CN104956073A - 控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置 - Google Patents

控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104956073A
CN104956073A CN201280077925.5A CN201280077925A CN104956073A CN 104956073 A CN104956073 A CN 104956073A CN 201280077925 A CN201280077925 A CN 201280077925A CN 104956073 A CN104956073 A CN 104956073A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
sensor
pitching angle
tower
air vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280077925.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104956073B (zh
Inventor
井手和成
松下崇俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Priority to CN201710840317.XA priority Critical patent/CN107503885B/zh
Publication of CN104956073A publication Critical patent/CN104956073A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104956073B publication Critical patent/CN104956073B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

对应于风向而高效地将风能转换成电能。浮体式风力发电装置(1)的控制装置(10)以使由第一传感器(16)检测的信号距风车叶片(15)的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器(a)和第三传感器(b)检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制俯仰角控制部(18)，通过基于由第二传感器(a)和第三传感器(b)检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制偏航驱动装置(17)，其中，第一传感器(16)检测相对于风车叶片(15)的回转面的垂直方向的风向偏差，第二传感器(a)检测机舱(13)与塔(12)的相对角度，第三传感器(b)检测塔(12)距基准位置的偏航角度。

Description

控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置
技术领域
本发明涉及控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置。
背景技术
以往，在设于海洋上的风力发电装置中，提出了将风车叶片的回转面的朝向控制成接受风的方向的技术。
例如，在下述专利文献1中，提出了如下的技术：在浮体式海洋上风力发电装置中，检测基体的偏航角、涡轮与塔的相对角(偏航角)，以减少基体的偏航角的方式控制偏航驱动装置。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】美国专利第8053916号说明书
发明内容
【发明要解决的课题】
然而，在上述专利文献1的方法中，未记载相对于风车叶片的回转面而风从横向流入的情况下的控制方法，存在无法消除相对于风车叶片的回转轴的风向偏差这样的问题。
本发明为了解决上述问题而作出，目的在于提供一种对应于风向而能够高效地将风能转换成电能的控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置。
【用于解决课题的方案】
为了实现上述目的，本发明提供以下的方案。
本发明的第一方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制装置，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，
以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
根据这样的结构，以使由第一传感器检测的信号距风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制俯仰角控制部，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测机舱与塔的相对角度，所述第三传感器检测塔距基准位置的偏航角度。
这样，将偏航驱动装置与风车叶片的俯仰角控制组合，进行风车叶片的回转面的偏航角度控制，由此将风车叶片的回转面与风向的偏差抑制得较小，能够将风能高效地转换成电能。
本发明的第二方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制装置，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来进行控制，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
根据这样的结构，以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
这样，独立地使风车叶片的俯仰角变动而产生力矩，由此将风车叶片的回转面与风向的偏差抑制得较小的情况下，能够将风能高效地转换成电能。
适用上述控制装置的所述浮体式风力发电装置可以设有浮在海洋上的浮体结构的基体和设置在所述基体上的塔。
风车叶片承受风，力作用在与风车叶片连接的转子上，因此即使通过偏航驱动装置使机舱转动，也能推定设置塔的基体的回转，但是根据本发明的控制装置，通过考虑转子的惯性及塔和浮体的惯性，能够准确地进行将风能高效地转换成电能的控制。
适用上述控制装置的所述浮体式风力发电装置可以设有浮在海洋上的塔。
在不具有基体的桅杆型的浮体式风力发电装置的情况下，与具有基体的浮体式风力发电装置相比，在稳定性的方面差，但是根据本发明的控制装置，即使是桅杆型的浮体式风力发电装置，也能够进行将风能高效地转换成电能的控制。
本发明的第三方案涉及一种风力发电场，具备：上述任一项记载的控制装置；及浮体式风力发电装置。
本发明的第四方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制方法，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
本发明的第五方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制程序，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
本发明的第六方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制方法，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
本发明的第七方案涉及一种浮体式风力发电装置的控制程序，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
【发明效果】
根据本发明，起到对应于风向而能够高效地将风能转换成电能这样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的浮体式风力发电装置的概略结构的图。
图2示出第一实施方式的浮体式风力发电装置的俯视图。
图3示出第一实施方式的控制装置的功能框图。
图4是第一实施方式的控制装置的动作流程。
图5是第一实施方式的控制装置的动作流程的接续。
图6是表示本发明的第二实施方式的浮体式风力发电装置的概略结构的图。
图7是用于说明倾斜角的图。
图8是第二实施方式的控制装置的动作流程。
具体实施方式
以下，关于本发明的控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置的实施方式，参照附图进行说明。
〔第一实施方式〕
图1是表示本发明的第一实施方式的风车(浮体式风力发电装置)1的概略结构的图。
如图1所示，风车1具有浮在海面5的海洋上的浮体结构的基体11、设置在基体上的塔12、设置在塔12的上端的机舱13、能够绕着大致水平的轴线回转地设于机舱13的转子头14、偏航驱动装置17、俯仰角控制部18、风速风向计(第一传感器)16、第二传感器a、第三传感器b、控制装置10。而且，基体11经由系留索4而连接于海底3。在转子头14上绕着其回转轴线呈放射状地安装有3根风车叶片15。由此，从转子头14的回转轴线方向吹到风车叶片15的风的力被转换成使转子头14绕着回转轴线回转的动力，该动力由设于风车1的发电设备(图示略)转换成电能。而且，将通过风车叶片15绕着回转轴线回转的情况下的风车叶片15形成的面作为风车叶片15的回转面。
另外，在转子头14设有控制装置10，该控制装置10根据风况，使风车叶片15绕着风车叶片15的轴线回转来控制风车叶片15的俯仰角等，从而控制风车1的运转。在机舱13设有风速风向计16。风速风向计16测定风速和相对于风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，并将测定结果向控制装置10输出。
另外，在塔12的与机舱13的连接部分上设有偏航驱动装置17。偏航驱动装置17基于从控制装置10取得的偏航驱动指令值，使机舱13偏航旋转。而且，俯仰角控制部18控制安装于转子头14的3根风车叶片15的各自的俯仰角。
需要说明的是，在本实施方式中，以设有3根风车叶片15的风车为例进行说明，但风车叶片15的根数并不局限于3根，也可以为2根的情况、或比3根多，没有特别限定。
第二传感器a检测机舱13与塔12的相对角度。
第三传感器b检测塔12的距基准位置的偏航角度。在本实施方式中，塔12设于基体11，因此第三传感器b检测基体11的距基准位置的偏航角度作为基体偏航角。
在此，图2示出本实施方式的风车1的俯视图。
在将图2的纸面右侧设为基体11的基准位置(基准方位)的情况下，检测距基准位置的基体11的偏移作为塔12距基准位置的基体偏航角z(第三传感器b)。而且，检测转子头14的回转轴与风向的偏差作为风向偏差x(风速风向计16)。机舱13与塔12的相对角度通过转子头14的回转轴与基体11的基准位置的偏差而被检测作为涡轮偏航角y(第二传感器a)。
如图3所示，控制装置10基于风向偏差x、涡轮偏航角y、基体偏航角z及风速的信息，来决定分别驱动3根风车叶片15的俯仰角指令值、偏航驱动指令值。具体而言，控制装置10以由风速风向计16检测的信号(风向偏差x)成为距风车叶片15的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器a检测的信号(涡轮偏航角y)和由第三传感器b检测的信号(基体偏航角z)而算出的俯仰角指令值来控制俯仰角控制部18，并通过基于由第二传感器a和第三传感器b检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制偏航驱动装置17。规定范围内的角度优选为风车叶片15距回转轴方向为0°附近的范围，更优选为回转轴方向(即，0°)。换言之，控制装置10输出使风车叶片15的回转面与风向正对的俯仰角指令值和使塔12朝向基准位置方向的偏航驱动指令值。
接着，关于本实施方式的风力发电系统1的作用，参照图1至图4进行说明。
当风从转子头14的回转轴线方向吹到风车叶片15时，通过风速风向计16来检测距回转轴的风向偏差x，向控制装置10输出(图4的步骤SA1)。通过第二传感器a，检测机舱13与塔12的相对角度作为涡轮偏航角y，向控制装置10输出(图4的步骤SA2)。通过第三传感器b，检测基体偏航角z，向控制装置10输出(图4的步骤SA3)。判定风向偏差x距风车叶片15的回转面的垂直方向(转子头14的回转轴方向)是否为大于规定范围A的角度(图4的步骤SA4)，在判定为规定范围内的角度的情况下，输出使偏航驱动装置停止的偏航驱动装置停止指令(图5的步骤SA11)，进入图5的步骤SA9。
在判定为风向偏差x距风车叶片15的回转面的垂直方向为比规定范围A大的角度的情况下，运算用于使风向偏差x为规定范围内的偏航方向的空气动力转矩指令(图4的步骤SA5)。而且，运算用于使风向偏差x为规定范围内的各风车叶片15的俯仰角指令值θ’(图4的步骤SA6)。将用于使风向偏差x为规定范围内的各风车叶片15的俯仰角指令值θ’的信息与根据基于风速、输出而决定的俯仰角目标值来决定的俯仰角指令值θt相加(图5的步骤SA7)，决定驱动俯仰角控制部18的俯仰角指令值θ。
运算基于偏航方向的空气动力转矩指令而决定的偏航驱动装置17的偏航驱动指令值(例如，朝向、速度等)(图5的步骤SA8)。俯仰角指令值θ向俯仰角控制部18输出(图5的步骤SA9)，偏航驱动指令值向偏航驱动装置17输出(图5的步骤SA10)，结束本处理。
俯仰角控制部18基于俯仰角指令值θ来控制各风车叶片15的俯仰角，偏航驱动装置17基于偏航驱动指令值而使机舱13旋转。
如以上说明那样，根据本实施方式的控制装置10及方法以及程序、具备该控制装置的风车1(浮体式风力发电装置)，以使通过检测相对于风车叶片15的回转面的垂直方向的风向偏差x的风速风向计16检测的信号成为风车叶片15的回转面的垂直方向(相对于回转轴的风向偏差0°)的方式，通过基于检测机舱13与塔12的相对角度即涡轮偏航角y的第二传感器a、检测塔12距基准位置的基体偏航角z的第三传感器b检测到的信号而算出的俯仰角指令值，来控制俯仰角控制部，通过基于由第二传感器a和第三传感器b检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制偏航驱动装置。
这样，将基于偏航驱动装置的偏航控制与风车叶片15的俯仰角控制组合，产生偏航方向的回转转矩而进行风车叶片15的回转面的偏航角度控制。由此，即使在如浮体式风力发电装置那样塔12未固定于海底等，尽管通过偏航驱动装置进行偏航控制而塔12和基体11也旋转的情况下，也能够将风车叶片15的回转面与风向的偏差抑制得较小，能够高效地将风能转换成电能。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了风车1的塔12设于基体11的情况，但没有限定于此，也可以适用于未设置基体11的桅杆型的浮体式风力发电装置。需要说明的是，桅杆型的浮体式风力发电装置具有伴随着偏航控制而塔12容易旋转的倾向，因此通过适用本发明，能够更可靠地使桅杆型的浮体式发电装置的风车叶片的回转面朝向风向。
〔第二实施方式〕
接着，关于本发明的第二实施方式，使用图6进行说明。
本实施方式的浮体式风力发电装置的控制装置在风车叶片具有倾斜角这一点上，与上述第一实施方式不同。以下，关于本实施方式的控制装置，对于与第一实施方式共通的点，省略说明，主要说明不同点。
图6示出本实施方式的风车(浮体式风力发电装置)1’的概略结构。
如图6所示，风车1’具有浮在海洋上的浮体结构的基体11、设置在基体上的塔12、设置在塔12的上端的机舱13、能够绕着大致水平的轴线回转地设于机舱13的转子头14、俯仰角控制部18、第四传感器d、控制装置10’。而且，基体11经由系留索4而连接于海底3。在转子头14上绕着其回转轴线呈放射状地安装有3根风车叶片15。由此，从转子头14的回转轴线方向吹到风车叶片15的风的力被转换成使转子头14绕着回转轴线回转的动力，该动力由设于风车1的发电设备(图示略)转换成电能。而且，将通过风车叶片15绕着回转轴线回转的情况下的风车叶片15而形成的面作为风车叶片15的回转面。如图7所示，本实施方式的风车1’具有水平面与转子头14的回转轴线之间的角度即倾斜角(例如，5度)，以倾斜角的量而回转面朝上。
控制装置10’以使由检测相对于水平面的垂直轴与塔12的角度即涡轮俯仰角的第四传感器d检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各风车叶片15的俯仰角的俯仰角指令值来控制俯仰角控制部18。规定范围的角度优选从相对于水平面的垂直轴向塔12的风车叶片15的回转面方向的涡轮俯仰角等于倾斜角，即，相当于转子头14的回转轴成为水平的情况。
接着，关于本实施方式的风力发电系统1的作用，参照图8进行说明。
当风从转子头14的回转轴线方向吹到风车叶片15时，通过第四传感器，检测相对于水平面的垂直轴与塔12的角度即涡轮俯仰角(图8的步骤SB1)。推定最高效地承受风的涡轮俯仰角与检测到的涡轮俯仰角的偏差即涡轮俯仰角偏差(图8的步骤SB2)，进行涡轮俯仰角偏差的时间平均处理(图8的步骤SB3)。判定时间平均处理后的涡轮俯仰角偏差是否大于规定范围B(图8的步骤SB4)，在判定为涡轮俯仰角偏差为规定范围以下的情况下，进入图8的步骤SB8。
在判定为涡轮俯仰角偏差大于规定范围B的情况下，运算用于使涡轮俯仰角偏差成为规定范围内的角度的俯仰方向的空气动力转矩指令(图8的步骤SB5)。而且，基于俯仰方向的空气动力转矩指令，运算各风车叶片15的俯仰角指令值θ’(图8的步骤SB6)。将用于使涡轮俯仰角偏差成为规定范围内的各风车叶片15的俯仰角指令值θ’的信息与根据基于风速、输出而决定的俯仰角目标值来决定的俯仰角指令值θt相加(图8的步骤SB7)，决定驱动俯仰角控制部18的俯仰角指令值θ。俯仰角指令值θ向俯仰角控制部18输出(图8的步骤SB8)，结束本处理。
如以上说明那样，根据本实施方式的控制装置10及方法以及程序、具备该控制装置10的风车(浮体式风力发电装置)1’，以使由检测相对于水平面的垂直轴与塔12的角度即涡轮俯仰角的第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过俯仰角指令值控制各风车叶片15的俯仰角。
这样，独立地使风车叶片15的俯仰角变动，产生力矩，将风车叶片15的回转面与风向的偏差抑制得较小，由此能够高效地将风能转换成电能。
【标号说明】
1、1’ 风车
10、10’ 控制装置
16 风速风向计(第一传感器)
17 偏航驱动装置
18 俯仰角控制部
a 第二传感器
b 第三传感器
d 第四传感器

Claims (9)

1.一种浮体式风力发电装置的控制装置，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，
以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
2.一种浮体式风力发电装置的控制装置，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，
以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的浮体式风力发电装置的控制装置，其中，
所述浮体式风力发电装置设有浮在海洋上的浮体结构的基体和设置在所述基体上的塔。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的浮体式风力发电装置的控制装置，其中，
所述浮体式风力发电装置设有浮在海洋上的塔。
5.一种风力发电场，具备：
权利要求1～权利要求4中任一项所述的控制装置；及
浮体式风力发电装置。
6.一种浮体式风力发电装置的控制方法，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，
以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
7.一种浮体式风力发电装置的控制程序，所述浮体式风力发电装置具备：偏航驱动装置，使机舱相对于塔偏航旋转，所述塔在上端具备所述机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头；及俯仰角控制部，驱动所述风车叶片而控制俯仰角，其中，
以使由第一传感器检测的信号距所述风车叶片的回转面的垂直方向成为规定范围内的角度的方式，通过基于由第二传感器和第三传感器检测到的信号而算出的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，通过基于由所述第二传感器和所述第三传感器检测到的信号而算出的偏航驱动指令值来控制所述偏航驱动装置，其中，所述第一传感器检测相对于所述风车叶片的回转面的垂直方向的风向偏差，所述第二传感器检测所述机舱与所述塔的相对角度，所述第三传感器检测所述塔距基准位置的偏航角度。
8.一种浮体式风力发电装置的控制方法，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，
以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
9.一种浮体式风力发电装置的控制程序，所述浮体式风力发电装置具备驱动风车叶片而控制俯仰角的俯仰角控制部，并具有水平面与主轴之间的角度即倾斜角，其中，
以使由第四传感器检测的信号成为规定范围内的角度的方式，通过控制各所述风车叶片的俯仰角的俯仰角指令值来控制所述俯仰角控制部，所述第四传感器检测相对于水平面的垂直轴与塔之间的角度即涡轮俯仰角，所述塔在上端具备机舱，所述机舱设有由多个风车叶片接受风力而回转的转子头。
CN201280077925.5A 2012-12-26 2012-12-26 控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置 Expired - Fee Related CN104956073B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710840317.XA CN107503885B (zh) 2012-12-26 2012-12-26 浮体式风力发电装置的控制装置和控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/083747 WO2014102945A1 (ja) 2012-12-26 2012-12-26 制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた浮体式風力発電装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710840317.XA Division CN107503885B (zh) 2012-12-26 2012-12-26 浮体式风力发电装置的控制装置和控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104956073A true CN104956073A (zh) 2015-09-30
CN104956073B CN104956073B (zh) 2018-02-13

Family

ID=50973785

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710840317.XA Active CN107503885B (zh) 2012-12-26 2012-12-26 浮体式风力发电装置的控制装置和控制方法
CN201280077925.5A Expired - Fee Related CN104956073B (zh) 2012-12-26 2012-12-26 控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710840317.XA Active CN107503885B (zh) 2012-12-26 2012-12-26 浮体式风力发电装置的控制装置和控制方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8922042B2 (zh)
EP (1) EP2918827B1 (zh)
JP (1) JP6058029B2 (zh)
KR (1) KR101654498B1 (zh)
CN (2) CN107503885B (zh)
DK (1) DK2918827T3 (zh)
PT (1) PT2918827T (zh)
WO (1) WO2014102945A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107191330A (zh) * 2017-06-22 2017-09-22 中国华电科工集团有限公司 一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统
CN110475966A (zh) * 2017-03-31 2019-11-19 西门子歌美飒可再生能源公司 确定风力涡轮机的转子平面的定向
CN112283030A (zh) * 2019-07-24 2021-01-29 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的控制方法及设备

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6174245B2 (ja) * 2013-05-30 2017-08-02 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー／エス 浮体式風力タービンの傾斜減衰
DK178403B1 (en) * 2014-07-17 2016-02-08 Tsp Wind Technologies Shanghai Co Ltd Wind turbine generator yaw correction system and Method for operating WTG yaw correction system
DK3212927T3 (da) * 2014-10-31 2021-05-25 Gen Electric System og fremgangsmåde til styring af driften af en vindmølle
JP6510227B2 (ja) 2014-12-17 2019-05-08 株式会社日立製作所 風力発電システム
KR101715138B1 (ko) 2016-09-12 2017-03-10 한국항공우주연구원 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법
EP3519693B1 (en) * 2016-09-29 2020-09-16 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
DK3412908T3 (da) * 2017-06-09 2024-04-29 Nordex Energy Se & Co Kg Vindenergianlæg med system og fremgangmåde til at montere og til at drive et vindenergianlæg
KR102241272B1 (ko) * 2019-05-07 2021-04-19 울산대학교 산학협력단 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템
CN110410281B (zh) * 2019-07-15 2023-11-03 湖南科技大学 一种风电机组真实来流风速的测量方法和装置
KR102221576B1 (ko) * 2019-12-05 2021-03-02 한국에너지기술연구원 풍력 발전기의 출력증가 및 하중감소를 위한 나셀 라이다를 이용한 풍력발전기 제어시스템 및 이를 이용한 풍력발전기 제어방법
CN113738594B (zh) * 2020-05-29 2023-06-06 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的风向偏差诊断系统和方法
CN113864132B (zh) * 2020-06-30 2023-04-07 乌鲁木齐金风天翼风电有限公司 塔架净空的监测方法、装置及设备
WO2022139030A1 (ko) * 2020-12-23 2022-06-30 한국에너지기술연구원 나셀 라이다를 이용한 풍력발전기 제어시스템 및 이를 이용한 풍력발전기 제어방법
KR102483234B1 (ko) 2021-01-27 2023-01-03 한국과학기술원 웨이크 완화를 위한 풍력터빈시스템
KR20240044048A (ko) 2022-09-28 2024-04-04 한국전력공사 풍향 편차 예측 감시를 통한 출력 효율 향상 시스템 및 방법
JP2024065150A (ja) * 2022-10-31 2024-05-15 三菱造船株式会社 浮体式風車のヨー運動低減装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1635057A2 (de) * 2001-02-10 2006-03-15 Aloys Wobben Azimuthsnachführung einer windkraftanlage
JP2008286156A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法
US20100003134A1 (en) * 2006-10-10 2010-01-07 James Ian Edwards Wind and wave power generation
CN101821689A (zh) * 2007-10-12 2010-09-01 西门子公司 用于为控制和/或监测应用提供至少一种输入传感器信号的方法和设备以及控制设备
CN102418663A (zh) * 2011-12-29 2012-04-18 一重集团大连设计研究院有限公司 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29612720U1 (de) * 1996-07-23 1996-10-02 Aerodyn Gmbh Windkraftanlage
AU2003213772A1 (en) * 2002-03-08 2003-09-22 Ocean Wind Energy Systems Offshore wind turbine
EP2562415B1 (en) 2003-09-10 2016-01-06 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, Ltd. Blade-pitch-angle control device and wind power generator
CA2557396C (en) * 2004-02-27 2010-12-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator, active damping method thereof, and windmill tower
NO20041208L (no) * 2004-03-22 2005-09-23 Sway As Fremgangsmate for reduskjon av aksialkraftvariasjoner for rotor samt retningskontroll for vindkraft med aktiv pitchregulering
JP4468751B2 (ja) * 2004-06-30 2010-05-26 富士重工業株式会社 水平軸風車およびその待機方法
EP2097642B1 (en) * 2006-12-08 2013-08-21 Vestas Wind Systems A/S A method for damping edgewise oscillations in one or more blades of a wind turbine, an active stall controlled wind turbine and use hereof
EP2132437B2 (en) * 2007-03-30 2018-10-03 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with pitch control
EP2017468A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Method for wind turbine yaw control
US7709972B2 (en) * 2007-08-30 2010-05-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine system for satisfying low-voltage ride through requirement
JP4801779B2 (ja) 2007-12-14 2011-10-26 三菱重工業株式会社 風力発電装置
US8169099B2 (en) * 2008-08-18 2012-05-01 Samuel Roznitsky Deep offshore floating wind turbine and method of deep offshore floating wind turbine assembly, transportation, installation and operation
GB0907132D0 (en) * 2009-04-24 2009-06-03 Statoilhydro Asa Wave energy extraction
JP5271866B2 (ja) * 2009-10-22 2013-08-21 三菱重工業株式会社 風力発電装置
JP5031092B2 (ja) * 2010-02-10 2012-09-19 三菱重工業株式会社 風力発電装置および風力発電装置の制御方法
US8022566B2 (en) * 2010-06-23 2011-09-20 General Electric Company Methods and systems for operating a wind turbine
ES2391332B1 (es) 2010-12-29 2013-10-17 Acciona Windpower, S.A. Conjunto aerogenerador-plataforma flotante y método para la orientación de dicho conjunto.
US8536722B1 (en) * 2012-02-29 2013-09-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-turbine-generator control system, wind turbine generator, wind farm, and wind-turbine-generator control method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1635057A2 (de) * 2001-02-10 2006-03-15 Aloys Wobben Azimuthsnachführung einer windkraftanlage
US20100003134A1 (en) * 2006-10-10 2010-01-07 James Ian Edwards Wind and wave power generation
JP2008286156A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法
CN101821689A (zh) * 2007-10-12 2010-09-01 西门子公司 用于为控制和/或监测应用提供至少一种输入传感器信号的方法和设备以及控制设备
CN102418663A (zh) * 2011-12-29 2012-04-18 一重集团大连设计研究院有限公司 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110475966A (zh) * 2017-03-31 2019-11-19 西门子歌美飒可再生能源公司 确定风力涡轮机的转子平面的定向
CN110475966B (zh) * 2017-03-31 2022-02-25 西门子歌美飒可再生能源公司 确定风力涡轮机的转子平面的定向
CN107191330A (zh) * 2017-06-22 2017-09-22 中国华电科工集团有限公司 一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统
CN112283030A (zh) * 2019-07-24 2021-01-29 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的控制方法及设备
CN112283030B (zh) * 2019-07-24 2022-09-06 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的控制方法及设备

Also Published As

Publication number Publication date
DK2918827T3 (en) 2017-04-24
JP6058029B2 (ja) 2017-01-11
US8922042B2 (en) 2014-12-30
EP2918827A4 (en) 2016-01-06
CN107503885B (zh) 2019-06-07
WO2014102945A1 (ja) 2014-07-03
US20140175795A1 (en) 2014-06-26
EP2918827B1 (en) 2017-02-08
CN107503885A (zh) 2017-12-22
PT2918827T (pt) 2017-05-12
EP2918827A1 (en) 2015-09-16
CN104956073B (zh) 2018-02-13
KR101654498B1 (ko) 2016-09-05
KR20150088834A (ko) 2015-08-03
JPWO2014102945A1 (ja) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104956073A (zh) 控制装置及方法以及程序、具备该控制装置的浮体式风力发电装置
US9670908B2 (en) Installation and method for exploiting wind energy
CN102644546B (zh) 风力涡轮机的叶片载荷减少
EP2400153B1 (en) Methods and systems for operating a wind turbine
US8038396B2 (en) Vortex generator assembly for use with a wind turbine rotor blade and method for assembling a wind turbine rotor blade
EP1878914B1 (en) Cyclical Wave Energy Converter
ES2883346T3 (es) Control del rotor de una turbina eólica
US20110074155A1 (en) Floating offshore wind farm, a floating offshore wind turbine and a method for positioning a floating offshore wind turbine
CA2840441C (en) Method and apparatus for wind turbine noise reduction
US10400749B2 (en) Wind turbine
CA2810157C (en) Method of rotor-stall prevention in wind turbines
US20130134711A1 (en) Wind turbine
KR20130099036A (ko) 유체의 유동하는 조류로부터 전력을 발생하기 위한 시스템 및 방법
DK2642121T3 (en) A method of controlling a wind turbine by maximizing its production while minimizing the impact on the mechanical transmission
EP2742235B1 (en) Wind power plant and method of controlling wind turbine generator in a wind power plant
KR101656478B1 (ko) 풍력발전기
TWI708892B (zh) 風力發電裝置
WO2016147245A1 (ja) 水上風力発電システムおよび水上複合発電システム
JP2016217151A (ja) 発電システムおよび発電システムの制御方法
CN114148464A (zh) 一种可转动的浮力风机基础

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tan Muang

Patentee after: Vestas offshore wind Ltd.

Address before: Tan Muang

Patentee before: MHI VESTAS OFFSHORE WIND A/S

CP01 Change in the name or title of a patent holder
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211124

Address after: Aarhus

Patentee after: VESTAS WIND SYSTEMS A/S

Address before: Aarhus

Patentee before: Vestas offshore wind Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180213

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee