另一方面，在偏航方向传感器19发生异常时，在逻辑修正步骤中算出校正增益。校正增益如上述那样，基于在偏航方向传感器19正常时由偏航方向传感器19检测到的偏航方向值与在偏航方向传感器19正常时由偏航方向推定部36算出的偏航方向的推定值之间的比较结果，算出新的校正增益。并且，在机舱8为右回旋中的情况下，利用新的右回旋用校正增益对存储于存储部34的右回旋用校正增益进行更新，在机舱8为左回旋中的情况下，利用新的左回旋用校正增益对存储于存储部34的左回旋用校正增益进行更新。这样，结束一个运算周期。通过反复进行该运算，能够实现偏航方向推定值的推定精度的提高，并可靠地取得偏航方向值。图6是通过模拟而得到的时间图，如该图所示，偏航方向值与偏航方向推定值示出大致相同的时效变化。

图7所示的流程图在图3所示的风力发电厂100设置的风力发电装置1中能够良好地适用。

在图7中，首先，在检测到偏航方向传感器19的异常发生中的风力发电装置(风车)A时，判断风力发电装置A的风向传感器17及风速传感器18(风向风速计)是否正常。在风力发电装置A的风向传感器17及风速传感器18正常时，读出由风向传感器17及风速传感器18计测到的风力发电装置A的风向及风速。在风力发电装置A的风向传感器17及风速传感器18不正常时，判断其他风力发电装置B的风向传感器17及风速传感器18是否正常，在正常时，读出风力发电装置B的风向及风速。在其他风力发电装置B的风向传感器17及风速传感器18不正常时，判断MET102(参照图3)的风向传感器及风速传感器是否正常，在正常时，读出MET102的风向及风速。

并且，将风况与风力发电装置A的风况类似的其他风力发电装置提取出。此时，从至少风向传感器17正常，且偏航控制为通常模式(例如除初始回旋模式等特殊的模式之外)，且风向及风速准确的风力发电装置中，选择设定台数的计测到最接近风力发电装置A的值的风力发电装置。例如，设定台数设为2台。

在此，在提取出风力发电装置D和风力发电装置E时，将风力发电装置D和风力发电装置E的偏航极限状态存储于F。接下来，算出风力发电装置D与风力发电装置E的偏航方向值的平均值G。并且，判断风力发电装置A的偏航方向推定值和平均值G是否相等。在风力发电装置A的偏航方向推定值与平均值G不相等时，利用平均值G对存储于风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值进行更新。在风力发电装置A的偏航方向推定值与平均值G相等时，存储在风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值保持原封不动的状态。

另一方面，作为风况与风力发电装置A的风况类似的其他风力发电装置，在提取出了一台风力发电装置D的情况下，将风力发电装置D的偏航极限状态存储于F。接下来，将风力发电装置D的偏航方向值存储于G。并且，与上述同样地，判断风力发电装置A的偏航方向推定值与G是否相等。在风力发电装置A的偏航方向推定值与G不相等时，利用G对存储在风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值进行更新。在风力发电装置A的偏航方向推定值与G相等时，存储在风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值保持原封不动的状态。

另外，在风况与风力发电装置A的风况类似的其他风力发电装置一台也未提取出的情况下，将0存储于F。接下来，将风力发电装置A的偏航方向的推定值存储于G。并且，与上述同样地，判断风力发电装置A的偏航方向推定值与G是否相等。在风力发电装置A的偏航方向推定值与G不相等时，利用G对存储在风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值进行更新。在风力发电装置A的偏航方向推定值与G相等时，存储在风力发电装置A的存储部34中的偏航方向值保持原封不动的状态。

如此，通过利用其他风力发电装置或MET102等的数据，能够更高精度地取得风力发电装置1的机舱8的偏航方向推定值。

如以上说明那样，根据上述的实施方式，即使在未能准确地检测到机舱的当前的偏航方向值的情况下，通过使用偏航方向的推定值也能够决定适当的机舱的回旋方向。由此，能够防止机舱8超过偏航极限而回旋的情况，并能够防止在机舱8与塔架9之间延伸的各种线缆超过极限而扭转的情况，从而能够进行风力发电装置1的持续的稳定运行。

另外，即使在偏航方向传感器19未多路复用的风力发电装置1中，也能够在偏航方向传感器19的故障·异常发生时为了取得偏航方向值而利用偏航方向推定部36来取代偏航方向传感器19，能够实现恰如使偏航方向传感器19多路复用那样的具有冗余性的系统。由此，不需要以多路复用为目的的偏航方向传感器19的追加设置用的费用或空间，就能够提高风力发电装置1的运行的安全性、可靠性、运转率等。

以上，详细说明了本发明的实施方式，但本发明并未限定于此，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然可以进行各种改良或变形。

例如，在上述的实施方式中，说明了用于控制偏航驱动机构的偏航驱动控制部32设于中央监控控制装置31的情况，但是偏航驱动控制部32也可以分别设于各风力发电装置1(图3中的风力发电装置1A～1D)。即，图4所示的偏航控制系统30可以对各个风力发电装置1设置。

Claims (8)

1.一种风力发电装置的偏航控制系统，所述风力发电装置具有能够通过偏航驱动机构而偏航回旋的机舱，所述风力发电装置的偏航控制系统的特征在于，具备：

偏航方向传感器，用于检测所述机舱的当前的偏航方向值；

移动量计算部，用于基于所述机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的所述机舱的偏航回旋移动量；

偏航方向推定部，基于由所述移动量计算部算出的所述规定期间的所述偏航回旋移动量和所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出所述规定期间的结束时刻的所述机舱的偏航方向的推定值；及

偏航驱动控制部，用于控制所述偏航驱动机构，

所述偏航驱动控制部在所述偏航方向传感器正常时，基于所述偏航方向传感器产生的所述偏航方向值的检测结果来决定所述机舱的回旋方向，并且在所述偏航方向传感器发生异常时，基于由所述偏航方向推定部算出的所述推定值来决定所述机舱的回旋方向。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置的偏航控制系统，其中，

还具备风向传感器，所述风向传感器用于检测作用于所述风力发电装置的风的风向，

所述偏航驱动控制部基于所述风向传感器的检测结果，以所述机舱追随由所述风向传感器检测到的所述风向的方式，使所述机舱沿所述回旋方向回旋。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置的偏航控制系统，其中，

还具备逻辑修正部，所述逻辑修正部基于在所述偏航方向传感器正常时由所述偏航方向传感器检测到的所述偏航方向值与在所述偏航方向传感器正常时由所述偏航方向推定部算出的所述偏航方向的推定值之间的比较结果，来修正所述偏航方向推定部的所述推定值计算逻辑。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置的偏航控制系统，其特征在于，

所述偏航方向推定部根据所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值及所述规定期间的所述偏航回旋移动量与所述规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，算出所述偏航方向的所述推定值，

所述逻辑修正部基于所述比较结果对所述关系式进行修正。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的风力发电装置的偏航控制系统，其特征在于，

所述偏航方向推定部根据所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值及所述规定期间的所述偏航回旋移动量与所述规定期间的结束时刻的偏航方向值之间的关系式，算出所述偏航方向的所述推定值，

所述关系式根据所述机舱的回旋方向而设定。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的风力发电装置的偏航控制系统，其特征在于，

还具备推定值校正部，所述推定值校正部用于在所述偏航方向传感器发生异常时对由所述偏航方向推定部算出的所述推定值进行校正，

所述推定值校正部基于通过与所述风力发电装置具有风况的类似性且具有健全的偏航方向传感器的其他风力发电装置的所述健全的偏航方向传感器检测的基准偏航方向值，对所述推定值进行校正。

7.根据权利要求6所述的风力发电装置的偏航控制系统，其特征在于，

所述推定值校正部在通过所述偏航方向推定部算出的所述偏航方向的所述推定值的设定期间的变化量与所述设定期间的所述基准偏航方向值的变化量之间的差量超过了阈值时，基于所述基准偏航方向值对所述推定值进行校正。

8.一种风力发电装置的偏航控制方法，所述风力发电装置具有能够通过偏航驱动机构而偏航回旋的机舱，所述风力发电装置的偏航控制方法的特征在于，包括：

偏航方向检测步骤，通过偏航方向传感器检测所述机舱的当前的偏航方向值；

移动量计算步骤，基于所述机舱的偏航回旋速度及偏航回旋时间，算出规定期间的所述机舱的偏航回旋移动量；

偏航方向推定步骤，基于在所述移动量计算步骤中算出的所述规定期间的所述偏航回旋移动量和所述规定期间的开始时刻的所述偏航方向值，通过推定值计算逻辑，算出所述规定期间的结束时刻的所述机舱的偏航方向的推定值；及

偏航驱动控制步骤，控制所述偏航驱动机构，

在所述偏航驱动控制步骤中，在所述偏航方向传感器正常时，基于所述偏航方向检测步骤的所述偏航方向值的检测结果来决定所述机舱的回旋方向，并且在所述偏航方向传感器发生异常时，基于在所述偏航方向推定步骤中算出的所述推定值来决定所述机舱的回旋方向。