JP2010209880A - Wind power generator - Google Patents

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Hideaki Tezuka
英昭 手塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind farm providing increased probability to prevent damage of blades even if a gust blows. <P>SOLUTION: This wind power generator (10) includes a column (11), a nacelle (12) fixed on the column (11), a plurality of blades (13, 13, 13) fixed on the nacelle (12), and a blade angle control device (20) controlling angles of the blades (13, 13, 13). The wind power generator (10) is equipped with a pressure sensor (30) capable of detecting wind pressure, and the blade angel control device (20) changes angles of the blades (13, 13, 13) when the wind pressure measured by the pressure sensor (30) is not less than a prescribed value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、風力発電装置に関する。特に、突風を原因とするブレードの破損を未然に防ぐ確率を高めた風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind power generator. In particular, the present invention relates to a wind turbine generator that has an increased probability of preventing blade breakage caused by gusts.

従来、風力発電装置における突風を原因とするブレード破損を回避するための技術は、ブレードの強度を強化したり、強風時に運転を停止させたりする技術を組み合わせたりして対応していた。より具体的には、風速計にて風速を計測し、所定以上の風速を計測したらブレード角度を制御して風を逃がし、ブレードの破損を防ぐようにしている。
なお、風速を計測する風速計には、三杯式流速計が一般的に用いられるが、超音波式流速計の採用も理論的には可能である。 Conventionally, techniques for avoiding blade breakage caused by wind gusts in wind power generators have been dealt with by combining the techniques of enhancing the strength of the blades or stopping the operation when there is a strong wind. More specifically, the wind speed is measured by an anemometer, and when a wind speed exceeding a predetermined value is measured, the blade angle is controlled to escape the wind and prevent the blade from being damaged.
A three-cup type anemometer is generally used as an anemometer for measuring the wind speed, but an ultrasonic type anemometer can be used theoretically.

突風を原因とするブレード破損は、運転時のみならず停止時にも発生する。例えば、特許文献１に記載された技術は、停電時や設定風速以上となったときに、ナセルを任意の旋回一で保持された状態から自由に旋回させることができるようにしたものである。これによって、ブレードの破損を未然に防止しようというものである。   Blade breakage due to gusts occurs not only during operation but also when stopped. For example, the technique described in Patent Document 1 enables the nacelle to freely turn from a state where the nacelle is held at an arbitrary turning time when a power failure occurs or when the wind speed exceeds a set wind speed. This is to prevent the blade from being damaged.

別の発想による技術としては、たとえば特許文献２に記載された技術がある。この特許文献１は、破損しやすいブレードの先端を、あえて破損しやすく形成すること、および破損した先端を修繕しやすくする、という技術である。   As a technique based on another idea, there is a technique described in Patent Document 2, for example. This patent document 1 is a technique that dares to easily form a tip of a blade that is easily damaged and makes it easier to repair the damaged tip.

特開２００７−１０７４１０号公報JP 2007-107410 A 特開２００７−４６５７５号公報JP 2007-46575 A

さて、風力発電装置を取り巻く流体（空気）が急激に変化した場合、すなわち突風が生じた場合、ブレード角度変更にフィードバックする方式では、ブレード角度の変更が間に合わず、ブレードに損傷を来す場合がある。
突風の場合に問題となるのは、風速のみならず風による加速度であり、その加速度の測定および加速度の測定結果をブレード角度の制御にフィードバックする方式を採用していないからである。 Now, when the fluid (air) surrounding the wind power generator changes suddenly, that is, when a gust of wind occurs, the blade angle change may not be in time and the blade may be damaged in the method of feeding back to the blade angle change. is there.
The problem in the case of a gust of wind is not only the wind speed but also the acceleration due to the wind, and the measurement of the acceleration and the method of feeding back the measurement result of the acceleration to the blade angle control are not employed.

通常の三杯式流速計では、速度の反応時間すなわち時定数が機械的な機構上大きいため、加速度の計測をする機構とはなっていない。また、加速度を計測可能な超音波式流速計は、高価であることを理由に採用されていない。   An ordinary triple cup type anemometer is not a mechanism for measuring acceleration because the speed reaction time, that is, the time constant, is large due to a mechanical mechanism. In addition, an ultrasonic velocimeter that can measure acceleration is not employed because it is expensive.

本発明が解決しようとする課題は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる技術を提供することを目的とする。
第一の発明の目的は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる風力発電装置を提供することにある。
第二の発明の目的は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められるウィンドファームを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the probability that damage to a blade can be prevented in advance even when a gust of wind occurs.
An object of the first invention is to provide a wind turbine generator that can increase the probability that blade damage can be prevented in advance even when a gust of wind occurs.
It is an object of the second invention to provide a wind farm that can increase the probability that blade damage can be prevented even if a gust of wind occurs.

（第一の発明）
本願の第一の発明は、支柱(11)と、その支柱(11)に固定されたナセル(12)と、 そのナセル(12)に固定された複数枚のブレード(13,13,13)と、 そのブレード(13,13,13)の角度を制御するブレード角度制御装置(20)と、を備えた風量発電装置(10)に係る。
すなわち、 風圧を検知可能な圧力センサ(30)を備え、 前記ブレード角度制御装置(20)は、その圧力センサ(30)が計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレード(13,13,13)の角度を変更することとした風力発電装置(10)である。 (First invention)
The first invention of the present application includes a support column (11), a nacelle (12) fixed to the support column (11), and a plurality of blades (13, 13, 13) fixed to the nacelle (12). And a blade angle control device (20) for controlling the angle of the blade (13, 13, 13), and an air volume power generation device (10).
That is, the pressure sensor (30) capable of detecting the wind pressure, the blade angle control device (20), when the wind pressure measured by the pressure sensor (30) is a predetermined value or more, the blade (13, This is a wind turbine generator (10) in which the angle of (13, 13) is changed.

（作用）
圧力センサ(30)が計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレード(13,13,13)の角度を変更することとしたので、風速の計測では検知およびブレード角度制御が困難であった突風が発生した場合でも、ブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる。 (Function)
When the wind pressure measured by the pressure sensor (30) is greater than or equal to a predetermined value, the angle of the blade (13, 13, 13) is changed, so detection and blade angle control are difficult in wind speed measurement. Even in the event of a gust of wind, the probability of preventing blade damage can be increased.

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、前記圧力センサ(30)とは別に、静圧を測定する静圧力センサ(40)を備え、 前記ブレード角度制御装置(20)は、圧力センサ(30)と静圧力センサ(40)とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更する風力発電装置、とすることもできる。 (Variation 1 of the first invention)
A wind turbine generator (10) according to a first aspect of the invention includes a static pressure sensor (40) for measuring a static pressure separately from the pressure sensor (30), and the blade angle control device (20) includes a pressure sensor. Even when the pressure difference calculated from (30) and the static pressure sensor (40) is a value greater than or equal to a predetermined value, it is possible to provide a wind power generator that changes the blade angle.

（作用）
静圧力センサ(40)にて静圧を測定し、圧力センサ(30)と静圧力センサ(40)とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にブレード角度を変更することとしているので、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。 (Function)
The static pressure sensor (40) measures the static pressure, and the blade angle is changed when the pressure difference calculated from the pressure sensor (30) and the static pressure sensor (40) is a predetermined value or more. This contributes to accurate control for preventing blade breakage.

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、以下のように形成することもできる。
すなわち、前記圧力センサ(30)は、各ブレード(13,13,13)の中央側端部に位置するロータヘッド(14)に、風上へ向く貫通孔(31)を設け、その貫通孔(31)内に設置するものである。 (Variation 2 of the first invention)
The wind power generator (10) according to the first invention can also be formed as follows.
That is, the pressure sensor (30) is provided with a through hole (31) facing the windward in the rotor head (14) located at the center side end of each blade (13, 13, 13), and the through hole ( It is installed in 31).

（作用）
ロータヘッド(14)は、各ブレード(13,13,13)の回転とは無関係であり、且つ風上を向いているので、圧力を測定するのに適している。 (Function)
Since the rotor head (14) is independent of the rotation of each blade (13, 13, 13) and faces the windward, it is suitable for measuring the pressure.

（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、圧力センサ(20)を風力発電装置(10)の近傍に設置することもできる。 (Variation 3 of the first invention)
In the wind turbine generator (10) according to the first invention, the pressure sensor (20) can be installed in the vicinity of the wind turbine generator (10).

（作用）
既に設置されている風力発電装置(10)に対して、ロータヘッド(14)に孔(31)をあけたり、圧力センサ(30)を設置したりすることは困難である場合もある。そこで、圧力センサ(20)を別に設置することとし、その圧力センサ(20)が検知した圧力をブレード角度制御装置(20)に送信することとしたものである。 (Function)
It may be difficult to make a hole (31) in the rotor head (14) or install a pressure sensor (30) in the wind power generator (10) that has already been installed. Therefore, the pressure sensor (20) is separately installed, and the pressure detected by the pressure sensor (20) is transmitted to the blade angle control device (20).

（第一の発明のバリエーション４）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、以下のように形成することもできる。
すなわち、前記圧力センサ(30)が計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置(20)は、その圧力センサ(30)が計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することすることもできる。 (Variation 4 of the first invention)
The wind power generator (10) according to the first invention can also be formed as follows.
That is, the value measured by the pressure sensor (30) is time-differentiated, and the blade angle control device (20), when the time-differentiated value measured by the pressure sensor (30) is a predetermined value or more, It is also possible to change the blade angle.

（作用）
圧力センサ(30)が計測した値を時間微分することで、急激な圧力の変化を測定できることとなる。急激な圧力変化は、突風の前兆である確率が高いため、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。 (Function)
A rapid pressure change can be measured by differentiating the value measured by the pressure sensor (30) with respect to time. Since there is a high probability that a sudden pressure change is a sign of a gust of wind, it contributes to accurate control for preventing blade breakage.

（第二の発明）
本願の第二の発明は、第一の発明に係る風力発電装置(10)を複数備えたウィンドファームに係る。 (Second invention)
A second invention of the present application relates to a wind farm including a plurality of wind power generators (10) according to the first invention.

複数の風力発電装置(10)の全てに圧力センサ(30)を備えることとしても良いし、隣接する複数の風力発電装置(10)にひとつの圧力センサ(30)を備えることとしても良い。
The pressure sensors (30) may be provided in all of the plurality of wind power generation devices (10), or one pressure sensor (30) may be provided in the plurality of adjacent wind power generation devices (10).

請求項１から請求項５に記載の発明によれば、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる風力発電装置を提供することができた。
また、請求項６に記載の発明によれば、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められるウィンドファームを提供することができた。
According to the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to provide a wind turbine generator that can increase the probability that the blade can be prevented from being damaged even if a gust of wind occurs.
Further, according to the invention described in claim 6, it is possible to provide a wind farm that can increase the probability that damage to the blade can be prevented in advance even when a gust of wind occurs.

第一の実施形態の風力発電装置を示す概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the wind power generator of 1st embodiment. 第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大図であるIt is an enlarged view of the principal part in the wind power generator of a first embodiment. 第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part in the wind power generator of a first embodiment. 第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the principal part in the wind power generator of a first embodiment. 第一の実施形態の風力発電装置におけるブロック図である。It is a block diagram in the wind power generator of a first embodiment. 第二の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大図である。It is an enlarged view of the principal part in the wind power generator of 2nd embodiment. 第二の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part in the wind power generator of a second embodiment.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
風力発電装置２０は、図１に示されているように、地上に立設した支柱１１と、その支柱１１に固定されたナセル１２と、そのナセル１２に対してハブを介して回転自在に設けたロータに固定された三枚のブレード１３，１３，１３と、回転停止ポジションを含めたブレード１３，１３，１３の角度変更を制御するブレード角度制御装置（図1では図示を省略）を含む。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the wind power generator 20 is provided so as to be freely rotatable via a hub with a support column 11 standing on the ground, a nacelle 12 fixed to the support column 11, and the nacelle 12. And three blades 13, 13, 13 fixed to the rotor, and a blade angle control device (not shown in FIG. 1) for controlling the angle change of the blades 13, 13, 13 including the rotation stop position.

「回転停止ポジション」とは、ブレード１３，１３，１３が風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード１３，１３，１３の回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレード１３，１３，１３の回転を停止させる場合も含むものである。   The “rotation stop position” refers to a position where the blades 13, 13, and 13 do not rotate even when receiving wind. Typically, the feathering position or the rotation speed is sufficiently reduced. When the brake for stopping the rotation of 13 is used as an auxiliary, the case where the rotation of the blades 13, 13, 13 is stopped using the brake as a main is included.

回転の減速制御手段としては、ブレードの全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード２５の形状とピッチ角とを選択させるとともに、停止時にはブレード２５の先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
なお、風力発電装置１０はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間がかかるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。 As the rotation deceleration control means, a pitch controller that changes the entire pitch angle of the blade, and the shape and pitch angle of the blade 25 that loses lift are selected, and the tip of the blade 25 faces 90 degrees when stopped. There is a stall control machine that changes the brake and uses it as a brake.
In addition to the feathering position, the wind power generator 10 is often formed so as to be able to select a position that reduces rotational efficiency in accordance with strong winds. This is because if the rotation is completely stopped, it takes a long time to restart the operation. However, in the case of sufficient deceleration, it is easy to restart the operation, so that the power generation loss can be reduced.

図２に示すように、ロータヘッド１４の中央には直径１ミリメートルほどの貫通孔をあけてあり、その貫通孔の内部に圧力センサを備えている（図２では図示を省略）。   As shown in FIG. 2, a through hole having a diameter of about 1 mm is formed in the center of the rotor head 14, and a pressure sensor is provided inside the through hole (not shown in FIG. 2).

図３および図４には、風力発電装置１０の主要部が示してある。前記の圧力センサ３０は、貫通孔３１の内部に位置し、風上における圧力を検知できる。   3 and 4 show the main part of the wind turbine generator 10. The pressure sensor 30 is located inside the through hole 31 and can detect the pressure on the windward side.

図５に示すように、圧力センサ３０によって検知された圧力値は、風圧値信号として主制御装置に出力される。そして、その圧力値が所定値以上であればブレード角度制御装置２０に対して、フェザリングポジションへの変更を制御するような作動信号を出力する。作動信号を受信したブレード角度制御装置２０は、ブレード角度駆動装置に駆動信号を出力することで、ブレード１３をフェザリングポジションに変更させる。   As shown in FIG. 5, the pressure value detected by the pressure sensor 30 is output to the main controller as a wind pressure value signal. If the pressure value is equal to or greater than a predetermined value, an operation signal for controlling the change to the feathering position is output to the blade angle control device 20. The blade angle control device 20 that has received the actuation signal outputs the drive signal to the blade angle drive device, thereby changing the blade 13 to the feathering position.

図６および図７に示すのは、静圧力を検知可能な静圧力センサ４０を備えた第二の実施形態である。
この静圧力センサ４０は、ブレード１３よりも風下となる位置であって、ナセル１２の上部に備えられている。 6 and 7 show a second embodiment provided with a static pressure sensor 40 capable of detecting a static pressure.
The static pressure sensor 40 is provided at the upper part of the nacelle 12 at a position that is more leeward than the blade 13.

第二の実施形態においては、前記のブレード角度制御装置２０は、圧力センサ３０と静圧力センサ４０とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更することとしている。これによって、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。   In the second embodiment, the blade angle control device 20 changes the blade angle even when the pressure difference calculated from the pressure sensor 30 and the static pressure sensor 40 is a predetermined value or more. . This contributes to accurate control for preventing blade breakage.

詳しい図示は省略するが、前記圧力センサ３０が計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置２０は、その圧力センサ３０が計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することすることもできる。
圧力センサ３０が計測した値を時間微分することで、急激な圧力の変化を測定できることとなる。急激な圧力変化は、突風の前兆である確率が高いため、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。 Although detailed illustration is omitted, the value measured by the pressure sensor 30 is time-differentiated, and the blade angle control device 20 determines that the blade angle control device 20 has a blade value when the time-differentiated value measured by the pressure sensor 30 is a predetermined value or more. The angle can also be changed.
A rapid change in pressure can be measured by differentiating the value measured by the pressure sensor 30 with respect to time. Since there is a high probability that a sudden pressure change is a sign of a gust of wind, it contributes to accurate control for preventing blade breakage.

前述した第一の実施形態または第二の実施形態に係る風力発電装置を多数設置したウィンドファームを形成した場合、突風を原因とするブレードの破損事故を未然に防止できる可能性を高めることとなる。
When a wind farm in which a large number of wind turbine generators according to the first embodiment or the second embodiment described above are installed is formed, the possibility that a blade breakage accident caused by gusts can be prevented in advance is increased. .

本願発明は、風力発電装置の製造業、風力発電装置のメンテナンス業、圧力センサの製造業などにおいて利用可能性を有する。   The present invention has applicability in a wind power generator manufacturing industry, a wind power generator maintenance industry, a pressure sensor manufacturing industry, and the like.

１０ 風力発電装置 １１ 支柱
１２ ナセル １３ ブレード
１４ ロータヘッド
２０ ブレード角度制御装置
３０ 圧力センサ ３１ 貫通孔
４０ 静圧力センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wind power generator 11 Support | pillar 12 Nacelle 13 Blade 14 Rotor head 20 Blade angle control apparatus
30 Pressure sensor 31 Through hole 40 Static pressure sensor

Claims (6)

支柱と、その支柱に固定されたナセルと、 そのナセルに固定された複数枚のブレードと、 そのブレードの角度を制御するブレード角度制御装置と、を備えた風量発電装置であって、
風圧を検知可能な圧力センサを備え、
前記ブレード角度制御装置は、その圧力センサが計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレードの角度を変更することとした風力発電装置。 A wind power generator comprising a support, a nacelle fixed to the support, a plurality of blades fixed to the nacelle, and a blade angle control device for controlling the angle of the blade,
It has a pressure sensor that can detect wind pressure,
The blade angle control device is a wind power generator that changes an angle of the blade when the wind pressure measured by the pressure sensor is equal to or greater than a predetermined value. 前記圧力センサとは別に、静圧を測定する静圧力センサを備え、
前記ブレード角度制御装置は、圧力センサと静圧力センサとから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更することとした請求項１に記載の風力発電装置。 In addition to the pressure sensor, a static pressure sensor for measuring static pressure is provided,
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the blade angle control device changes the blade angle even when the pressure difference calculated from the pressure sensor and the static pressure sensor is a value greater than or equal to a predetermined value. 前記圧力センサは、各ブレードの中央側端部に位置するロータヘッドに、風上へ向く貫通孔を設け、
その貫通孔内に設置することとした請求項１または請求項２のいずれかに記載の風力発電装置。 The pressure sensor is provided with a through-hole facing upwind on the rotor head located at the center side end of each blade,
The wind turbine generator according to any one of claims 1 and 2, wherein the wind turbine generator is installed in the through hole. 前記圧力センサは、風力発電装置近傍に設置した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置。   The said pressure sensor is a wind power generator in any one of Claims 1-3 installed in the wind power generator vicinity. 前記圧力センサが計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置は、その圧力センサが計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することとした請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置。
2. A value obtained by differentiating the value measured by the pressure sensor with respect to time, and the blade angle control device changes the blade angle when the value obtained by time differentiation with the pressure sensor is a predetermined value or more. The wind power generator according to claim 4.
請求項１から請求項６のいずれかに記載の風力発電装置を複数備えたウィンドファーム。   The wind farm provided with two or more wind power generators in any one of Claims 1-6.
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