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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Windleistungserzeugungssystem, das aus einem Windleistungsgenerator und aus einer Regeleinheit besteht, und insbesondere auf ein Windleistungserzeugungssystem, das eine geeignete Regelung ausführt.
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Stand der Technik
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Ein Windleistungsgenerator hängt hinsichtlich der Leistungserzeugungsausgabe stark von Windbedingungen wie etwa der Windgeschwindigkeit, einer Turbulenzstärke des Winds und dergleichen ab. Um von dem Wind elektrische Leistung zu erhalten, ist es notwendig, dass durch Betreiben eines Blattverstellungswinkel-Aktuators zum Manipulieren eines Windempfangswinkels (Blattverstellungswinkels) eines Rotorblatts des Windleistungsgenerators und eines Windrichtungsnachführungs-Aktuators, um zu veranlassen, dass eine Rotorgondel einer Windrichtung gegenübersteht, der Energieumwandlungswirkungsgrad beim Umwandeln physikalischer Energie, die der Wind besitzt, in Rotationsenergie des Rotorblatts maximiert wird, und dass durch Manipulieren eines mechanischen Drehmoments, das ein Leistungsgenerator erzeugt, mittels eines elektrischen Leistungswandlers, der mit dem Leistungsgenerator verbunden ist, der Energieumwandlungswirkungsgrad beim Umwandeln der Rotationsenergie in elektrische Energie maximiert wird. Es muss ein Regelsystem eines Windleistungserzeugungssystems entworfen werden, das dies verwirklicht.
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Ferner variieren Belastungen, die Strukturen wie etwa ein Rotorblatt, ein Turm und dergleichen und Antriebsvorrichtungen wie etwa der oben erwähnte Blattverstellungsaktuator, Windrichtungsnachführungs-Aktuator und dergleichen, die den Windleistungsgenerator bilden, aufnehmen, in Abhängigkeit von dem Regelsystem des Windleistungserzeugungssystems selbst unter derselben Windbedingung. Allgemein ist es erforderlich, dass die Strukturen des Windleistungsgenerators in der Weise ausgelegt sind, dass der Windleistungsgenerator den Betrieb davon für eine lange Zeit von zwanzig Jahren oder mehr aushalten kann.
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Somit ist es notwendig, dass das Windleistungserzeugungssystem die Leistungserzeugungsausgabe maximiert und dass das Regelsystem und die Strukturen in der Weise ausgelegt sind, dass das Windleistungserzeugungssystem den Betrieb für die lange Zeit von zwanzig Jahren oder mehr aushalten kann. Somit wird beim Entwurf eines Windleistungserzeugungssystems eine Norm aufgestellt.
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In der Norm werden Klassifizierungen für Windbedingungen in Abhängigkeit von der mittleren Windgeschwindigkeit und von einem Turbulenzstärkeindex des Winds definiert und wird definiert, dass das Windleistungserzeugungssystem die Leistungserzeugungsoperation und den Halt der Leistungserzeugung und die Bereitschaft unter Windbedingungsanforderungen wie etwa böigem Wind und dergleichen in jeder Klassifizierung und Betriebsanforderungen nicht nur in einem Fall, dass Vorrichtungen eines Windleistungserzeugungssystems in Ordnung sind, sondern ebenfalls in einem Fall, dass einer der jeweiligen Blattverstellungswinkel-Aktuatoren mehrerer Rotorblätter in Funktionsunfähigkeit fällt und dergleichen, normal ausführen kann. Ein Windleistungserzeugungssystem wird hinsichtlich des Regelsystems und der Strukturen unter Berücksichtigung dieser Anforderungen ausgelegt und die entsprechenden Windbedingungsklassifizierungen sind als Produktspezifikationen für Windleistungserzeugungssysteme klar dargelegt.
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Im Fall der Einführung eines Windleistungserzeugungssystems besteht eine Windleistungsanlage (als eine Windfarm bezeichnet) häufig aus mehreren Windleistungserzeugungssystemen, wird zuvor eine Windbedingungsmessvorrichtung vorgesehen und misst sie für ein Jahr eine Windbedingung an einem geplanten Baustandort für die Windleistungsanlage und werden Windbedingungen wie etwa die mittlere Windgeschwindigkeit, die Turbulenzstärke und dergleichen aus den erhaltenen Messwerten berechnet und werden Windleistungserzeugungssysteme mit einer Spezifikation, die ihnen entsprechen, ausgewählt.
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Allerdings werden in der Windleistungsanlage, die tatsächlich mit dem Leistungserzeugungsbetrieb beginnt, nicht nur Wirkungen auf die Windbedingung wegen der Einführung der Windleistungserzeugungssysteme, sondern außerdem eine Turbulenz wegen des Leistungserzeugungsbetriebs der Windleistungserzeugungssysteme selbst eingeführt, so dass die tatsächliche Windbedingung von der zuvor angenommenen Windbedingung verschieden sein kann. Somit kann das Regelsystem, das auf der Grundlage der Norm ausgelegt ist, in dem tatsächlichen Leistungserzeugungsbetrieb hinsichtlich der Leistungserzeugungsausgabe oder der Belastungen, die auf die Strukturen ausgeübt werden, oder hinsichtlich beider nicht das beste sein. In einem solchen Fall ist es erforderlich, durch jeweiliges Einstellen der jeweiligen Windleistungserzeugungssysteme, die die Windleistungsanlage bilden, eine Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe und der Belastungen zu erzielen. Ferner wird erwartet, dass außerdem durch Ausführen der Einstellung des Regelsystems in Bezug auf eine Änderung wie etwa eine Wetterschwankung oder dergleichen, die gemäß der Jahreszeit oder mit Verstreichen der Jahre auftritt, die Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe und der Belastung erzielt wird.
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Somit sind als Verfahren zum Einstellen eines Regelsystems eines Windleistungserzeugungssystems Technologien bekannt, die z. B. in der Patentliteratur 1 und in der Patentliteratur 2 beschrieben sind.
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In der Patentliteratur 1 wird ein Modell, das das Leistungserzeugungssystem unter Verwendung von Betriebsdaten eines tatsächlichen Leistungserzeugungssystems simuliert, optimiert, wird ein Regelverfahren untersucht, das den Leistungserzeugungsbetrieb des Leistungserzeugungssystems unter Verwendung des optimierten Modells optimieren kann, wird das untersuchte Regelsystem in das tatsächliche Leistungserzeugungssystem integriert, wird das Regelsystem, das untersucht wird, mit den Betriebsdaten des Leistungserzeugungssystems überprüft und wird die Optimierung des oben erwähnten Modells, das das Leistungserzeugungssystem simuliert, wiederholt. Dadurch wird offenbart, dass ein optimales Regelsystem erhalten wird.
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Darüber hinaus sind in der Patentliteratur 2 eine Vorrichtung und ein Regelsystem offenbart, in denen ein Vergleich zwischen Betriebsinformationen eines tatsächlichen Windleistungserzeugungssystems und einer mechanischen Belastung des Windleistungserzeugungssystems vorgenommen wird und ein maximaler Drehzahlsollwert des Windleistungserzeugungssystems gemäß den Betriebsinformationen erhöht wird, falls die mechanische Belastung im Ergebnis der Betriebsinformationen verringert wird, um dadurch die Energieausbeute des Windleistungserzeugungssystems zu fördern.
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2015-149885
- Patentliteratur 2: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2009-287564
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technologie ist die Eingangsenergie Wind, so dass in das Modell eine Reaktion des Windleistungsgenerators auf eine Zeitreihenänderung der Windgeschwindigkeit und der Turbulenzstärke des empfangenen Winds integriert werden muss. Da der Wind eine Naturerscheinung ist, ist es aber unmöglich, ihn künstlich zu regeln, und ist es selbst unter Verwendung enormer analytischer Betriebsmittel schwierig, eine räumliche Verteilung des Winds, den der tatsächliche Windleistungsgenerator empfängt, detailliert zu reproduzieren. Somit ist das für die Optimierung zu verwendende Modell zwingend auf den Wind selbst gerichtet oder eines, in dem die Reaktion auf den Wind vereinfacht ist. Falls ein Zweck ist, ein Regelsystem zu untersuchen, das in Bezug auf die Zeitreihenänderung der Windgeschwindigkeit und der Turbulenzstärke des tatsächlich empfangenen Winds optimal ist, ist der Erfolg oder Misserfolg der Optimierung des Regelsystems durch die Simulationsgenauigkeit des Modells des Windleistungserzeugungssystems beschränkt, so dass das Regelsystem lediglich für das Modell, nachdem es optimiert worden ist, optimal ist, und nicht sichergestellt ist, dass es für das tatsächliche Windleistungserzeugungssystem optimal ist, so dass es ein Problem gibt, dass die Beschränkung an die Modellierung des Simulationsmodells nicht gelöst werden kann, selbst wenn die Optimierung jeder der Optimierungen des Simulationsmodells für das Windleistungserzeugungssystem und des Regelsystems ununterbrochen wiederholt wird.
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Ferner gibt es in der in der Patentliteratur 2 beschriebenen Technologie ein Problem, dass das Einstellverfahren zum Ändern des Sollwerts der maximalen Drehzahl den Anwendungsbereich eines spezifizierten Regelsystems vergrößern kann, aber keine Einstellung des Regelsystems selbst, die der Zeitreihenänderung der Windgeschwindigkeit und der Turbulenzstärke des Winds, den der Windmengen-Leistungsgenerator empfängt, entspricht, ausführen kann.
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Darüber hinaus ist Wind eine Naturerscheinung und ist es unmöglich, die Eingabe des Windleistungserzeugungssystems künstlich zu regeln. Ein Bewertungsindex zum Optimieren der Leistungserzeugungsausgabe, der Belastung und dergleichen wird immer durch eine Störung des Winds, so dass er sich ändert, beeinflusst, so dass ein geeignetes Bewertungsverfahren erforderlich ist.
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Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Windleistungserzeugungssystem, das ein Regelsystem selbst des Windleistungsgenerators selbst gemäß einer sich zeitlich ändernden Windbedingung aktualisieren kann.
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Lösung des Problems
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Zur Behandlung der obigen Probleme ist ein Windleistungserzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, dass das Windleistungserzeugungssystem einen Windleistungsgenerator, der unter Verwendung von Rotationsenergie wegen der Drehung eines Rotorblatts Elektrizität erzeugt, und eine Regeleinheit, die den Windleistungsgenerator regelt, umfasst, wobei die Regeleinheit eine Windleistungsgenerator-Regeleinheit und eine Verbesserungseinheit enthält, wobei in die Verbesserungseinheit der Strom/die Spannung und die Beschleunigung einer Leistungserzeugungsausgabe und/oder die erzeugte Leistung des Windleistungsgenerators als ein ausgewerteter Wert eingegeben werden, ein Statussignal einer Windgeschwindigkeit und/oder einer Rotorblattdrehzahl und/oder eines Rotorblattdrehwinkels eingegeben werden und sie auf der Grundlage des Statussignals einen Betriebsstatus des Windleistungsgenerators bestimmt; und dass sie ein Befehlssignal, das durch die Windleistungsgenerator-Regeleinheit an den Windleistungsgenerator ausgegeben wird, und/oder ein Ausgangssignal der Verbesserungseinheit, das an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit ausgegeben wird, in einer Weise aktualisiert, dass der ausgewertete Wert gemäß einer vorgeschriebenen Bedingung verbessert wird.
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Ein anderes Windleistungserzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass das Windleistungserzeugungssystem einen Windleistungsgenerator, der unter Verwendung von Rotationsenergie wegen der Drehung eines Rotorblatts Elektrizität erzeugt, eine Regeleinheit, die den Windleistungsgenerator regelt, und eine Verbesserungseinheit, die über ein Netz mit der Regeleinheit verbunden ist, umfasst, wobei die Regeleinheit eine Windleistungsgenerator-Regeleinheit enthält; und in die Verbesserungseinheit der Strom/die Spannung und die Beschleunigung einer Leistungserzeugungsausgabe und/oder die erzeugte Leistung des Windleistungsgenerators als ein ausgewerteter Wert eingegeben werden, ein Statussignal einer Windgeschwindigkeit und/oder einer Rotorblattdrehzahl und/oder eines Rotorblattdrehwinkels eingegeben werden und sie auf der Grundlage des Statussignals einen Betriebsstatus des Windleistungsgenerators bestimmt; und dass sie ein Befehlssignal, das durch die Windleistungsgenerator-Regeleinheit an den Windleistungsgenerator ausgegeben wird, und/oder ein Ausgangssignal der Verbesserungseinheit, das an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit ausgegeben wird, in einer Weise aktualisiert, dass der ausgewertete Wert gemäß einer vorgeschriebenen Bedingung verbessert wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ermöglicht, ein Windleistungserzeugungssystem zu schaffen, das ein Regelsystem selbst des Windleistungsgenerators gemäß einer sich zeitlich ändernden Windbedingung aktualisieren kann.
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Die Aufgabe, die Konfiguration und die Wirkung, die von den oben beschriebenen verschieden sind, gehen durch die folgende Erläuterung von Ausführungsformen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Gesamtkonfigurationsansicht eines Windleistungserzeugungssystems.
- 2 ist eine Ansicht, die eine Übersicht einer in 1 gezeigten Regeleinheit darstellt.
- 3 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit einer ersten Ausführungsform in Bezug auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine Blockansicht einer in 3 gezeigten Verbesserungseinheit.
- 5 ist eine Ansicht, die eine Übersicht einer Zeitreihenbeziehung der Signalverarbeitung in Bezug auf die erste Ausführungsform darstellt.
- 6 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit einer zweiten Ausführungsform in Bezug auf eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine Ansicht, die eine Übersicht einer Zeitreihenbeziehung der Signalverarbeitung in Bezug auf die zweite Ausführungsform darstellt.
- 8 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit einer dritten Ausführungsform in Bezug auf eine nochmals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 9 ist eine Blockansicht, die eine Verbesserungseinheit darstellt, die eine Regeleinheit der vierten Ausführungsform in Bezug auf eine abermals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
- 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Betriebsbereichs in Bezug auf die vierte Ausführungsform darstellt.
- 11 ist eine schematische Gesamtkonfigurationsansicht einer Windleistungsanlage, die mit mehreren Windleistungserzeugungssystemen versehen ist, der fünften Ausführungsform in Bezug auf eine abermals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Obwohl die vorliegende Erfindung in der vorliegenden Beschreibung in Bezug auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Beispielen von Leistungsgeneratoren vom Leeläufertyp als Windleistungsgeneratoren erläutert wird, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Windleistungsgeneratoren vom Luvläufertyp angewendet werden. Obwohl ein Beispiel beschrieben ist, in dem ein Rotor mit drei Rotorblättern und einer Nabe konfiguriert ist, ist der Rotor außerdem darauf nicht beschränkt und kann er mit einer Nabe und wenigstens einem Rotorblatt konfiguriert sein. Windleistungserzeugungssysteme, die Windleistungsgeneratoren und Regeleinheiten gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, können an irgendwelchen Orten wie etwa auf dem Meer, in Gebirgsgegenden und in Ebenen eingebaut werden.
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In 1 und 2 ist eine Übersicht eines Windleistungserzeugungssystems gezeigt, das ein Objekt ist, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist. 1 ist eine schematische Gesamtkonfigurationsansicht des Windleistungserzeugungssystems. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Windleistungserzeugungssystem mit einem Windleistungsgenerator 2 und mit einer Regeleinheit 3 konfiguriert. Der Windleistungsgenerator 2 ist mit wenigstens einem Rotorblatt 4 versehen und das Rotorblatt 4 kann durch einen Blattverstellungsaktuator 6, der in einem Innenraum einer Nabe 5 vorgesehen ist, um eine Rotorblattlängsrichtung als eine Drehwelle gedreht werden. Der Blattverstellungsaktuator 6 weist eine Funktion zum Einstellen eines Windempfangswinkels des Winds relativ zu dem Rotorblatt 4 auf einen optimalen Winkel, um Rotationsenergie von Energie des Winds zu erhalten, auf der Grundlage der Drehzahl des Rotorblatts auf. Die Rotationsenergie, die durch das Rotorblatt 4 von der Energie des Winds erhalten worden ist, wird über eine Hauptwelle 7, die mit der Nabe 5, mit einem Getriebe 9 und mit einem Leistungsgenerator 10 verbunden ist, die auf einem Rahmen 11 in einer Rotorgondel 8 eingebaut sind, mechanisch übertragen. Der Leistungsgenerator 10 ist mit einem Leistungswandler 13 elektrisch verbunden, der an einem Fußabschnitt eines Turms 12 vorgesehen ist, wobei der Leistungswandler 13 eine Funktion aufweist, in der der Leistungsgenerator 10 die Rotationsenergie durch Regeln des Drehmoments des Leistungsgenerators 10 in elektrische Leistung umwandelt. Darüber hinaus weist der Leistungswandler 13 außerdem eine Funktion zum Einstellen der in dem Leistungsgenerator 10 erhaltenen elektrischen Leistung in einer Weise, dass die elektrische Leistung an die Frequenz eines nicht gezeigten Stromversorgungssystems angepasst wird, und zum Übertragen der Elektrizität auf. Der Rahmen 11 ist über einen Windrichtungsnachführungs-Aktuator 14 mit dem Turm 12 verbunden und der Windrichtungsnachführungs-Aktuator 14 weist eine Funktion auf zu veranlassen, dass eine Orientierung der Rotorgondel 8 einer Windrichtung entspricht, indem er veranlasst, dass die Rotorgondel 8 um den Turm 12 als eine Drehwelle gedreht wird. Übrigens ist mit dem Rotorblatt 4 und mit der Nabe 5 ein Rotor konfiguriert. Darüber hinaus wird ein Abschnitt, der die Rotationsenergie des Rotorblatts 4 wie oben diskutiert an den Leistungsgenerator 10 überträgt, als ein Leistungsübertragungsabschnitt bezeichnet, wobei die Hauptwelle 7 und das Getriebe 9 in der vorliegenden Ausführungsform in dem Leistungsübertragungsabschnitt enthalten sind.
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2 ist eine Ansicht, die eine Übersicht der in 1 gezeigten Regeleinheit 3 darstellt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Regeleinheit 3 eine Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20. In die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 werden ein Statusrückkopplungssignal 24 von einer Antriebsvorrichtungsgruppe 21 wie etwa dem Blattverstellungsaktuator 6, dem Windrichtungsnachführungs-Aktuator 14, dem Leistungswandler 13 und dergleichen, mit denen der Windleistungsgenerator 2 ausgestattet ist, eingegeben. Außerdem wird in die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ein Statussignal 25 von einem Drehzahl-/Drehwinkelsensor 15 (1), der die Drehzahl oder den Drehwinkel des Rotorblatts 4 oder die Drehzahl oder den Drehwinkel des Leistungsgenerators 10, die bzw. der durch eine Erhöhung der Drehzahl des Rotorblatts 4 durch das Getriebe 9 verursacht ist, misst, von einem Stromsensor 16 und von einem Spannungssensor 17, die die erzeugte Leistung berechnen, und von einer Messsensorgruppe 23 wie etwa von einem Windgeschwindigkeits-/Windrichtungssensor 18 und dergleichen eingegeben. Außerdem gibt die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 auf der Grundlage des Statusrückkopplungssignals 24 und des Statussignals 25, die eingegeben werden, gemäß einem Regelsystem, das zuvor vorbereitet wird, ein Befehlssignal 26 an die Antriebsvorrichtungsgruppe 21 aus, damit der Windleistungsgenerator 2 elektrische Leistung von der Energie des Winds erhält. Das Befehlssignal 26 ist ein Befehlssignal, das wenigstens einen Blattverstellungswinkelbefehlswert für den Blattverstellungsaktuator 6, einen Drehmomentbefehl oder einen Leistungsbefehl für den Leistungswandler 13 und einen Winkelbefehl oder einen Winkelgeschwindigkeitsbefehl für den Windrichtungsnachführungs-Aktuator 14 enthält.
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Darüber hinaus ist in einem Windleistungserzeugungswerk, das eine Windfarm aufweist, die aus mehreren Windleistungserzeugungssystemen 1 besteht, ein Leistungsanlagen-Regelsystem 19 zur Gesamtregelung des Starts/Stopps der mehreren Windleistungserzeugungssysteme 1 und zur zusammenwirkenden Regelung mehrerer Windleistungsgeneratoren 2 durch Einstellen eines oberen Grenzwerts der erzeugten Leistung der jeweiligen Windleistungserzeugungssysteme 1 vorgesehen. Die Regeleinheiten 3 senden Informationen über die Leistungserzeugungsstatus des Windgenerators 2 an das Leistungsanlagen-Regelsystem 19 und das Leistungsanlagen-Regelsystem 19 sendet gemäß den oben erwähnten Zwecken einen Befehlswert des oberen Grenzwerts usw. des Starts/Stopps und der erzeugten Leistung an die Regeleinheiten 3. Die jeweiligen Regeleinheiten 3 regeln die Windleistungsgeneratoren 2 gemäß den oben erwähnten Befehlen. Außerdem können eine Vorrichtungsgruppe, eine Sensorgruppe und eine Informationsvorrichtungsgruppe wie etwa ein Bedienendgerät, eine Speichereinheit, eine Anzeigeeinheit usw., die für den Leistungserzeugungsbetrieb des Windleistungserzeugungssystems 1 erforderlich sind und die nicht gezeigt sind, vorgesehen sein.
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Übrigens nutzt die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 als die Regeleinheit 3, die das Windleistungserzeugungssystem 1 bildet, z. B. ein Bedienfeld oder SCADA (Überwachung, Regelung und Datenerfassung). Außerdem liest und implementiert die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 verschiedene Programme, die durch einen Prozessor wie etwa eine CPU (Zentraleinheit) usw., einen ROM, der verschiedene Programme (das oben erwähnte Regelsystem) speichert, einen RAM, der Daten eines Rechenoperationsprozesses vorübergehend speichert, und eine Speichereinheit wie etwa eine externe Speichereinheit usw., die nicht gezeigt sind, verwirklicht werden, und speichert sie ein Rechenoperationsergebnis, das ein Implementierungsergebnis ist, in dem RAM oder in der externen Speichereinheit.
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Obwohl in dem in 1 gezeigten Beispiel ein Fall dargestellt ist, dass die Regeleinheit 3 außerhalb angeordnet ist und wechselseitig mit dem Windleistungsgenerator 2 (unabhängig davon, ob sie verdrahtet oder drahtlos ist) kommunikationsfähig hergestellt ist, ist die vorliegende Erfindung außerdem darauf nicht beschränkt und kann die Regeleinheit 3 so konfiguriert sein, dass sie auf einer Fußabschnittsseite des Turms 12 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Regeleinheit 3 so konfiguriert sein, dass sie über ein Netz bei einer Befehlsstation an einem fernen Ort angeordnet ist.
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Im Folgenden werden hauptsächlich anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Regeleinheit 3, die das Windleistungserzeugungssystem in Bezug auf die vorliegende Erfindung bildet, erläutert.
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Erste Ausführungsform
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3 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit der ersten Ausführungsform in Bezug auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Regeleinheit 3 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 und mit einer Verbesserungseinheit 22 versehen. Zusätzlich zu einer allgemeinen Regelfunktion wird in die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ein Aktualisierungssignal 27 von der Verbesserungseinheit 22 eingegeben. In die Verbesserungseinheit 22 werden neben einem Statusrückkopplungssignal 24 von einer Ansteuervorrichtungsgruppe 21 und einem Statussignal 25 von einer Messsensorgruppe 23 Messwerte von wenigstens einem Drehzahl-/Drehwinkelsensor 15 und von einem Stromsensor 16 und von einem Spannungssensor 17 eingegeben, um eine erzeugte Ausgabe zu berechnen.
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4 ist eine Blockansicht der in 3 gezeigten Verbesserungseinheit. Wie in 4 gezeigt ist, enthält die Verbesserungseinheit 22 eine Leistungsberechnungseinheit 28, eine Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, eine Einheit 30 für statistische Verarbeitung und eine Optimierungseinheit 31. Die Leistungsberechnungseinheit 28, die Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, die Einheit 30 für statistische Verarbeitung und die Optimierungseinheit 31 lesen und implementieren verschiedene Programme, die durch einen Prozessor wie etwa eine CPU (Zentraleinheit) usw., einen ROM, der verschiedene Programme (das oben erwähnte Regelsystem) speichert, einen RAM, der vorübergehend Daten eines Rechenoperationsprozesses speichert, und eine Speichereinheit wie etwa eine externe Speichereinheit usw., die nicht gezeigt sind, verwirklicht werden, und speichert in dem RAM oder in der externen Speichereinheit ein Rechenoperationsergebnis, das ein Implementierungsergebnis ist. Die jeweiligen Funktionen werden im Folgenden ausführlich beschrieben.
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In die Leistungsberechnungseinheit 28 werden ein Stromsignal und ein Spannungssignal von dem Stromsensor 16 und von dem Spannungssensor 17 eingegeben und sie berechnet einen Momentanwert einer Leistungserzeugungsausgabe. Die Berechnung der Leistungserzeugungsausgabe wird z. B. durch Betrachtung des Stromsignals bzw. des Spannungssignals als Dreikomponentenvektoren und ihr Berechnen als ein inneres Produkt, wenn das eingegebene Stromsignal und Spannungssignal Dreiphasenwechselstromsignale sind, ausgeführt. Darüber hinaus kann die Leistungserzeugungsausgabe durch Extrahieren sowohl des Stromsignals als auch des Spannungssignals unter Verwendung einer Koordinatenumwandlung wie etwa einer Dreiphasenumwandlung und einer Zweiphasenumwandlung und unter Verwendung einer Verarbeitung wie etwa des Fourier-Transformierens derselben Frequenzkomponente wie einer Frequenz eines nicht gezeigten Leistungssystems usw. und durch Berechnen der Leistungserzeugungsausgabe aus dem Strom und aus der Spannung einer berechneten kommerziellen Frequenz berechnet werden.
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Die Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 schätzt auf der Grundlage des Drehzahlsignals oder des Drehwinkelsignals des Drehzahl-/Drehwinkelsensors 15 ein Zeitintervall äquivalent einer Zeit des n-fachen einer Umdrehung des Rotorblatts 4 (n ist eine positive ganze Zahl) und gibt zu einem Zeitpunkt, der einer Zeit entspricht, die das n-fache einer Umdrehung des Rotorblatts 4 (n ist eine positive ganze Zahl) ist, ein Pulssignal an die Einheit 30 für statistische Verarbeitung und an die Optimierungseinheit 31 in einer nachfolgenden Stufe, die im Folgenden beschrieben wird, aus. Falls ein eingegebenes Signal eine Drehzahl ist, kann die eine Umdrehung des Rotorblatts 4 einem numerischen Integrationsprozess ausgesetzt werden, um in einen Drehwinkel umgewandelt zu werden, und, falls eine Drehzahl des Leistungsgenerators 10, die durch das Getriebe 9 erhöht ist, oder eine Drehzahl des Leistungsgenerators 10 eingegeben wird, wird sie auf der Grundlage eines Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 9 in eine Drehzahl oder in einen Drehwinkel umgewandelt, die bzw. der einer Umdrehung des Rotorblatts 4 entspricht. Falls der Drehzahl-/Drehwinkelsensor 15 ein Ausgangssignal (allgemein als ein Z-Puls bezeichnet) ausgibt, das einmal pro eine Umdrehung des Sensors aktualisiert wird, kann es übrigens alternativ für die Berechnung der Anzahl der Umdrehungen des Rotorblatts 4 verwendet werden.
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In die Einheit 30 für statistische Verarbeitung werden die durch die Leistungsberechnungseinheit 28 berechnete Erzeugungsausgabe, das Statussignal 25 und das Pulssignal von der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 eingegeben. Außerdem stellt die Einheit 30 für statistische Verarbeitung das Pulssignal als eine Referenz ein, stellt sie ein Zeitintervall zwischen Pulsen als eine Schätzeinheit ein und schätzt sie einen statistischen Mittelwert oder eine statistische Streuung der eingegebenen Leistungserzeugungsausgabe und des Statussignals 25.
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In die Optimierungseinheit 31 werden jeweils die durch die Einheit 30 für statistische Verarbeitung berechneten statistischen Werte, das Statusrückkopplungssignal 24 und das Pulssignal von der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 eingegeben. Außerdem verwendet die Optimierungseinheit 31 unter den eingegebenen statistischen Werten einen statistischen Wert der Leistungserzeugungsausgabe und/oder einen statistischen Wert der Beschleunigung als einen ausgewerteten Wert. Der ausgewertete Wert wird auf der Grundlage der Eingabe des Pulssignals unter Verwendung jeweiliger statistischer Werte mit Ausnahme ausgewerteter Werte, die für derselbe Zeitdauer eingegeben werden, klassifiziert und wird in einem Abschnitt für vorübergehende Speicherung (nicht gezeigt) als der ausgewertete Wert gespeichert. Die Optimierungseinheit 31 erzeugt auf der Grundlage der Anzahl der Eingaben eines EIN-Signals des Pulssignals von der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 eine Schätzdatengruppe, die aus wenigstens einem oder mehreren Schätzdatenelementen besteht, die unter den in dem Abschnitt für vorübergehende Speicherung (nicht gezeigt) gespeicherten Schätzdaten in derselben Klassifizierung klassifiziert sind, und verwirft die zuletzt eingegebenen Schätzdaten, falls in den Abschnitt für vorübergehende Speicherung (nicht gezeigt) Schätzdatengruppen gleich einer oder mehr als eine spezifizierte Anzahl eingegeben werden. Die Optimierungseinheit 31 erzeugt unter Verwendung der Schätzdatengruppe ein auszugebendes Aktualisierungssignal 27, schätzt, ob ein solches erzeugtes Aktualisierungssignal 27 gut ist, aktualisiert das Aktualisierungssignal 27 zu dem Eingabezeitpunkt des Pulssignals von der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 und gibt das Aktualisierungssignal 27, nachdem es aktualisiert worden ist, an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 aus. Das Aktualisierungssignal 27 kann irgendeine Regelvariable (allgemein als eine Regelverstärkung bezeichnet) einer Proportional-Integral-Regeleinheit, einer Integralregeleinheit, einer Differentialregeleinheit usw. in der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 oder ein Koeffizient einer Funktionsgruppe (eine Verstärkungsplanungsfunktion) zum Berechnen der Regelvariable sein und können Vektordaten, die aus mehreren Regelvariablen bestehen, oder ein Koeffizient einer Funktionsgruppe zum Berechnen der Regelvariable sein. Als ein Verfahren, um wie oben beschrieben zu schätzen, ob das Aktualisierungssignal 27 gut ist, kann z. B. ein Optimierungsalgorithmus zum Suchen von Minimal- und Maximalwerten wie etwa ein Verfahren des steilsten Abstiegs, ein Verfahren des konjugierten Gradienten und dergleichen unter Verwendung einer numerischen Differenziation, ein genetischer Algorithmus oder ein Optimalwertsuchalgorithmus vom empirisch-praktischen Typ wie etwa verstärkendes Lernen genutzt werden. Die Optimierungseinheit 31 speichert ein Programm zum Ausführen des oben beschriebenen Algorithmus in dem ROM (nicht gezeigten Ablagespeicherabschnitt) und schätzt durch den oben erwähnten Algorithmus durch Ausführen des aus dem ROM (Ablagespeicherabschnitt) gelesenen Programms, ob das Aktualisierungssignal 27 gut ist.
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5 ist eine Ansicht, die eine Übersicht über eine Zeitreihenbeziehung der Signalverarbeitung darstellt, und zeigt eine Übersicht von Verarbeitungsergebnissen gemäß jedem der oben erwähnten Funktionsblöcke der Verbesserungseinheit 22. Von der obersten Spalte aus 5 in der Reihenfolge nach unten sind eine Zeitreihensignalform- Übersicht des Eingangssignals, wenn das Drehwinkelsignal in die Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 eingegeben wird, eine Zeitreihensignalform-Übersicht des Pulssignals, das die Ausgabe der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 ist, eine Zeitreihensignalform-Übersicht des Eingangssignals wie etwa des ausgewerteten Werts oder des Statussignals usw., die in die Einheit 30 für statistische Verarbeitung eingegeben werden, und eine Zeitreihensignalform des Aktualisierungssignals, das die Ausgabe der Optimierungseinheit 31 ist, in die ein Mittelwert, der die Ausgabe der Optimierungseinheit 31, die Ausgabe der Einheit 30 für statistische Verarbeitung und das Statusrückkopplungssignal 24 eingegeben werden, gezeigt. Die in 5 gezeigten Signalformübersichten stellen als ein Beispiel einen Fall dar, dass ein Auswertungszyklus der Einheit 30 für statistische Verarbeitung auf eine Zeit eingestellt ist, die äquivalent einer Umdrehung des Rotorblatts 4 ist, dass ein Aktualisierungszyklus der Optimierungseinheit 31 auf eine Zeit des n-fachen (n ist eine positive ganze Zahl) einer Umdrehung des Rotorblatts 4 eingestellt ist, wobei hier als ein Beispiel eine Zeit das Zweifache (n = 2) einer Umdrehung des Rotorblatts 4 ist, und dass ein von der Optimierungseinheit 31 ausgegebenes Aktualisierungssignal eine Regelverstärkung ist.
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Obwohl in 5 als die Zeitreihensignalformübersicht, die die Ausgabe der Einheit 30 für statistische Verarbeitung wird, nur der Mittelwert gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt und können nicht gezeigte Statistikverarbeitungswerte wie etwa die statistische Schwankung, die Kurtosis, die Schiefe und dergleichen berechnet werden. Der Mittelwert und die Schwankung in Bezug auf die Windgeschwindigkeit werden zu einem Zahlenwert, der sich auf eine mittlere Windgeschwindigkeit bezieht, bzw. zu einem Zahlenwert, der sich auf eine Turbulenzstärke bezieht, und werden zu Indizes zum Klassifizieren der Windbedingungen. Das von der Optimierungseinheit 31 ausgegebene Aktualisierungssignal gibt unter Verwendung zweier zuvor ausgewerteter Werte (ausgewerteter Werte zweier vorhergehender Auswertungszyklen) der Einheit 30 für statistische Verarbeitung der vorhergehenden Stufe und unter Verwendung des oben erwähnten Optimierungsalgorithmus oder Optimierungswertsuchalgorithmus ein Aktualisierungssignal aus, das während eines nächsten Aktualisierungszyklus ausgeführt wird. Das heißt, unter Verwendung zweier ausgewerteter Werte der Zeitreihenübersicht des ausgewählten Werts in der dritten Spalte von oben in 5 wird das Aktualisierungssignal 2 der untersten Spalte aus 5, das durch einen Doppelpfeil gezeigt ist, berechnet. Übrigens ist in der in 5 gezeigten Übersichtsansicht die Zeitreihenbeziehung in einem Fall gezeigt, dass die Rechenverzögerung in der Einheit 30 für statistische Verarbeitung und in der Optimierungseinheit 31 ignoriert ist. Somit kann die Rechenverzögerung in der tatsächlichen Anwendung wegen eines durch die Optimierungseinheit 31 und durch den Verarbeitungsalgorithmus verarbeiteten Datenvolumens auftreten, so dass die Signale zu dem Zeitpunkt der Ausgabe der EIN-Signale aller Pulssignale von der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 nicht notwendig geändert sind und eine Verzögerung geeignet enthalten ist.
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Durch die Verbesserungseinheit 22 der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Sollwert wie etwa eine Regelverstärkung, eine Regelverstärkungsplanungsfunktion usw. der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 auf der Grundlage der Bestimmung des ausgewerteten Werts zu aktualisieren, und wird ermöglicht, das zur Entwurfszeit vorgesehene Regelsystem zu verbessern. Darüber hinaus kann die Optimierungseinheit 31 dafür konfiguriert sein, nicht nur das Aktualisierungssignal für die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20, sondern auch die Verarbeitungsübersicht des Verarbeitungsalgorithmus, die in der Optimierung verwendet wird, aufeinanderfolgend in einem externen Speicher zu speichern oder auf einer Anzeigeeinheit anzuzeigen. Dadurch ist es möglich, eine Verbesserungswirkung des Regelsystems durch die Verbesserungseinheit 22 aufzuzeichnen und zu bestätigen, und wird ermöglicht, den oben erwähnten Sollwert auf ein Windleistungserzeugungssystem 1, das derselben Windbedingung ausgesetzt ist, anzuwenden, und wird ermöglicht, die Verbesserungswirkung durch die Verbesserungseinheit 22 von der Zeit des Beginns des Leistungserzeugungsbetriebs zu erhalten.
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Als vorgegebene Bedingungen für den wie oben beschriebenen Betrieb der Verbesserungseinheit 22 hängt die Verbesserungseinheit 22 davon ab, ob sie aktiv oder inaktiv ist.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die wie in 3 gezeigte Konfiguration erläutert ist, in der die Regeleinheit 3 die Verbesserungseinheit 22 enthält, ist die vorliegende Erfindung übrigens darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Verbesserungseinheit 22 so eingebaut sein, dass sie über ein Netz wechselseitig mit der Regeleinheit 3 kommunikationsfähig ist. In diesem Fall kann die Verbesserungseinheit 22 z. B. bei einer Befehlsstation eingebaut sein, die an einem fernen Ort, entfernt von dem Windleistungsgenerator 2, errichtet ist.
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Wie oben diskutiert wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, ein Windleistungserzeugungssystem zu schaffen, das ein Regelsystem eines Windleistungsgenerators in Abhängigkeit von einer Windbedingung, die sich zeitlich ändert, selbst aktualisieren kann.
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Da die Verbesserungsuntersuchung des Regelsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus mit dem Windleistungserzeugungssystem selbst als ein Objekt ausgeführt wird, ist es möglich, die Verbesserungswirkung des Regelsystems selbst, ohne dass diese von der Modellierungsgenauigkeit des Windleistungserzeugungssystems abhängt, und ferner durch Einstellen einer Zeit des n-fachen (n ist eine positive ganze Zahl) der Zeit, die für eine Umdrehung des Rotorblatts erforderlich ist, als eine Schätzeinheit, zu schätzen.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit der zweiten Ausführungsform in Bezug auf eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die oben erwähnte erste Ausführungsform ist so konstruiert, dass die Verbesserungseinheit 22 die Aktualisierungsdaten 27 an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ausgibt, während sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass zu einem Befehlssignal 26 in Bezug auf eine Antriebsvorrichtungsgruppe 21, das ein Ausgangssignal der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ist, ein Aktualisierungssignal 27 einer Verbesserungseinheit 22 addiert wird. Komponenten, die dieselben wie jene der ersten Ausführungsform sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Die weitere Konfiguration ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform und eine Erläuterung, die sich mit der Erläuterung der ersten Ausführungsform überschneidet, wird im Folgenden weggelassen.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist die Regeleinheit 3, die ein Windleistungserzeugungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform bildet, mit einer Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20, mit einer Verbesserungseinheit 22 und mit einem Addierer 34, der ein Aktualisierungssignal 27 von der Verbesserungseinheit 22 zu einem Befehlssignal 26 in Bezug auf eine Antriebsvorrichtungsgruppe 21, die ein Ausgangssignal der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ist, addiert, versehen. Das Aktualisierungssignal 27, das von der Verbesserungseinheit 22 an den Addierer 34 ausgegeben wird, muss ein Signal mit demselben Attribut (mit einer physikalischen Bedeutung) wie ein Befehlswertsignal 26, das zu einem Additionsziel wird, sein. Zum Beispiel ist es ein Drehmomentbefehlssignal an einen Leistungswandler 13, der die Antriebsvorrichtungsgruppe 21 ist, oder ein Blattverstellungswinkel-Befehlssignal an einen Blattverstellungsaktuator 6. Dadurch ist es möglich, die Verbesserungswirkung zu erhalten, ohne dass zur Entwurfszeit vorgesehene Regelsystem zu ändern. Die Verbesserungseinheit 22 enthält eine Leistungsberechnungseinheit 28, eine Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, eine Einheit 30 für statistische Verarbeitung und eine Optimierungseinheit 31, die in 4 gezeigt sind.
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Zunächst kann das Aktualisierungssignal 17, das die Verbesserungseinheit 22 ausgibt, dafür konfiguriert sein, während einer Zeit des n-fachen (n ist eine positive ganze Zahl) einer Umdrehung des Rotorblatts 4, wie in 5 gezeigt ist, feste Werte (Aktualisierungssignal 1, Aktualisierungssignal 2) auszugeben. Dieser Fall entspricht der Addition eines Versatzes des festen Werts zu dem Befehlssignal 26, das von der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ausgegeben wird, wobei ermöglicht wird, irgendeinen Standardwert des Windleistungserzeugungssystems 1 zum Zeitpunkt seines Baus, z. B. eine Abweichung zwischen einem Montagereferenzwinkel des Rotorblatts 4 und einem Referenzwinkel, den der Blattverstellungsaktuator 6 erkennt, und außerdem eine Abweichung eines Windrichtungsnachführungs-Aktuators 14 zu korrigieren. Dadurch wird außerdem ermöglicht, die Korrektur durch die Verbesserungseinheit 22 der vorliegenden Ausführungsform auszuführen, nachdem der Windleistungsgenerator 2 die Leistungserzeugungsoperation begonnen hat, ohne die Einbauarbeit des Windleistungserzeugungssystems 1 erneut auszuführen und eine Konstante in der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 künstlich einzustellen.
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Ferner ist es möglich zu veranlassen, dass das Aktualisierungssignal, das die Verbesserungseinheit 22 ausgibt, zu einem Signal wird, das unter Verwendung eines Statusrückkopplungssignals 24 und eines Statussignals 25 als Argumente in dem Regelzyklus der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 aufeinanderfolgend variiert. Obwohl das von der Optimierungseinheit 31 ausgegebene Aktualisierungssignal 27 aufeinanderfolgend variiert, wird in diesem Fall eine Funktionsform versucht und wird die Aktualisierung der Funktionsform zu dem Aktualisierungszyklus. 7 ist eine Ansicht, die eine Übersicht einer Zeitreihenbeziehung der Signalverarbeitung darstellt und eine Übersicht von Ergebnissen der Verarbeitung durch eine Leistungsberechnungseinheit 28, durch eine Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, durch eine Einheit 30 für statistische Verarbeitung und durch eine Optimierungseinheit 31, die die Verbesserungseinheit 22 bilden, zeigt. Von der obersten Spalte aus 7 in der Reihenfolge nach unten sind eine Zeitreihensignalformübersicht eines Eingangssignals, falls ein Drehwinkelsignal in die Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 eingegeben wird, eine Zeitreihensignalformübersicht eines Pulssignals, das die Ausgabe der Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29 ist, eine Zeitreihensignalformübersicht eines Eingangssignals, das in die Einheit 30 für statistische Verarbeitung eingegeben wird, wie etwa eines ausgewerteten Werts, eines Statussignals oder dergleichen und eines Mittelwerts, der zu der Ausgabe der Einheit 30 für statistische Verarbeitung wird, und eine Zeitreihensignalformübersicht eines Aktualisierungssignals, das die Ausgabe der Optimierungseinheit 31 ist, die die Ausgabe der Einheit 30 für statistische Verarbeitung und das Statusrückkopplungssignal 24 als Eingaben verwendet, dargestellt. Die in 7 gezeigte Signalformübersicht stellt als ein Beispiel einen Fall dar, dass der Auswertungszyklus der Einheit 30 für statistische Verarbeitung auf eine Zeit eingestellt ist, die äquivalent einer Umdrehung des Rotorblatts 4 ist, dass der Aktualisierungszyklus der Optimierungseinheit 31 auf eine Zeit des n-fachen (n = eine positive ganze Zahl) einer Umdrehung des Rotorblatts 4 eingestellt ist und hier als ein Beispiel auf ein Zweifaches (n = 2) einer Umdrehung des Rotorblatts 4 eingestellt ist, dass das von der Optimierungseinheit 31 eingegebene Aktualisierungssignal ein an den Blattverstellungsaktuator 6 ausgegebenes Blattverstellungswinkel-Befehlssignal ist und dass das Rotorblatt 4, das einen Rotor des Windleistungsgenerators 2 bildet, drei Rotorblätter A, B, C umfasst.
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In der untersten Spalte aus 7 ist ein Fall gezeigt, dass der Auswertungszyklus der Einheit 30 für statistische Verarbeitung auf eine Zeit, die äquivalent einer Umdrehung des Rotorblatts 4 ist, eingestellt ist, dass der Aktualisierungszyklus der Optimierungseinheit 31 auf eine Zeit des Zweifachen (n = 2) einer Umdrehung der drei Rotorblätter A, B, C, die den Rotor bilden, eingestellt ist und dass das Aktualisierungssignal das Blattverstellungswinkel-Befehlssignal ist. Falls das Windleistungserzeugungssystem 1 mit den drei Rotorblättern 4 (dem Rotorblatt A, dem Rotorblatt B und dem Rotorblatt C) versehen ist und die Funktionsform des Blattverstellungswinkel-Befehlssignals, das einen Drehwinkel als ein Argument nutzt, durch die Verbesserungseinheit 22 verbessert wird, verschiebt sich der Drehwinkel jedes Rotorblatts um 120 Grad, so dass ein von der Funktionsform ausgegebenes Signal, das durch die Verbesserungseinheit 22 versucht werden soll, zu einem Signal wird, das ebenfalls um 120 Grad verschoben ist. Der ausgewertete Wert der Verbesserungseinheit 22 verwendet den statistischen Wert der Leistungserzeugungsausgabe und/oder den statistischen Wert der Beschleunigung als den ausgewerteten Wert, so dass ein ausgewerteter Wert, der während einer Versuchszeitdauer (der schraffierte Abschnitt in 7) erhalten wird, in der verschiedene Funktionsformen gemischt sind, von einem Ziel der Schätzung durch die Optimierungseinheit 31 ausgeschlossen wird. Um in Bezug auf eine bestimmte Versuchsfunktionsform mehrere ausgewertete Werte zu erhalten, wird die Schätzzeitdauer der Optimierungseinheit 31 auf eine Zeit des n-fachen (n ist eine positive ganze Zahl) einer Umdrehung des Rotorblatts 4 eingestellt, damit sie verlängert ist, wodurch erreicht wird, dass die mehreren ausgewerteten Werte erhalten werden. Übrigens kann z. B. eine Zeit des Zehnfachen oder dergleichen einer Umdrehung des Rotorblatts 4 (des Rotorblatts A, des Rotorblatts B und des Rotorblatts C) eingestellt werden. Im Fall des Zehnfachen wird dadurch, dass mehrere ausgewertete Werte in Bezug auf eine bestimmte Funktionsform erhalten werden (Betriebsverfahren: Regelsystem) ermöglicht, eine mit einer ausgewerteten Wertegruppe zu versuchende Funktionsform zu schätzen, und wird ermöglicht, eine optimalere Funktionsform einzustellen. Für einen empirisch-praktischen Fehler einer solchen Funktionsform sind ein allgemeiner Algorithmus oder ein Optimierungsalgorithmus durch bestärkendes Lernen geeignet.
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Ein Mittelwert des ausgewerteten Werts, der in der dritten Spalte von oben in 7 gezeigt ist, hängt von dem oben erwähnten Algorithmus ab, die Funktionsform, die geschätzt werden sollte, ist konstant, und es kann einen Fall, dass nur ein Parameter aktualisiert wird und die Funktionsform (einschließlich des Parameters), die versucht werden sollte, eingestellt wird, und einen Fall, dass die Funktionsform, die versucht werden sollte, von einer Beziehung zwischen dem Mittelwert und der Streuung eingestellt wird, geben.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt ist, die Konfiguration erläutert ist, in der die Regeleinheit 3 die Verbesserungseinheit 22 umfasst, ist die vorliegende Erfindung übrigens darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Verbesserungseinheit 22 in einer Weise eingebaut sein, dass sie über ein Netz wechselseitig mit der Regeleinheit 3 kommunikationsfähig ist. In diesem Fall kann die Verbesserungseinheit 22 bei einer Befehlsstation eingebaut sein, die an einem fernen Ort entfernt von dem Windleistungsgenerator 2 errichtet ist.
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Wie oben diskutiert wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform ermöglicht, die Verbesserung des Regelsystems des Windleistungserzeugungssystems 1 auszuführen, ohne dass diese durch eine Störung wegen der Windschwankung beeinträchtigt wird.
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Dritte Ausführungsform
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8 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit einer dritten Ausführungsform in Bezug auf eine nochmals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die oben erwähnte erste Ausführungsform ist so konstruiert, dass die Verbesserungseinheit 22 das Aktualisierungssignal 27 an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ausgibt, während sich die vorliegende Ausführungsform zusätzlich zu einer Konfiguration, in der die Verbesserungseinheit 22 in der vorliegenden Ausführungsform ein Aktualisierungssignal 27b an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ausgibt, von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass sie eine Konfiguration aufweist, in der zu einem Befehlssignal 26, das ein Ausgangssignal der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 an die Antriebsvorrichtungsgruppe 21 ist, ein Aktualisierungssignal 27a der Verbesserungseinheit 22 addiert wird. Komponenten, die dieselben wie jene der ersten Ausführungsform sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Die weitere Konfiguration ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform und eine Erläuterung, die sich mit der Erläuterung der ersten Ausführungsform überschneidet, wird im Folgenden weggelassen.
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Wie in 8 gezeigt ist, ist eine Regeleinheit 3, die ein Windleistungserzeugungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform bildet, mit einer Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20, mit einer Verbesserungseinheit 22 und mit einem Addierer 34, der das Aktualisierungssignal 27a zu dem Befehlssignal 26, das das Ausgangssignal der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 an die Antriebsvorrichtungsgruppe 21 ist, addiert, versehen. Außerdem gibt die Verbesserungseinheit 22 das Aktualisierungssignal 27b an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 aus. Nun ist das Aktualisierungssignal 27a z. B. ein Aktualisierungssignal zum Korrigieren des an die Blattverstellungsaktuatoren 6 des Rotorblatts A, des Rotorblatts B und des Rotorblatts C ausgegebenen Blattverstellungswinkelbefehlswerts, falls der Rotor mit den drei Rotorblättern konfiguriert ist, und ist es als das Aktualisierungssignal aus 7 repräsentiert. Außerdem wird z. B. eine Regelverstärkung dieser Proportional-Integral-Regeleinheit durch die Verbesserungseinheit 22 als das Aktualisierungssignal 27b an die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ausgegeben, falls der Blattverstellungsaktuator 6 durch eine Proportional-Integral-Regeleinheit (PI-Regeleinheit) geregelt wird. Wie in 5 gezeigt ist, wird das Aktualisierungssignal 27b zu einem konstanten Wert.
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Konkreter wird z. B. ein Fall beschrieben, dass die Windrichtungsnahführungsregelung in dem Windleistungsgenerator 2 als ein Beispiel genutzt wird und dass der Blattverstellungswinkel für jedes Rotorblatt in Bezug auf einen bestimmten Rotorazimutwinkel geregelt wird. Das Aktualisierungssignal 27b ist z. B. ein Wert, von dem ein Begrenzer (ein oberer Grenzwert einer Regelvariable) in Bezug auf die Proportional-Integral-Regeleinheit in der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 ein konstanter Wert (ein Koeffizient oder ein Begrenzerwert) in Bezug auf die Zeit ist. Die Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 gibt auf der Grundlage des eingegebenen Aktualisierungssignals 27b einen gemeinsamen Blattverstellungswinkel als das Blattverstellungswinkel-Befehlssignal aus. Der gemeinsame Blattverstellungswinkel ist nun ein vereinheitlichter Blattverstellungswinkel der drei Rotorblätter (Rotorblatt A, Rotorblatt B und Rotorblatt C). Das Aktualisierungssignal 27b behält hinsichtlich der Funktionsform und des Ausgangssignals während der Aktualisierungszeitdauer konstante Werte.
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Das Aktualisierungssignal 27a ist ein Versatz in Bezug auf das Rotorblatt A, ein Versatz in Bezug auf das Rotorblatt B und ein Versatz in Bezug auf das Rotorblatt C. Eine Phase des Blattverstellungswinkels für jedes Rotorblatt wird als der Versatz durch die Verbesserungseinheit 22 an den Addierer 34 ausgegeben. Obwohl das Aktualisierungssignal 27a hinsichtlich der Funktionsform während der Aktualisierungszeitdauer konstant ist, variiert das Ausgangssignal.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt ist, die Konfiguration erläutert ist, in der die Regeleinheit 3 die Verbesserungseinheit 22 umfasst, ist die vorliegende Erfindung übrigens darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Verbesserungseinheit 22 in einer Weise eingebaut sein, dass sie über ein Netz wechselseitig mit der Regeleinheit 3 kommunikationsfähig ist. In diesem Fall kann die Verbesserungseinheit 22 z. B. bei einer Befehlsstation eingebaut sein, die an einem fernen Ort entfernt von dem Windleistungsgenerator 2 errichtet ist.
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Wie oben diskutiert wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht, die Verbesserungswirkung zu erhalten, die sowohl die Verbesserung durch Aktualisieren der Regelkonstante der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 als auch die Verbesserung durch zusätzliches Aktualisieren des Befehlssignals zu der Antriebsvorrichtungsgruppe 21 der Windleistungsgenerator-Regeleinheit 20 in dem Regelzyklus enthält.
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Vierte Ausführungsform
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9 ist eine Blockansicht einer Regeleinheit der vierten Ausführungsform, die sich auf eine nochmals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, dass die Verbesserungseinheit 22 eine erste Optimierungseinheit 31a, eine zweite Optimierungseinheit 31b und eine Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 enthält. Komponenten, die dieselben wie jene der ersten Ausführungsform sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Die weitere Konfiguration ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform und eine Erläuterung, die sich mit der Erläuterung der ersten Ausführungsform überschneidet, wird im Folgenden weggelassen.
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Wie in 9 gezeigt ist, enthält die Verbesserungseinheit 22 der vorliegenden Ausführungsform eine Leistungsberechnungseinheit 28, eine Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, eine Einheit 30 für statistische Verarbeitung, eine erste Optimierungseinheit 31a, eine zweite Optimierungseinheit 31b und eine Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32. Die Leistungsberechnungseinheit 28, die Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit 29, die Einheit 30 für statistische Verarbeitung, die erste Optimierungseinheit 31a, die zweite Optimierungseinheit 31b und die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 lesen und implementieren verschiedene Programme, die durch einen Prozessor wie etwa eine CPU usw., einen ROM, der verschiedene Programme (das oben erwähnte Regelsystem) speichert, einen RAM, der vorübergehend Daten eines Rechenoperationsprozesses speichert, und eine Speichereinheit wie etwa eine externe Speichereinheit usw., die nicht gezeigt sind, verwirklicht werden, und speichern ein Rechenoperationsergebnis, das ein Implementierungsergebnis ist, in dem RAM oder in einer externen Speichereinheit.
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Die erste Optimierungseinheit 31a bzw. die zweite Optimierungseinheit 31b führen unterschiedliche Zwecke aus, wobei z. B. die erste Optimierungseinheit 31a eine Optimierung zur Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe ausführt und die zweite Optimierungseinheit 31b eine Optimierung zur Verringerung der Beschleunigung (Belastung) ausführt. Übrigens stehen jetzt eine „Optimierung zur Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe“ und eine „Optimierung zur Verringerung der Beschleunigung (Belastung)“ nicht in einer Abwägungsbeziehung. Eine „Verringerung der Beschleunigung (Belastung)“ bezieht sich auf eine Belastung (einen Schwingungsamplitudenwert), die auf die Strukturen wie etwa das Rotorblatt 4, den Turm 12 usw., die den Windleistungsgenerator 2 bilden, ausgeübt wird, wobei durch Verringern der Beschleunigung (Belastung) ermöglicht wird, die Lebensdauer der Strukturen zu verlängern. Ferner sind die durch die erste Optimierungseinheit 31a und durch die zweite Optimierungseinheit 31b ausgeführten Optimierungsprozesse nicht auf die oben erwähnten unterschiedlichen Zwecke beschränkt. Zum Beispiel können selbst im Fall der Optimierung für denselben Zweck, wenn durch ein Statussignal 25' des Statussignals 25, nachdem es einer Verarbeitung durch die Einheit 30 für statistische Verarbeitung ausgesetzt gewesen ist, ein unterschiedlicher Betriebsbereich bestimmt wird, auf die erste Optimierungseinheit 31a bzw. auf die zweite Optimierungseinheit 31b unterschiedliche Algorithmen angewendet werden.
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In die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 werden ein von der ersten Optimierungseinheit 31a ausgegebenes Aktualisierungssignal 27a, ein von der zweiten Optimierungseinheit 31b ausgegebenes Aktualisierungssignal 27b und die oben erwähnte Drehzahl und/oder Windgeschwindigkeit, die durch die Einheit 30 für statistische Verarbeitung verarbeitet worden sind, eingegeben. Die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 bestimmt unter Verwendung der eingegebenen Drehzahl und/oder Windgeschwindigkeit nach der statistischen Verarbeitung einen Betriebsbereich und gibt das Aktualisierungssignal 27a und/oder das Aktualisierungssignal 27b aus, um die in dem bestimmten Betriebsbereich angewendete Optimierung auszuführen. Übrigens wird das von der ersten Optimierungseinheit 31a ausgegebene Aktualisierungssignal 27a oder das von der zweiten Optimierungseinheit 31b ausgegebene Aktualisierungssignal 27b, bei dem nicht beabsichtigt ist, dass in dem bestimmten Betriebsbereich seine Optimierung angewendet wird, irgendeiner Verarbeitung des Verwerfens oder des Behaltens eines Werts, der zuvor als der Betriebsbereich erkannt wird, oder der Anfangseinstellung durch die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 ausgesetzt.
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10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Betriebsbereichs darstellt und die die Eigenschaften der Leistungserzeugungsausgabe in Bezug auf die Windgeschwindigkeit zeigt, auf die die Verbesserung durch das Regelsystem in dem Windleistungserzeugungssystem 1 nicht angewendet ist. In 10 ist eine Querachse eine Windgeschwindigkeit (Mittelwert) und ist eine vertikale Achse eine erzeugte Leistung (Mittelwert). Wie in 10 gezeigt ist, wird die Regelung in dem Bereich niedriger Windgeschwindigkeit ausgeführt, so dass die Leistungserzeugungsausgabe in Bezug auf die Erhöhung der Windgeschwindigkeit erhöht wird, wenn die Leistungserzeugungsausgabe des Windleistungserzeugungssystems 1 einen Windgeschwindigkeitsbereich gleich oder kleiner als eine Nennausgangsleistung als einen Bereich niedriger Windgeschwindigkeit definiert. Andererseits wird die Regelung in dem Bereich hoher Windgeschwindigkeit ausgeführt, so dass die Leistungserzeugungsausgabe mit der Nennausgangsleistung in Bezug auf die Erhöhung der Windgeschwindigkeit konstant gehalten wird, wenn die Leistungserzeugungsausgabe des Windleistungserzeugungssystems 1 einen Windgeschwindigkeitsbereich, der die Nennausgangsleistung erreicht, als einen Bereich hoher Windgeschwindigkeit definiert.
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Zum Beispiel wird ein Fall, dass der Betriebsbereich wie oben beschrieben unter Verwendung der mittleren Windgeschwindigkeit des Winds, der durch das Windleistungserzeugungssystem 1 empfangen wird, in zwei Betriebsbereiche: den Bereich niedriger Windgeschwindigkeit und den Bereich hoher Windgeschwindigkeit, geteilt ist, als ein Beispiel genutzt und wird der Betrieb der Verbesserungseinheit 22 erläutert.
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Es wird die Voraussetzung eines Falls, dass die erste Optimierungseinheit 31a die Optimierung zur Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe ausführt und dass die zweite Optimierungseinheit 31b die Optimierung zur Verringerung der Beschleunigung (Belastung) ausführt; eines Falls, dass die erste Optimierungseinheit 31a durch Addition eine Verbesserung in Bezug auf die Regelkonstante, die sich auf den Leistungswandler 13 bezieht, oder auf das Befehlssignal zu dem Leistungswandler 13 ausführt und dass die zweite Optimierungseinheit 31b durch Addition eine Verbesserung in Bezug auf die Regelkonstante, die sich auf die Blattverstellungsantriebseinheit 6 bezieht, oder auf das Befehlssignal zu der Blattverstellungsantriebseinheit 6 ausführt; und eines Falls, dass die Leistungserzeugungsausgabe gleich oder größer als ein Nennwert in Bezug auf das Windleistungserzeugungssystem 1 nicht zulässig ist, gemacht. Wenn die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 den Betriebsbereich auf der Grundlage der eingegebenen Windgeschwindigkeit, die durch die Einheit 30 für statistische Verarbeitung verarbeitet worden ist, als den Bereich niedriger Windgeschwindigkeit bestimmt, werden sowohl die Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe als auch die Verringerung der Beschleunigung (Belastung) ermöglicht, so dass von der Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 das Aktualisierungssignal 27a von der ersten Optimierungseinheit 27a bzw. das Aktualisierungssignal 27b von der zweiten Optimierungseinheit 27b ausgegeben werden. Wenn die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 andererseits den Betriebsbereich auf der Grundlage der eingegebenen Windgeschwindigkeit, die durch die Einheit 30 für statistische Verarbeitung verarbeitet worden ist, als den Bereich hoher Windgeschwindigkeit bestimmt, ist es unangebracht, die Leistungserzeugungsausgabe zu verbessern, so dass das Aktualisierungssignal 27a von der ersten Optimierungseinheit 31a in einem durch die Optimierung in dem Bereich niedriger Windgeschwindigkeit erhaltenen Aktualisierungssignal behalten wird oder ein Anfangssollwert in einer Weise verwendet wird, dass das Aktualisierungssignal 27a von der ersten Optimierungseinheit 31a zu dem Befehlssignal wird, das der Windleistungsgenerator 2 zur Zeit der Anfangseinstellungsverarbeitung empfängt. Die Verbesserung zur Verringerung der Beschleunigung (Belastung) ist ausführbar, so dass das Aktualisierungssignal 27b von der zweiten Optimierungseinheit 31b so ausgegeben wird, wie es ist.
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Falls die Ausgaben von den mehreren Optimierungseinheiten gleich sind, z. B., falls das Aktualisierungssignal 27a und das Aktualisierungssignal 27b, die die erste Optimierungseinheit 31a und die zweite Optimierungseinheit 31b ausgeben, beide die Regelkonstante sind, die sich auf die Blattverstellungsantriebseinheit 6 bezieht, oder beide der Verbesserung durch Addition zu dem Befehlssignal zu der Blattverstellungsantriebseinheit 6 ausgesetzt sind, stören sich die obige Verbesserung durch die erste Optimierungseinheit 31a und die obige Verbesserung durch die zweite Optimierungseinheit 31b gegenseitig, so dass die Auswahl des Betriebsbereichs und die Ausgabe der Optimierungseinheiten, die anzuwenden ist, in einer Weise definiert werden, dass die Verbesserung durch die erste Optimierungseinheit 31a und die Verbesserung durch die zweite Optimierungseinheit 31b, die sich stören, jeweils in den unterschiedlichen Betriebsbereichen angewendet werden. In den jeweiligen Betriebsbereichen hinsichtlich des Aktualisierungssignals 27a und des Aktualisierungssignals 27b von der ersten Optimierungseinheit 31a und von der zweiten Optimierungseinheit 31b, die sich gegenseitig stören, wird das Aktualisierungssignal 27a oder das Aktualisierungssignal 27b von der ersten Optimierungseinheit 31a oder von der zweiten Optimierungseinheit 31b, dessen Anwendung durch die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 definiert ist, ausgegeben und wird das Aktualisierungssignal 27a oder das Aktualisierungssignal 27b von der ersten Optimierungseinheit 31a oder von der zweiten Optimierungseinheit 31b, dessen Anwendung nicht definiert ist, durch die Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit 32 verworfen. Dadurch ist es möglich, die Verbesserungswirkungen, die sich gegenseitig stören, in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbereichen auszuwählen.
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Obwohl der Fall, dass die vorliegende Ausführungsform die zwei Optimierungseinheiten 31: die erste Optimierungseinheit 31a und die zweite Optimierungseinheit 31b, enthält, als ein Beispiel erläutert ist, ist die Anzahl der Optimierungseinheiten 31 übrigens darauf nicht beschränkt und kann sie so konfiguriert sein, dass sie mehrere Optimierungseinheiten 31 (gleich oder mehr als drei) umfasst.
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Obwohl als ein Beispiel einer vorgegebenen Bedingung, in der die Verbesserungseinheit 22 wie beschrieben arbeitet, der Fall, dass die Leistungserzeugungsausgabe des Windleistungserzeugungssystems 1 auf der Grundlage der Nennausgangsleistung in die zwei Betriebsbereiche: den Niederbetriebsbereich und den Hochbetriebsbereich, geteilt ist, beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung ferner nicht notwendig darauf beschränkt. Zum Beispiel kann sie auf der Grundlage einer vorgegebenen Leistungserzeugungsausgabe (Mittelwert) und Nennausgangsleistung in drei Betriebsbereiche geteilt sein und kann die Anzahl der Betriebsbereiche, die als die vorgegebene Bedingung eingestellt sind, geeignet eingestellt werden.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration erläutert ist, in der die in 9 gezeigte Verbesserungseinheit 22 in der Regeleinheit 3 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung übrigens darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Verbesserungseinheit 22 in einer Weise eingebaut sein, dass sie über ein Netz wechselseitig mit der Regeleinheit 3 kommunikationsfähig ist. In diesem Fall kann die Verbesserungseinheit 22 z. B. bei einer Befehlsstation eingebaut sein, die an einem fernen Ort entfernt von dem Windleistungsgenerator 2 errichtet ist.
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Wie oben diskutiert wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform ermöglicht, den Windleistungsgenerator selbst in Bezug auf Zwecke für die verschiedenen Optimierungen wie etwa die Optimierung zur Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe und die Optimierung für den Zweck der Verbesserung der Verringerung der Beschleunigung (Belastung) geeignet zu regeln.
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Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht, den Windleistungsgenerator für jeden verschiedenen Betriebsbereich, selbst in Bezug auf die Optimierung desselben Zwecks, optimal zu regeln.
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Fünfte Ausführungsform
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11 ist eine schematische Gesamtkonfigurationsansicht einer Windleistungsanlage, die mit mehreren Windleistungserzeugungssystemen versehen ist, der fünften Ausführungsform in Bezug auf eine nochmals andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass in der Windleistungsanlage, die eine Windfarm umfasst, die aus den mehreren Windleistungserzeugungssystemen besteht, ein Windleistungserzeugungssystem ein Statusrückkopplungssignal und ein Statussignal eines anderen Windleistungserzeugungssystems empfängt und dass die Verbesserungseinheit arbeitet. Komponenten, die dieselben wie jene der ersten Ausführungsform sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Die weitere Konfiguration ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform und eine Erläuterung, die sich mit der Erläuterung der ersten Ausführungsform überschneidet, wird im Folgenden weggelassen.
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Wie in 11 gezeigt ist, ist die Windleistungsanlage 33 in der vorliegenden Ausführungsform mit einem Windleistungserzeugungssystem 1a, das sich auf der Luvseite befindet, und mit einem Windleistungserzeugungssystem 1b, das sich tiefer als das Windleistungserzeugungssystem 1a befindet, versehen. Obwohl in 11 zur zweckmäßigen Erläuterung nur die zwei Windleistungserzeugungssysteme 1a, 1b gezeigt sind, sind viele Windleistungserzeugungssysteme, die in der Windfarm eingebaut sind, vorhanden und arbeiten sie auf dieselbe Weise wie das Windleistungserzeugungssystem 1a und das Windleistungserzeugungssystem 1b, die im Folgenden beschrieben werden.
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Eine Regeleinheit 3a, die das Windleistungserzeugungssystem 1a bildet, bzw. eine Regeleinheit 3b, die das Windleistungserzeugungssystem 1b bildet, kommunizieren wechselseitig mit einem Leistungsanlagen-Regelsystem 19, wobei ferner jedes Windleistungserzeugungssystem 1a, 1b wenigstens das Statusrückkopplungssignal 24 und das Statussignal 25 von einem anderen Windleistungserzeugungssystem als der eigenen Maschine empfängt. Die empfangenen Statusrückkopplungssignale 24 und das Statussignal 25 von dem anderen Windleistungserzeugungssystem als der eigenen Maschine werden auf dieselbe Weise wie das Statusrückkopplungssignal 24 und das Statussignal 25 der eigenen Maschine behandelt, werden in die Verbesserungseinheit 22 eingegeben, die die Regeleinheit 3 bildet, und werden für die Klassifizierung ausgewerteter Werte in der Optimierungseinheit 31, die die Verbesserungseinheit 22 bildet, verwendet. Andere Verarbeitungen sind dieselben wie die in den jeweiligen Ausführungsformen beschriebenen Verarbeitungen. Zum Beispiel empfängt die Regeleinheit 3a, die das Windleistungserzeugungssystem 1a bildet, das sich auf der Luvseite befindet, das Statusrückkopplungssignal 24 und das Statussignal 25 des Windleistungsgenerators 2b, der das Windleistungserzeugungssystem 1b bildet, das sich auf der Leeseite befindet, und arbeitet die Verbesserungseinheit 22, die die Regeleinheit 3a bildet, auf der Grundlage des empfangenen Statusrückkopplungssignals 24 und des Statussignals 25 des Windleistungsgenerators 2b sowie des Statusrückkopplungssignals 24 und des Statussignals 25 des Windleistungsgenerators 2a, der die eigene Maschine ist. Hinsichtlich der Konfiguration der Verbesserungseinheit 22 in der Regeleinheit 3a, die das Windleistungserzeugungssystem 1a bildet, und der Konfiguration der Verbesserungseinheit 22 in der Regeleinheit 3b, die das Windleistungserzeugungssystem 1b bildet, ist nun irgendeine der in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Verbesserungseinheiten 22 angewendet.
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Somit wird ermöglicht, die Schätzwerte gemäß der Betrachtung der Status der Windleistungserzeugungssysteme, die in der Umgebung eingebaut sind, außer dem Status der eigenen Maschine zu klassifizieren. Zum Beispiel treten durch den Betriebsstatus des Windleistungserzeugungssystems 1a, das sich in Bezug auf das Windleistungserzeugungssystem 1b, das die eigene Maschine ist, auf der Luvseite befindet, wie etwa durch den Status der Leistungserzeugungsausgabe und des Windrichtungsnachführungswinkels, die Verringerung der Windgeschwindigkeit und die Erhöhung der Turbulenzstärke des Winds, den der Windleistungsgenerator 2b (die eigene Maschine) empfängt, auf, so dass es möglich ist, die Verbesserung des Regelsystems des Windleistungsgenerators 2b (der eigenen Maschine) unter deren Berücksichtigung auszuführen. Ferner können zur Verbesserung einer Gesamtleistungserzeugungsausgabe einer Windleistungsanlage 33 dadurch, dass nicht nur veranlasst wird, dass der ausgewertete Wert die Leistungserzeugungsausgabe des Windleistungsgenerators 2b (eigene Maschine) ist, sondern dass ebenfalls veranlasst wird, dass der ausgewertete Wert die Gesamtsumme der Leistungserzeugungsausgaben aller Windleistungserzeugungssysteme 1, die die Windleistungsanlage 33 bilden, ist, dadurch eine Gesamtleistungserzeugungsausgabe der Windleistungsanlage 33 verbessert werden und können die jeweiligen Windleistungserzeugungssysteme 1 die Verbesserung des Regelsystems unter Berücksichtigung der anderen Windleistungserzeugungssysteme 1 in der Umgebung ausführen. Zum Beispiel ist es möglich, den oberen Grenzwert der Leistungserzeugungsausgabe zu unterdrücken, den Windrichtungsnachführungswinkel zu ändern und die Verringerung der Windgeschwindigkeit zu unterdrücken und die Turbulenzstärke des Winds, den das Windleistungserzeugungssystem 1b auf der Leeseite empfängt, zu erhöhen, damit das Windleistungserzeugungssystem 1a, das sich auf der Luvseite befindet, die Leistungserzeugungsausgabe des Windleistungserzeugungssystems 1b, das sich auf der Leeseite befindet, verbessert.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration vorgesehen ist, in der die Verbesserungseinheiten 22 (nicht gezeigt) in der Regeleinheit 3a bzw. in der Regeleinheit 3b, wie in 11 gezeigt ist, vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung übrigens darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können die Verbesserungseinheiten in einer Weise eingebaut sein, dass sie über ein Netz wechselseitig mit der Regeleinheit 3b bzw. mit der Regeleinheit 3a kommunikationsfähig sind. In diesem Fall können die Verbesserungseinheiten 22 bei einer Befehlsstation eingebaut sein, die an einem fernen Ort entfernt von dem Windleistungsgenerator 2 errichtet ist.
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Wie oben diskutiert wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, die Gesamtleistungserzeugungsausgabe der Windleistungsanlage mit der Windfarm zu verbessern.
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Im Vorstehenden und unter veranschaulichender Betrachtung der ersten bis vierten Ausführungsform ist die Verbesserungseinheit 22, die die Regeleinheit 3 bildet, beschrieben worden, in die die Funktion der Verbesserung des Regelsystems des Windleistungsgenerators 2 integriert ist, damit jedes Windleistungserzeugungssystem 1 durch die Verbesserungseinheit 22, die das Statusrückkopplungssignal 24 und das Statussignal 25 als Eingabe verwendet, die Leistungserzeugungsausgabe verbessert und/oder die Beschleunigung (Belastung) verringert. Obwohl die Konfiguration beschrieben worden ist, in der die Verbesserungseinheit 22 bei jedem Windleistungserzeugungssystem 1 vorgesehen ist, können die Verbesserung der Leistungserzeugungsausgabe jedes Windleistungserzeugungssystems 1 und die Verringerung der Beschleunigung (Belastung) ausgeführt werden, falls die Kommunikation zwischen der Regeleinheit 3 und dem Leistungsanlagen-Regelsystem 19 ausreichend Leistungsfähigkeit besitzt, um das Aktualisierungssignal an jedes Leistungserzeugungssystem 1 zu senden, und die Funktion der Verbesserungseinheit 22 bei dem Leistungsanlagen-Regelsystem 19 vorgesehen ist. Darüber hinaus kann die Verbesserung der Gesamtleistungserzeugungsausgabe der Windleistungsanlage ausgeführt werden. Für die Optimierungseinheit 31 genutzte Algorithmen
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Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und können verschiedene Änderungen enthalten sein. Zum Beispiel sind die oben erwähnten Ausführungsformen jene, die ausführlich diskutiert sind, um diese Erfindung auf leicht verständliche Weise zu erläutern, und sind sie nicht notwendig darauf beschränkt, alle Konfigurationen, die oben beschrieben worden sind, zu enthalten. Außerdem kann ein Teil einer Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann ferner zu einer Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform ebenfalls eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Als ein Algorithmus in der Optimierungseinheit 31 werden ein Optimierungsalgorithmus wie etwa ein Verfahren des steilsten Abstiegs und ein konjugiertes Gradientenverfahren, ein genetischer Algorithmus und ein Optimalwertsuchalgorithmus vom empirisch-praktischen Typ wie etwa bestärkendes Lernen angenommen und werden ein ausgewerteter Wert und ein Betriebsstatus, auf die diese Algorithmen angewendet werden, in die Optimierungseinheit 31 eingegeben. Allerdings ist der Algorithmus nicht auf die oben erwähnten Algorithmen beschränkt und kann der Algorithmus genutzt werden, solange der Algorithmus ein Algorithmus ist, der das Aktualisierungssignal zur Verbesserung des ausgewerteten Werts berechnen kann. Ferner ist in dem Versuch der Verbesserung hinsichtlich des Aktualisierungssignals in der Weise, dass das Windleistungserzeugungssystem 1 nicht den Betrieb zum Zeitpunkt des Entwurfs annehmen kann, eine Ausgangsgrenzbreite des zu suchenden Aktualisierungssignals in Optimierungseinheit 31 vorgesehen und ist bei der Antriebsvorrichtungsgruppe 21, die das Windleistungserzeugungssystem 1 bildet, eine Schutzfunktion vorgesehen, wobei mit diesen beiden in Software und Hardware der gute Zustand des Windleistungserzeugungssystems 1 sichergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a, 1b:
- Windleistungserzeugungssystem
- 2, 2a, 2b:
- Windleistungsgenerator
- 3, 3a, 3b:
- Regeleinheit
- 4:
- Rotorblatt
- 5:
- Nabe
- 6:
- Blattverstellungsaktuator
- 7:
- Hauptwelle
- 8:
- Rotorgondel
- 9:
- Getriebe
- 10:
- Leistungsgenerator
- 11:
- Rahmen
- 12:
- Turm
- 13:
- Leistungswandler
- 14:
- Windrichtungsnachführungs-Aktuator
- 15:
- Drehzahl-/Drehwinkelsensor
- 16:
- Stromsensor
- 17:
- Spannungssensor
- 18:
- Windgeschwindigkeits-/Windrichtungssensor
- 19:
- Leistungsanlagen-Regelsystem
- 20:
- Windleistungsgenerator-Regeleinheit
- 21:
- Antriebsvorrichtungsgruppe
- 22:
- Verbesserungseinheit
- 23:
- Messsensorgruppe
- 24:
- Statusrückkopplungssignal
- 25:
- Statussignal
- 26:
- Befehlssignal
- 27, 27a, 27b:
- Aktualisierungssignal
- 28:
- Leistungsberechnungseinheit
- 29:
- Rotorblattdrehungs-Bestimmungseinheit
- 30:
- Einheit für statistische Verarbeitung
- 31:
- Optimierungseinheit
- 31a:
- erste Optimierungseinheit
- 31b:
- zweite Optimierungseinheit
- 32:
- Betriebsbereichs-Bestimmungseinheit
- 33:
- Windleistungsanlage
- 34:
- Addierer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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