JP2010506094A - 風力タービンの制御システム - Google Patents

Abstract

タービン操作及び疲労蓄積に関する測定値を取得するセンサ構成（Ｂ、Ｅ、Ｈ）と、前記測定値の統計的処理に基づいて個々の時点において最適化された制御設定値を計算する上位コントローラ（Ｕ）と、前記測定値から瞬時値を算出する測定モジュール（Ｆ）と、前記制御設定値及び前記瞬時値を受け取り、タービンアクチュエータ（Ｇ）を制御する瞬時の最適コマンドを計算する下位コントローラ（Ｌ）を備える風力タービン用制御システムである。下位コントローラは、損傷が蓄積される率を常に計算する連続時間損傷モデル（Ｖ）と、アクチュエータに瞬時値を直接フィードバックするか、又は後退区間最適化の問題を繰り返し解くことで連続的に最適化されるタービン性能の目的関数を得ることによって、タービンの操作状態を制御する最適コントローラ（Ｘ）を備える。

Description

本発明は、タービン動作に関連する測定値を取得するセンサ構成と、前記測定値の統計的処理に基づいて一以上のタービンの操作状態に対し個々の時点において最適化された値を計算する上位コントローラを備える風力タービン用制御システムに関するものである。本発明はまた、上記制御システムを備える風力タービンにも関している。
風力タービンの操作状態は、タービンアクチュエータによって調整される。
本発明はまた、タービン動作に関連する測定値を取得するステップを含む、風力タービンを制御する方法にも関するものである。

風力タービンのエネルギー出力はローターの直径によって変わる。しかし、（ローター、ナセル及びタワー等の）タービン構造要素の機械的応力は、ローターの直径とともに二次的に増加する。これは、より大きいローターは通常スイッチオフ速度を弱める必要がある、すなわちタービン応力が許容範囲を超える風速、ローターの回転速度、したがってタービン出力を低下させる必要があるため、特に風速が大きいときの重大な欠点となる。このため、タービン構造の疲労を制限するために、ローター速度を制御することが重要である。

従来の風力タービン設計の発想では、風力タービン構造と風力タービンコントローラを別々の存在として扱う。コントローラは普通、標準の風速以下で電力生産を最大化するために使用され、風速がより大きいところでは、コントローラによって一定のローター速度と電力出力が維持される。タービンの機械的構造はこのため、予測される耐用年限にかかる負荷によって左右される一定の寿命をサポートするように設計されている。残念なことに、風力タービンの運用年数の間、機械的疲労の負荷が予測するよりも高いか、あるいは物理的疲労特性に予期したよりも耐久性がないかのいずれかである可能性があり、タービンの寿命は予期したよりも短い結果となる。

米国特許出願公開第２００３／０１２７８６２号明細書では、局所及び気象状況によって起こるタービンの現在の負荷及び応力の直接又は間接的な数量化に使用される計測値（ローター速度、ピッチ角又は風速）を検出するためのセンサ手段を備える風力発電プラントの制御システムが開示されている。電気信号処理システムもまた提供されており、現在の操作状態、風が公称風速の範囲内の場合と高風速の場合の両方において最適な経済効率を得るために、風力発電プラントの最適化された状態に要求される電力削減が制限されるように作用する。

当技術分野においては、検出された測定値又は状態は統計的なデータに処理される。統計的な操作データは、統計的な応力データに変換され、ここから応力分布が得られる。この制御プロセスは、局所又は気象状況が比較的大きく変化した時又は一つのサイクル（ヒステリシスループ）が完了するまでのみ実施される。これは、比較的長い時間が過ぎた後にタービンの操作上のパラメータ又は状態を最適化された値に設定することを意味し、これにより、風力タービンをリアルタイムで制御することが妨げられ、風力タービンの寿命を大幅に縮めることになるまで蓄積された損傷が検出されないままになる危険性を伴う。

本発明の目的は、タービンの設計寿命を維持、又は延長しながら、そのエネルギー出力を最大化するように風力タービンの制御を調整することである。

タービンのセンサで測定された値は通常、状態と呼ばれる。これら一式の状態はタービンの現在の「状態」を表す。これには風の状態と制御可能な状態があり：
● タービンの操作状態：これらは例えばジェネレータ速度、ピッチ角、電力、加速度等のタービンアクチュエータが作動させるパラメータである。
● 負荷状態：これらはタービン構造内部の機械的負荷である。
● 応力状態：これらは構造上のいずれかのポイントにおけるタービン内の応力である。
● 損傷状態：これらは応力状態が存在するポイントにおける損傷率及び蓄積した損傷である。

本発明の態様によると、風力タービンの制御システムは、センサ構成により取得した測定値から瞬時値を算出する測定モジュールと、前記瞬時値と上位コントローラによって計算された最適値を受け取り、一以上のタービンの状態に対して最適化された値を常に計算する下位コントローラを備えている。

したがって、本発明の制御システムは、２つのレベルの制御設計：上位コントローラとそれに続く下位コントローラを含む。上位コントローラは、タービンの操作状態及び疲労損傷状態の統計的分析に基づいて低速の最適化を行って、個々の制御システム設定値を算出し、下位コントローラは、センサの瞬時値と制御システムの設定値に基づいて高速の最適化を行い、タービンアクチュエータの制御入力値を算出する。下位コントローラは、全ての状況において疲労を削減するために常に稼働している。

有利には、下位コントローラがタービン構造の選択部分における損傷の蓄積率、いわゆる損傷率の状態を常に計算する連続時間損傷計算モジュールを備えている。連続時間損傷計算モジュールにより、いつの時点においてもタービンが受ける実際の損傷を測定することができる。

好ましくは、下位コントローラが風力タービン構造内の応力分布、いわゆるタービンの応力状態を常に計算する風力タービン構造計算モジュールを備えている。この応力分布は、連続時間損傷計算モジュールに入力され、瞬時損傷率の状態が算出される。

ある実施形態では、下位コントローラが風力タービン構造内部の機械的負荷分布、いわゆるタービンの負荷状態を計算する内部負荷計算モジュールを備えている。この負荷分布は風力タービン構造計算モジュールに入力され、瞬時の応力状態が算出される。

ある実施形態では、下位コントローラが風の流入状態及び制御入力値に影響されやすい風力タービンの操作状態（つまり動き具合）を測定する空力弾性風力タービン計算モジュールを備えている。このタービンの操作状態は内部負荷計算モジュールに入力され、瞬時の負荷状態が算出される。

ある実施形態では、下位コントローラがタービン上流における風の流入状態を測定し、現在の風の擾乱状態を測定し、今後予測される風の流入及び擾乱状態を計算する風擾乱計算モジュールを備えている。この風の流入擾乱状態は空力弾性風力タービン計算モジュールに入力され、タービンの瞬時の操作状態が算出される。

好ましくは、一以上の前記下位コントローラの計算モジュールが測定モジュールから瞬時値を受け取る。こうすることによって、風擾乱計算モジュールに風の瞬時測定値が入力され、空力弾性風力タービン計算モジュールに操作の瞬時測定値が入力され、又は風力タービン構造計算モジュールに負荷の瞬時測定値が入力されることが可能になる。

有利には、下位コントローラが一以上の下位コントローラ計算モジュールから状態情報を受け取る最適コントローラを備える。前記最適コントローラは、所望の参照軌道を最も有利にたどるために、風力タービンアクチュエータの直接制御を行う。

ある実施形態では、最適コントローラは、一以上のタービンの操作、負荷、応力又は損傷状態を、タービンアクチュエータに瞬時値を直接フィードバックすることによって制御する。この種のコントローラによって、最適制御システムのゲインがオフラインで計算され、センサ信号が直接の線形又は非線形フィードバックに使用される。

ある実施形態では、最適コントローラが後退区間最適化の問題を繰り返し解くことにより連続的に最適化される風力タービン性能の目的関数を生成することによって、一以上のタービンの操作、負荷、応力又は損傷状態を制御する。この種のコントローラによって、風力タービンの空力弾性、構造及び損傷力学が制御システム内の内部モデルとして使用される。内部モデルエラーを考慮して、センサにより内部モデルが更新される。

有利には、上位コントローラが、タービンアクチュエータに送られる最適制御入力値シーケンスを計算する下位コントローラに送られる制御設定値を計算する。制御設定値は例えば、重み付けマトリックス、参照軌道、及びシステム制限であり、最適制御入力値は各タービンアクチュエータについて常時計算される。

例えば下記のような、３つ以上の重み付けマトリックスがある。
● 状態重みマトリックス：このマトリックスにより、目的機能全体に対する各システム状態の相対的重要度が得られる。
● 制御重みマトリックス：このマトリックスにより、目的機能全体に対する制御入力値の相対的重要度が得られる。
● 損傷率マトリックス：このマトリックスにより、目的機能全体に対する様々な重要な構造ポイントの損傷率の相対的重要度が得られる。

システム制限により、タービンの状態が実現可能なレベルに制限される。例としては、ピッチ角を０〜９０度に制限する、ジェネレータ速度を最大レベル以下に維持されるよう制限する（例えば１９００ｒｐｍ）等が挙げられる。これにはまた、損傷率を指定された率よりも低い値に制限することも含まれる。

参照軌道により、風力タービンの状態の所望の閉ループ動作が規定される（「閉ループ動作」とは、タービンの状態が時間だけでなく、制御入力値によっても変化することを意味する）。これらの軌道が長時間一定であると考えられる場合、これらは「設定ポイント」と呼ばれる。例えば、風が強いときに、参照軌道はジェネレータを１８００ｒｐｍ（設定値）に保ち、低速シャフトトルクを一定（別の設定値）にする。別の例えでは、ナセル加速度が常にゼロであるべきである（更に別の設定値）。

本発明の別の態様によると、風力タービンはこの項に開示された上記の特徴を有する制御システムを備えている。

本発明の別の態様によると、風力タービンを制御する方法は、センサの測定値から瞬時値を算出し、前記瞬時値に基づいてタービンの一以上の状態に対する最適値を常に計算するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、タービン構造の選択部分の損傷が蓄積する速度を常に計算するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、タービン構造内の応力分布を常に計算するステップを含む。

ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、風力タービン構造内部の機械的負荷分布を計算するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、風の流入状態と制御入力値に影響されやすい風力タービンの操作状態を測定するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、タービン上流の風の流入状態を測定し、現在の風の擾乱状態を測定し、今後予測される風の流入及び擾乱状態を計算するステップを含む。

ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、タービンアクチュエータに瞬時状態を直接フィードバックすることで、タービンの一以上の操作、負荷、応力又は損傷状態を制御するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、後退区間最適化の問題を繰り返し解くことにより連続的に最適化される風力タービン性能の目的関数を生成することによって、タービンの一以上の操作、負荷、応力又は損傷状態を制御するステップを含む。
ある実施形態では、風力タービンを制御する方法は、タービンアクチュエータに送られる最適制御入力値シーケンスを計算するのに使用する制御設定値を計算するステップを含む。上述したように、制御設定値は上位コントローラによって計算され、最適制御入力値シーケンスは下位コントローラによって計算される。
本発明のある特定の実施形態を、添付の図を参照しながら、限定しない例のみを用いて下記に説明する。

図１は風力タービン用制御システムの一実施形態を示すブロック図である。

このブロック図の左側に、風の流入及び風の擾乱状態Ａ、風力タービン構造Ｄ及びその風センサＢ、タービン操作センサＥ及び負荷または損傷センサＨの概略図を示す。タービンＤの操作値は、中でもフルスパン・ブレードピッチ、ナセル・ヨーアクチュエータ及び電動ジェネレータであってよい風力タービンアクチュエータＧによって調整される。制御性能を上げるために、未来型の空気力学制御アクチュエータを用いることができる。

風流入センサは、機械的、レーザーまたは音響装置を含んでいてよい。タービン操作センサＥは、ローター速度、ピッチ角、ジェネレータ電子トルク、ジェネレータ電力、タワーヘッドの加速度、または様々な温度及び安全センサを含んでいてよい。損傷センサＨは、風力タービンの重要な構造要素上の損傷を間接的にまたは直接的に測定する電気歪みゲージ、光ファイバー歪みゲージ、負荷セル、または状態調整監視装置を含んでいてよい。

図の右上は上位コントローラＵである。上位コントローラＵは、風流入データベースＯ、タービン性能データベースＩ、構造疲労データベースＫ、風流入統計モデルＰ、タービン性能統計モデルＪ、構造疲労モデルＭ及び未来予測／最適化ツールＮを備えている。各機能を下に説明する。
センサ構成及び上位コントローラの間にあるのは、センサによって取得された測定値を統計データに処理する統計処理機Ｃであり、統計データは上位コントローラＵに入力される。

風流入データベースＯは、様々な風流入センサＢによって測定された統計データを記録する。記録された変動値は使用されるセンサの種類によって異なるが、ハブ高さ統計値、乱流強さ、垂直及び水平方向のウインド・シア、及び気象安定性の状態を含むことができる。
タービン性能データベースＩは、タービンの操作状態を風流入状況及び適用されたタービン制御設定値の関数として保存する。保存された変動値は、電力、ジェネレータ速度、ピッチ位置、ピッチアクチュエータ、デューティサイクル、ギアボックス温度、ナセル加速度レベル等を含んでいてよい。

構造疲労データベースＫは、それぞれの重要な構造要素の損傷率状態及び蓄積した損傷状態統計値を風流入状況及び適用されたタービン制御設定値の関数として保存する。
風流入統計モデルＰは、測定された各風流入状態の統計分布を作成するのに使用される。

タービン性能統計モデルＪは、操作状態を上述した保存されたデータベース変動値の多重変動回帰値として処理する。回帰変動値は、風流入統計値と制御システム状態である。
構造疲労モデルＭは、損傷率状態及び蓄積した損傷状態を上述した保存されたデータベース変動値の多重変動回帰値として処理する。回帰変動値は、風流入統計値とタービン制御システムの設定値である。

上位未来予想／最適化装置Ｎは、風流入統計モデルＰ、タービン性能統計モデルＬ及び構造疲労モデルＭを使用して、残りの疲労寿命においてタービンから見て制御システム変動値の関数である戻り（レベニュー）を表す目的関数を生成する。そして上位未来予想／最適化装置Ｎは、最適制御設定値を決定する数値最適化装置を使用して、タービンの残りの疲労寿命範囲内で最大の戻り（レベニュー）を得る。前に記述したように、制御設定値は重み付けマトリックス、参照軌道、及びシステム制限を含んでいてよい。

図の右下のブロックは、風力タービンアクチュエータを直接制御する下位コントローラＬを表している。下位コントローラＬは、風擾乱モデルＱ、空力弾性タービンモデルＲ、内部負荷モデルＳ、タービン構造モデルＴ、連続時間損傷モデルＶ、及び最適コントローラＸを備えている。それぞれの機能を下に説明する。
センサ構成と下位コントローラの間にあるのは、センサによって取得された測定値を瞬時値または状態に処理する瞬時測定値処理装置Ｆであり、瞬時値または状態は、下位コントローラＬに入力される。「瞬時」という用語は、「個別の複数の時点」とは異なり「常に」と解釈されるべきである。

風の擾乱モデルＱは、測定値処理機Ｆからの風流入の瞬時測定値を使用して、コントローラが最小化する又は拒絶する可能性のある現在のシステム上の擾乱又は今後予想される擾乱を表す。
空力弾性タービンモデルＲは、風流入の擾乱と被制御アクチュエータからの入力を受ける風力タービンの動き具合（すなわち、その操作状態）を表す。このモデルはオフラインで使用され、最適オフラインコントローラの場合は最適なフィードバックゲインを得てもよく、又はオンラインの最適化された制御戦略を使用しているときは、目的機能の一部として含まれていてもよい。空力弾性タービンモデルＲは、タービンの操作状態の簡単な線形化したモデルである、又は完全に非線形の弾性シミュレーションであってよい。

内部負荷モデルＳは、空力弾性タービンモデルＲの操作状態を受け入れ、風力タービン構造の主な負荷経路上の内部の機械的負荷状態を計算する。

風力タービン構造モデルＴは、内部負荷モデルＳから内部の機械的負荷状態を受け取り、風力タービン構造を表す数学モデルを使用してタービン構造に対する応力の空間分布状態を算出する。風力タービン構造モデルＴは、処理された機械的負荷に適用された単純因子を使用するか、もしくは有限要素モデルから測定された完全な多軸的な計算結果を使用することができる。
連続時間損傷モデルＶは、上述の計算された応力状態及び物質損傷特性を受け取り、風力タービン構造の各重要ポイントにおける損傷が蓄積した速度、損傷率状態を決定する。結果的に得られた信号は、オフライン最適コントローラの場合には、直接フィードバックに使用することができ、オンライン最適コントローラに使用される場合には、目的機能の一部として使用することができる。

オンライン／オフライン最適コントローラＸは、上述した下位コントローラモデルを使用して風力タービンアクチュエータＧを直接制御する。オンライン／オフライン最適コントローラＸはまた、上位コントローラＵの最適化装置Ｎによって行われる制限された最適化の制御設定値も使用する。
最適コントローラＸは、２つの異なる制御方法に従って操作が可能である：
● オフライン最適制御：この制御方法では、制御システムの最適ゲインがオフラインで計算され、センサ信号が線形又は非線形の直接フィードバックに使用される。
● オンライン最適制御：この制御方法では、風力タービンの空力弾性、構造及び損傷力学が制御システム内の内部モデルとして使用される。このモデルは、後退予測／制御区間における最適化ルーティンによって連続的に最小化される目的機能の一部となる。風力タービンのセンサにより、内部モデルエラーを考慮して内部モデルが更新される。

オフラインの最適制御システムを実施する一つの方法は、状態依存のリカッティ方程式（ＳＤＲＥ）を解く方法であり、これによりシステムのゲインが瞬時損傷率状態と蓄積した損傷状態の関数としてリアルタイムで計算される。この方法には、非線形フィードバック制御が含まれていてもよい。
オンラインの最適制御システムを実施する一つの方法は、線形及び非線形両方のモデル予測制御（ＭＰＣ）を用いる方法である。この方法は、風擾乱予測を用いて短期の予測区間の風流入状態を予測する。

一般にＭＰＣにおいては、有限区間最適制御コマンドの開ループシーケンスがまず決定される（開ループ最適シーケンスはオフラインの最適化の結果である）。次に現在の時刻に対応する第１コマンドがコントローラによって入力される。次の制御更新の際に、第２コマンドを開ループ最適シーケンスに入力する代わりに、（測定又は計算による）対象の状態の新規予測を使用して有限区間最適化が完全に再実施される。これにより、開ループ有限区間最適制御の問題が閉ループの問題（すなわち、オンライン最適化）となる。この最適化区間は、コントローラが区間端部に対応するコマンドを入力することがないため、「後退する」と言われる。
つまり、開ループ最適シーケンスは、各コントローラの時間ステップの始めに計算された制御区間における最適制御入力値のシーケンスであり、閉ループ最適シーケンスは、制御区間において繰り返し計算されなければならない最適なフィードバック機能のシーケンスである。ともかく、制御システムによって、風力タービンアクチュエータに送られる最適制御入力値シーケンスが得られる。

本発明においてオンラインの最適制御方法が使用される場合、最適な制御戦略を選択するために、下位コントローラ内部で数ミリ秒ごとに多数回内部最適化が稼働される。下位コントローラは、いかなる場合においても風力タービンの疲労を低減するために常に稼働する。
センサから送られるデータは下位コントローラＬに直接高速で送られて、直接又は間接フィードバックに使用され、及び／又は統計データに処理されて上位コントローラＵに低速で送られ、予測用に保存及び使用される。
説明したように、制御設定値は上位コントローラから下位コントローラに送られ、下位コントローラに目的機能をいかに形成するか、そして下位コントローラがどんな制限下で稼働しなければいけないかを伝える重み付け変動値、システム制限及び参照軌道が含まれる。

下位コントローラＬの高速制御を数十ミリ秒から数百ミリ秒の単位で実施すると同時に、上位コントローラＵの低速制御を数十秒から数十分の単位で実施することが可能である。便宜上、下位コントローラＬによって行われる高速最適化を「連続的」（これはつまり、数十ミリ秒から数百ミリ秒、例えば１０〜９００ミリ秒の単位を意味する）と呼び、上位コントローラＵによって行われる低速最適化を「個別的」（これはつまり、数十秒から数十分、例えば２０秒〜１０分の単位を意味する）と呼ぶことができる。

本発明の主な特徴をまとめると、風力タービンの制御システムは、タービン操作及び疲労蓄積に関する測定値を取得するセンサ構成（Ｂ、Ｅ、Ｈ）と、前記測定値の統計的処理に基づいて個々の時点において最適化された制御設定値を計算する上位コントローラ（Ｕ）と、前記測定値から瞬時値を算出する測定モジュール（Ｆ）と、前記制御設定値及び前記瞬時値を受け取り、タービンアクチュエータ（Ｇ）を制御する瞬時の最適コマンドを計算する下位コントローラ（Ｌ）を備えている。下位コントローラは、常に損傷が蓄積される率を計算する連続時間損傷モデル（Ｖ）と、オフライン又はオンラインのいずれかでタービンの操作状態を制御する最適コントローラ（Ｘ）を備える。

本明細書においては、本発明の特定の実施形態のみを図示し及び説明したが、それぞれの場合の特別な要件によっては、添付の請求項に規定された保護範囲から逸脱することなしに、当業者が変更を行ったり、本発明のいかなる技術的特徴も他の技術的な同等物と置換えたりすることは可能である。

Claims (21)

1. 風力タービン用制御システムであって、タービン動作に関する測定値を取得するセンサ構成（Ｂ、Ｅ、Ｈ）と、前記測定値の統計的処理に基づいてタービンの一以上の操作状態に対する最適値を個々の時点で計算する上位コントローラ（Ｕ）とを備え、前記測定値から瞬時値を算出する測定モジュール（Ｆ）と、上位コントローラ（Ｕ）によって計算される最適値及び前記瞬時値を受け取り、タービン（Ｄ）の一以上の状態に対する最適値を常に計算する下位コントローラ（Ｌ）も備えることを特徴とする、風力タービン用制御システム。
2. 下位コントローラ（Ｌ）が、タービン構造の選択部分に損傷が蓄積される率を常に計算する連続時間損傷計算モデル（Ｖ）を備えている、請求項１に記載の風力タービン用制御システム。
3. 下位コントローラ（Ｌ）が、風力タービン構造内の応力分布を常に計算する風力タービン構造計算モジュール（Ｔ）を備える、請求項１又は２に記載の風力タービン用制御システム。
4. 下位コントローラ（Ｌ）が、風力タービン構造内部の機械的負荷分布を計算する内部負荷計算モジュール（Ｓ）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
5. 下位コントローラ（Ｌ）が、風の流入状態及び操作上の作用に影響されやすい風力タービン（Ｄ）の操作状態を測定する空力弾性風力タービン計算モジュール（Ｒ）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
6. 下位コントローラ（Ｌ）が、タービン（Ｄ）上流の風の流入状態を測定し、現在の風擾乱（Ａ）状態を測定し、今後予想される風の流入及び擾乱状態を計算する風擾乱計算モジュール（Ｑ）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
7. 前記下位コントローラ計算モジュール（Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｖ）のうちの一以上が、測定値モジュール（Ｆ）から瞬時値を受け取る、請求項２〜６のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
8. 下位コントローラ（Ｌ）が、前記下位コントローラ計算モジュール（Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｖ）のうちの一以上から計算結果を受け取る最適コントローラ（Ｘ）を備える、請求項２〜７のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
9. 最適コントローラ（Ｘ）が、タービンアクチュエータ（Ｇ）に瞬時値を直接フィードバックすることにより、タービン（Ｄ）の操作、負荷、応力及び損傷状態のうちの一以上を制御する、請求項８に記載の風力タービン用制御システム。
10. 最適コントローラ（Ｘ）が、後退区間最適化問題を繰り返し解くことにより連続的に最適化される風力タービン性能の目的関数を生成することによって、タービン（Ｄ）の操作、負荷、応力及び損傷状態のうちの一以上を制御する、請求項８に記載の風力タービン用制御システム。
11. 上位コントローラ（Ｕ）が下位コントローラ（Ｌ）に送られる制御設定値を計算し、下位コントローラ（Ｌ）がタービンアクチュエータ（Ｇ）に送られる最適制御入力値シーケンスを計算する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の風力タービン用制御システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制御システムを備える風力タービン。
13. タービンの動作に関連する測定値を取得するステップを含む風力タービンの制御方法であって、前記測定値から瞬時値を算出するステップ、及び前記瞬時値に基づいてタービンの一以上の状態に対する最適値を常に計算するステップも含むことを特徴とする方法。
14. タービン構造の選択部分に損傷が蓄積される率を常に計算するステップを含む、請求項１３に記載の風力タービンの制御方法。
15. 風力タービン構造内の応力分布を常に計算するステップを含む、請求項１３又は１４に記載の風力タービンの制御方法。
16. 風力タービン構造内部の機械的負荷分布を計算するステップを含む、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。
17. 風の流入状態及び制御入力値に影響されやすい風力タービンの操作状態を測定するステップを含む、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。
18. タービン上流の風の流入状態を測定するステップ、現在の風の擾乱状態を測定するステップ、及び今後予測される風の流入状態及び擾乱状態を計算するステップを含む、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。
19. 瞬時値をタービンアクチュエータに直接フィードバックすることにより、タービンの操作、負荷、応力、及び損傷状態のうちの一以上を制御するステップを含む、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。
20. 後退区間最適化問題を繰り返し解くことにより連続的に最適化される風力タービン性能の目的関数を生成することによって、タービンの操作、負荷、応力、及び損傷状態のうちの一以上を制御するステップを含む、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。
21. タービンアクチュエータ（Ｇ）に送られる最適制御入力値シーケンスを計算するのに使用される制御設定値を計算するステップを含む、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の風力タービンの制御方法。

Images