JP2015522757A - 風力タービン傾斜最適化及び制御 - Google Patents

Abstract

本発明は風力タービンのための最適なチルト角を決定するための方法、コントローラ及びコンピュータープログラム製品に関する。風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号が受信され（４０２）、現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて、風力タービンのための最適なチルト角が決定される（４０３）。その後、風力タービンを最適なチルト角に傾けることができるように、最適なチルト角がプラットフォームコントローラに送信される（４０４）。【選択図】図４

Description

本発明は風力タービンに関し、詳細には、風力タービンの傾斜最適化及び制御に関する。

風力タービンは、風力エネルギーを効果的に利用して発電し、従来の発電源に対する代替的なエネルギー源としてますます一般的になりつつある。風力エネルギー利用は、よりクリーンで、枯渇することなく持続可能な発電源であると考えられる。

風力エネルギーから電力を生成するために、図１に示されるように、風力タービン１０１が通常、安定した基礎構造体１０３に基づく塔１０２と、塔１０２上に位置し、発電機のような電気的及び機械的装置を収納するナセル１０４と、ナセルに接続される１つ又は複数のタービン翼１０６を備えるローター１０５とを備える。基本的で、かつ単純化した観点から、タービン翼は入射風力エネルギーによって回転し、それにより、発電機を駆動し、電力を生成する。

従来、風力タービンは、ローターチルト角が通常、上方に６度であるように設計され、それは同様に、タービン翼が実際に６度だけ上方に傾斜することを意味する。チルト角は、水平面又はローター面からの主軸又はナセルの傾斜と定義される。しかしながら、ローターが６度だけ上方に傾斜していることによって、タービン翼上の入射風に対する実効面積も減少し、それに応じて、風からの実効的なエネルギーの取込み、及び部分負荷条件における出力電力も減少する。

風力タービンにとって、地面から離れている風ほど地面に近い風より速く移動する垂直ウインドシアが問題となる可能性がある。したがって、垂直ウインドシア条件において、上向きのタービン翼１０６は、下向きのタービン翼１０６より速い風速にさらされる。垂直ウインドシアは、周波数１Ｐ（１／回転）の擬似正弦波形状のタービン翼根曲げモーメントを引き起こす可能性があり、その曲げモーメントは、タービン翼の疲労の大きな一因となる可能性がある。風力タービンが３つのタービン翼１０６を含む場合には（図１に示される）、翼根モーメントの和は３Ｐ（３／回転）になり、他の構成要素とともに、風力タービンの主軸受上に著しい傾斜モーメント及びヨーモーメントを引き起こす。

従来、ウインドシアの影響は、ローターのチルト角を６度に固定することによって低減されてきた。ローターの固定チルト角は、上向きのタービン翼の場合の見掛けの風速が減少し、それにより、擬似正弦波のタービン翼根曲げモーメントの振幅が減少することを意味する。

固定チルト角は、風力タービンが世界中で経験する場合がある全ての風速及び垂直ウインドシア条件にわたって「最も適合する」ように設計される。しかしながら、固定チルト角は、風力タービンが位置するそれぞれの特定の場所にとって、又は風力タービンがさらされる場合がある天候パターン（例えば、季節パターン）にとって、エネルギーを取り込むのに、又はタービン翼根モーメント並びに傾斜モーメント及びヨーモーメントを最小化するのに必ずしも最適であるとは限らない。

したがって、本発明は、上述した問題点及び不都合点のうちのいくつか又は全てに、少なくとも部分的に対処することを目的とする。

本発明の第１の態様によると、風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信するステップと、前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定するステップと、前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するステップとを含む、方法が提供される。

したがって、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件に基づいて風力タービンのための最適なチルト角を決定することができる。最適なチルト角は、風力タービンが部分負荷において、より多くの電力を生成できるようにし、かつ全負荷及び／又は高い垂直ウインドシア条件において風力タービン上の負荷及びモーメントを最小化できるようにする角度とすることができる。

本方法は、風力タービンコントローラ、発電所コントローラ（ＰＰＣ：Power Plant Controller）、監視制御データ収集システム（ＳＣＡＤＡ：Supervisory Control and Data Acquisition）コントローラによって独立して、又はその任意の組み合わせにおいて実施することができる。

前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号は、垂直ウインドシア、風速、風向、波条件、気象予報、非対称負荷及びヨー方向のうちの１つ又は複数を含むことができる。非対称負荷信号は、タービン翼根曲げモーメント又は任意の他の負荷／モーメント信号を含むことができる。

本方法は、前記風力タービンの動作点を示す１つ又は複数の信号を受信するステップと、前記風力タービンの動作点を示す前記１つ又は複数の受信信号に更に基づいて前記最適なチルト角を決定するステップとを更に含むことができる。

前記動作点は、出力電力、ローター速度、前記風力タービンの１つ又は複数のタービン翼のピッチ角のうちの１つ又は複数を含むことができる。

本方法は、前記風力タービンのナセルが向いているか又は面しているか又は中にあるセクターを特定するステップと、前記特定されたセクターに更に基づいて前記最適なチルト角を決定するステップとを更に含むことができる。風力タービンの周囲の空間は通常、それぞれ３０度の１２セクターに分割される。

前記最適なチルト角を決定する前記ステップは、ルックアップテーブルから前記最適な角度を特定することを更に含むことができる。ルックアップテーブルによる決定は、ルックアップテーブルのための参照値として現地条件のうちの１つ又は複数を用いることができる。ルックアップテーブルの参照は、セクター及び動作点のうちの１つ又は複数を更に含むことができる。

前記最適なチルト角を決定する前記ステップは、前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号を所定のしきい値と比較するステップと、前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における現地条件を示す受信信号が前記所定のしきい値より大きい場合には、前記最適なチルト角を、前記所定のしきい値に近いか又は前記所定のしきい値未満の前記現地条件を示す受信信号をもたらすチルト角と判断するステップとを更に含むことができる。

したがって、その決定は、風力タービンのための最適なチルト角を決定できるようにするためにフィードバック制御に基づくことができる。

フィードバック制御において用いるための、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す信号は、１つ又は複数のタービン翼に関するタービン翼根曲げモーメントとすることができる。フィードバック制御において用いるための、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す信号は、風力タービンの出力電力とすることができる。

本方法は、海象データに関連する１つ又は複数の信号を受信するステップと、前記海象データに関連する１つ又は複数の受信信号に基づいて前記決定されたチルト角を制限するステップとを更に含むことができる。したがって、浮体式風力タービンの場合、安全性に影響を及ぼし、運転停止を引き起こすおそれがあるか、又は風力タービンを傾けるか、若しくは倒すおそれがある或る特定の条件において風力タービンが傾斜しすぎるのを防ぐために、チルト角は、海象（metocean）データ（例えば、波力、運動等）によって制限することができる。

本方法は、フィードバック制御に基づいて前記最適なチルト角の前記決定を最適化するステップを更に含むことができる。

本方法は、前記決定された最適なチルト角をチルト及びロール角に変換するステップと、前記チルト及びロール角を前記プラットフォームコントローラに送信するステップとを更に含むことができる。風力タービンが異なる方向に面しているか又はヨーイングしているおそれがあるので、チルト角は、プラットフォームに対するチルト及びロール角に変換されることが必要な場合がある。その変換は、風力タービンのヨー方向に基づくことができる。

本発明の第２の態様によると、風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信するように構成される第１の入力と、前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定するように構成される第１のプロセッサと、前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するように構成される第１の出力とを備える、コントローラが提供される。

本発明の第３の態様によれば、風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信し、現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて風力タービンのための最適なチルト角を決定し、風力タービンを最適なチルト角に傾けることができるように、決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するように構成されるコントローラが提供される。

そのコントローラは、独立して、風力タービンコントローラ、発電所コントローラ（ＰＰＣ）、監視制御データ収集システム（ＳＣＡＤＡ）コントローラによるものとすることができるか、又はその任意の組み合わせとすることができる。

前記風力タービンの動作点を示す１つ又は複数の信号を受信するように構成される第２の入力を更に備えることができ、前記第１のプロセッサは、前記風力タービンの動作点を示す前記１つ又は複数の受信信号に更に基づいて前記最適なチルト角を決定するように更に構成される。

前記コントローラは、前記風力タービンのナセルが向いているか又は面しているか又は中にあるセクターを特定するように構成される第２のプロセッサを更に備えることができ、前記第１のプロセッサは、前記特定されたセクターに更に基づいて前記最適なチルト角を決定するように更に構成される。

前記第１のプロセッサは、ルックアップテーブルから前記最適な角度を特定するように更に構成することができる。

前記コントローラは、前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号を所定のしきい値と比較するように構成される第３のプロセッサを更に備えることができ、前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す受信信号が前記所定のしきい値より大きい場合には、前記第１のプロセッサは、前記最適なチルト角を、前記所定のしきい値に近いか又は前記所定のしきい値未満の前記現地条件を示す受信信号をもたらすチルト角と判断するように更に構成される。

前記コントローラは、海象データに関連する１つ又は複数の信号を受信するように構成される第２の入力と、前記海象データに関連する１つ又は複数の受信信号に基づいて前記決定されたチルト角を制限するように構成される第４のプロセッサとを更に備えることができる。

前記コントローラは、フィードバック制御に基づいて前記最適なチルト角の前記決定を最適化するように構成される第５のプロセッサを更に備えることができる。

前記コントローラは、前記最適なチルト角をチルト及びロール角に変換するように構成される第６のプロセッサと、前記チルト及びロール角を前記プラットフォームコントローラに送信するように構成される第２の出力とを更に備えることができる。

第１〜第６のプロセッサは、同じプロセッサ、異なるプロセッサ、又はその任意の組み合わせとすることができる。第１の入力及び第２の入力は同じ入力又は異なる入力とすることができる。第１の出力及び第２の出力は同じ出力又は異なる出力とすることができる。

コントローラ及び構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア又はその任意の組み合わせによって構成することができる。コントローラは、本発明の機能及び特徴のいずれか又は全てを実施するように更に構成することができる。

本発明の第４の態様によると、コンピュータープログラム製品であって、風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信し、前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定し、前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するためのコンピューター可読実行可能コードを含む、コンピュータープログラム製品が提供される。

コンピュータープログラム製品は、本発明の機能及び特徴のいずれか又は全てを実施するためのコンピューター可読実行可能コードを更に含むことができる。

これより、単に例として、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を記載する。

固定陸上風力タービンの簡略化された概略図である。 本発明の実施形態の多くによる、洋上浮体式風力タービンの簡略化された概略図である。 本発明の実施形態の多くによる、陸上風力タービンの簡略化された概略図である。 本発明の実施形態の多くによる流れ図である。

上記のように、従来の風力タービンのローターは、垂直から６度の角度に固定される。しかしながら、ローター、それゆえ、タービン翼の角度を６度にすることによって、入射風の実効面積が減少し、それにより、部分負荷条件（例えば、風力タービンに対する定格風速より遅い風速）において、風力タービンの効率が低下する。

また、全負荷（例えば、風力タービンに対する定格風速以上の風速）において、及び／又は高いウインドシア条件において、６度に固定されたローター角は、擬似正弦波翼根曲げモーメントの影響を低減するが、モーメントは依然として増大する場合があり、それにより著しい疲労問題を引き起こす。

浮体式プラットフォームに取り付けられる洋上風力タービンは、浮体式プラットフォームの周囲でバラストを移動させることができるアクティブバラストシステムを含むことができる。アクティブバラストシステムは通常、風力タービンが浮いている水からの力及び運動とともに、風からの力を受けることになる風力タービンを安定させるために利用される。浮体式プラットフォームは、風力タービンを傾け、かつローリングさせて、浮体式風力タービンに作用する力及び運動を相殺するように作動させるか又は制御することができる。洋上浮体式風力タービンの一例が図２に示される。浮体式風力タービン２０１は、塔２０２と、ナセル２０３と、ローター２０４と、タービン翼２０５と、浮体式プラットフォーム２０６とを含む。

この例における浮体式プラットフォーム２０６は３つのバラストタンク２０７を有するように示されており、バラストがバラストタンク間で移動し、浮体式風力タービンを安定させることができる。しかしながら、浮体式プラットフォーム２０６は、浮体式風力タービンに作用する力及び運動に対して風力タービンを安定させるために変更することができるアクティブバラストシステムを組み込む任意のタイプの浮体式プラットフォームとすることができ、例えば、ブイにすることができることは理解されよう。

陸上風力タービンは通常、風力タービンを支持する固体基礎構造体に取り付けられ、固定される。図３に示されるこの実施形態では、陸上風力タービン３０１は、塔３０２と、ナセル３０３と、ローター３０４と、タービン翼３０５と、塔３０２と基礎構造体３０７との間にあるプラットフォーム３０６とを含む。プラットフォーム３０６は、油圧システムのようなアクティブシステムを含むことができ、３つの油圧ピストン３０８が陸上風力タービン３０１を支持する。油圧ピストンは、陸上風力タービン３０１を傾けるように作動させることができるか又は制御することができる。

この例におけるプラットフォーム３０６は、３つの油圧ピストン３０８を有するように示されており、ピストン３０８は、風力タービン３０１を複数の方向に傾けるように動作することができる。しかしながら、プラットフォームは、風力タービン３０１を傾けるために変更することができるアクティシステムを組み込む任意のタイプのプラットフォームとすることができることは理解されよう。

図２及び図３に示される上記の例において、風力タービンは水平軸風力タービンとして示されるが、垂直軸風力タービンとすることもできる。また、風力タービンは３つのタービン翼を有するように示されるが、風力タービンは１つ又は複数のタービン翼を備えることができることは理解されよう。また、上記の例では、陸上プラットフォーム及び洋上浮体式プラットフォームはいずれも、プラットフォームコントローラによって、風力タービンを任意の方向に傾斜させるか又は傾けるように制御することができるので、風力タービンは複数の軸の回りを任意の方向に傾くことができる。しかしながら、プラットフォームは、１つ又は複数の軸の回りにおいてのみ傾斜することができるように実現できることは理解されよう。

それらの実施形態では、風力タービンの傾き角又はチルト角は、風力タービンに影響を及ぼす条件に応じて能動的に制御され、これについては流れ図４０１を示す図４を参照しながら説明する。

ステップ４０２において、風力タービンコントローラ、発電所コントローラ（ＰＰＣ）、監視制御データ収集システム（ＳＣＡＤＡ）コントローラ又は任意の他のコントローラとすることができるコントローラが、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信する。風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す信号は、垂直ウインドシア、風向、風速、気象予報、波条件又は海象データ（浮体式風力タービンの場合）、ナセルヨー方向、及び非対称負荷を示す信号のうちの１つ又は複数とすることができる。非対称負荷は、風力タービンにかかる翼根曲げモーメント及び／又は他の負荷を示す１つ又は複数の信号を含むことができる。

ステップ４０３において、コントローラは、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて、最適なチルト角を決定することができる。コントローラは、最適なチルト角を計算することによって、又はルックアップテーブルを参照することによって、又はその任意の組み合わせによって最適なチルト角を決定することができる。

ステップ４０４において、プラットフォームコントローラがプラットフォームを制御して、風力タービンを要求された最適なチルト角に傾けることができるように、コントローラはプラットフォームコントローラに最適なチルト角を送信することができる。

コントローラが風力タービンコントローラである場合には、風力タービンコントローラは、プラットフォームコントローラと直接やりとりして、決定された最適なチルト角を送信することができる。コントローラがＰＰＣ又はＳＣＡＤＡコントローラである場合には、最適なチルト角は、風力タービンコントローラを介してプラットフォームコントローラに直接送信することができる。

浮体式プラットフォームの場合、及び陸上プラットフォームの場合、決定された最適なチルト角は、チルト及びロール角に変換されることが必要とされる場合がある。最適なチルト角は、傾けられる風力タービンのナセルのヨー方向に基づいて、チルト及びロール角に変換することができる。その後、チルト及びロール角をプラットフォームコントローラに送信して、プラットフォームを要求された角度に作動させることができる。代替的には、最適なチルト角及びナセルの現在のヨー位置をプラットフォームコントローラに送信することができ、プラットフォームコントローラが、最適なチルト角を要求されるチルト及びロール角に変換する。

コントローラは、例えば、現地条件を示す受信信号のうちの１つ若しくは複数、又は風力タービンの現在の出力電力、タービン翼のピッチ角、ローター速度のような他の動作点に基づいて、風力タービンが部分負荷にあるか、全負荷にあるかと、ウインドシアが高いか（例えば、所定のしきい値より高いか）否かとを特定することができる。

部分負荷及び低いウインドシア条件にある場合、風が入射するタービン翼の実効面積を大きくすることによって、風力タービンの効率を高めることができる。この場合、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号に基づいて、コントローラは風力タービンのための最適なチルト角を決定する。最適なチルト角は、コントローラによってリアルタイムに計算することができるか、又は少なくとも、風力タービンにおける、若しくは風力タービン付近における現地条件を示す受信信号を、探索のための参照として用いて、ルックアップテーブルから特定することができる。

例えば、受信信号が、ウインドシアが低く、風力タービンが部分負荷にあることを示す場合には、固定ローター角を実質的に取り消すことによって、タービン翼の最も大きな実効面積に達するように、最適なチルト角を正の方向において（例えば、風に向かって）６度と判断することができる。負のウインドシアが生じる場合には、最適なチルト角は、正の方向において６度より大きい角度と判断することができる。

受信信号が、増加したウインドシアを示す場合には、風力タービンを傾けることによって、ウインドシアに起因する風力タービンの構成要素にかかる任意のモーメントを最小化しながら、タービン翼の実効面積を大きくできるように、最適な角度は６度より小さい角度と判断することができる。それゆえ、ウインドシア条件及び／又は風速条件ごとに、部分負荷における最適なチルト角を特定するルックアップテーブルを作成することができる。

風力タービンの周囲のエリア又は空間を複数のセクターに分割することができる。通常、風力タービンの周囲の３６０度空間を画定するそれぞれ３０度の１２セクターが存在する。風力タービンのための最適なチルト角の決定は、風力タービンのナセルが現在面しているセクターに更に基づくことができる。したがって、ルックアップテーブルは、風力タービンのための最適なチルト角を決定又は特定するために、更なる参照としてセクターを含むことができる。

それに加えて、又はその代わりに、最適なチルト角の決定は、風力タービンの推定動作点、現在の動作点又は予測動作点に更に基づくことができる。例えば、動作点は、出力電力、タービン翼のピッチ角、ローター速度、アイドリング条件、メンテナンス作業等のうちの１つ又は複数を含むことができる。それゆえ、リアルタイム又はルックアップテーブルのいずれかによる、最適なチルト角の決定は、風力タービンの動作点に更に基づくことができる。幾つかの動作点下で、最適なチルト角を０度に設定し、それにより、風力タービンの傾斜最適化を実質的に無効にすることができる。

リアルタイム計算又はルックアップテーブルは最適化することができ、その場合、フィードバック制御を用いて、最適なチルト角の決定を最適化することができる。例えば、最適なチルト角と決定された所与のチルト角の場合に、出力電力が、得られる最大値未満であると特定される場合があり、及び／又は負荷が最小値まで低減されない場合があり、その際、フィードバックを用いて、最適なチルト角の決定を更新することができる。

その代わりに又はそれに加えて、最適なチルト角の決定は、フィードバック制御に基づくことができる。例えば、出力電力値をフィードバックとして用いて、最適なチルト角を決定することができる。

したがって、部分負荷において、任意の所与のウインドシアの場合に風力タービンにかかるモーメントを最小化しながら、風からの最適なエネルギーの取込みを達成できるように、風力タービンを傾けることができる。

コントローラが、風力タービンが全負荷において動作していると判断する場合には、コントローラは、風力タービンにおける、又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号に基づいて、風力タービンのための最適なチルト角を決定することができる。この場合に、風力タービンのための最適なチルト角は、風力タービンにかかるモーメントを低減し、それにより、風力タービン内の幾つかの構成要素の疲労を低減するように決定することができる。これは、全負荷において、風力タービンが、風力タービンに対する定格風速以上の風速を受け、多くの場合に、高いウインドシアを受けるためである。

最適なチルト角は、ルックアップテーブルによって、又はフィードバック制御によって、又はその任意の組み合わせによって決定することができる。ルックアップテーブル機構は、部分負荷条件に関連して上記で説明されたのと同じようにして動作し、参照することができる。

同じく上記で説明されたように、垂直ウインドシアは、各翼において周波数１Ｐの擬似正弦波タービン翼根モーメントを引き起こすおそれがある。その際、３つの翼を備える風力タービンでは、翼根モーメントの和は３Ｐ傾斜モーメント及びヨーモーメントを与える。タービン翼上の１つ又は複数のセンサー（例えば、ひずみゲージ）によって、タービン翼根曲げモーメントを測定することができ、風力タービンにかかる非対称負荷を示す信号のうちの１つとして、それゆえ、現地条件のうちの１つとしてコントローラに与えることができる。それゆえ、コントローラは、タービン翼根曲げモーメント信号を含むフィードバックループに基づいて、風力タービンのための最適なチルト角を決定することができる。言い換えると、風力タービンは、擬似正弦波タービン翼根曲げモーメント信号の振幅を低減する最適なチルト角まで移動又は傾斜することができる。

したがって、コントローラは、擬似正弦波タービン翼根曲げモーメントを所定のしきい値（例えば、しきい値は、値、信号又はパターンとすることができる）と比較して、最適なチルト角に達したか否かを判断することができる。擬似正弦波タービン翼根曲げモーメントが所定のしきい値より大きい場合には、正弦波翼根曲げモーメントと所定のしきい値との間の差を更に低減するように、新たな最適なチルト角が決定される。

全負荷及び／又は高いウインドシア条件では、風力タービンが後方に曲がって見えるか、又は傾斜して見えるように、最適なチルト角は、例えば、負の方向において数度だけ風からそれることができる。

風力タービンを最適な角度まで傾けるようにプラットフォームコントローラがプラットフォームを制御するか又は動作させることができるように、コントローラは決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信することができる。上記のように、最適なチルト角は、プラットフォームのためのチルト及びロール角に更に変換することができる。

アクティブバラストシステムを備える浮体式プラットフォーム上に取り付けられる洋上風力タービンの場合、プラットフォームコントローラは通常、風力タービンの安定性を維持するために、プラットフォームを０度に調整する。しかしながら、０度の参照角を変更して、コントローラ（例えば、風力タービンコントローラ、ＰＰＣ、ＳＣＡＤＡコントローラ）から参照角（例えば、最適なチルト角、又は変換後のチルト及びロール角）を取り込むことができ、それにより、浮体式プラットフォームが、風力タービンを要求された最適なチルト角に傾けることができる。

浮体式プラットフォームは、浮体式プラットフォームが位置する水から運動及び力も受けるので、そのシステムは監視機構を更に含むことができる。監視機構は海象データ及び決定された最適なチルト角を受信し、現在又は将来の海象条件において風力タービンを最適なチルト角に傾けても安全であるか否かを判断又は特定することができる。監視機構は、海象条件に応じて、安全上の理由から風力タービンのチルト角を制限することができる。その代わりに、又はそれに加えて、海象データは、最適なチルト角を決定するための計算又はルックアップテーブルに入れることができる。

したがって、本発明の実施形態及び例、すなわち、アクティブバラストシステムを備える浮体式風力タービン、又はアクティブに動かすことができるプラットフォーム上に取り付けられる陸上風力タービンにおいて、コントローラは、風力タービンの傾き角又はチルト角を制御するか、又はその制御を開始することができる。それゆえ、有利なことに、固定ローターチルト角問題を実質的に「克服する」ために、風力タービンを傾斜させるか、又は傾けることができる。

垂直ウインドシアの測定値又は推定値は、ＭＥＴマスト（MET mast）データから、又は風力タービンに位置するか若しくは風力タービンとは別に位置するＬｉＤＡＲデバイス又はレーザードップラー速度計（ＬＤＶ）デバイスから、又は他のセンサーから、又は風力タービン負荷測定、例えば、風力タービン負荷センサーから求めることができる。風力タービンに影響を及ぼす風速は、風力タービンデータ（例えば、風力タービンの出力電力）から推測することができるか、又は光検出及び測距（ＬｉＤＡＲ：Light Detecting and Ranging）デバイス、風速計のような他のセンサーを介して測定することができ、風速は、風力タービンの上流において、及び／又は風力タービンにおいて推定又は測定することができる。

最適なチルト角を決定するために用いることができるルックアップテーブルはオフライン又はオンラインで計算することができる。ルックアップテーブルは、風力タービンの非対称な負荷を示すデータ又は信号を用いて更新することができる。例えば、所与のチルト角の場合に、正弦波翼根モーメントが高い場合には、それらの条件の場合の最適なチルト角を変更するようにルックアップテーブルを更新することができる。

風力タービンコントローラ、ＰＰＣ及びＳＣＡＤＡコントローラは独立して実施形態を実現することができるか、又はコントローラのうちの２つ以上の間で実施形態の制御を分割することができる。

最適なチルト角が決定される頻度は、本発明の目的を果たすのに適した任意の頻度とすることができる。例えば、ルックアップテーブルを介して最適なチルト角を決定する場合、そのプロセスは、１０分ごとに、又は任意の他の適切な頻度において実行することができる。最適なチルト角がフィードバック制御を介して決定される場合、信号は３０秒ごとに、１分ごとにサンプリングして、最適なチルト角を決定することができる。

したがって、本発明の実施形態は、部分負荷条件の場合に最適なチルト角によって風からの電力の取込みを都合良く増加できるように、風力タービンのための最適なチルト角を決定し、全負荷条件中に塔にかかる負荷を減少させる機構を記述する。

本発明の実施形態を図示及び記載したが、このような実施形態は、単に例として記載されていることが理解される。添付特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの変形、変更、及び置換が当業者により想到される。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨及び範囲内にある全ての変更形態又は均等形態を包含することが意図される。

Claims (20)

1. 風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信するステップと、
   前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定するステップと、
   前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号は、垂直ウインドシア、風速、風向、波条件、気象予報、非対称負荷及びヨー方向のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記風力タービンの動作点を示す１つ又は複数の信号を受信するステップと、
   前記風力タービンの動作点を示す前記１つ又は複数の受信信号に更に基づいて前記最適なチルト角を決定するステップと、
   を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記動作点は、出力電力、ローター速度、前記風力タービンの１つ又は複数のタービン翼のピッチ角のうちの１つ又は複数を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記風力タービンのナセルが面しているセクターを特定するステップと、
   前記特定されたセクターに更に基づいて前記最適なチルト角を決定するステップと、
   を更に含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記最適なチルト角を決定する前記ステップは、ルックアップテーブルから前記最適な角度を特定することを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記最適なチルト角を決定する前記ステップは、
   前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号を所定のしきい値と比較するステップと、
   前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す受信信号が前記所定のしきい値より大きい場合には、前記最適なチルト角を、前記所定のしきい値に近いか又は前記所定のしきい値未満の前記現地条件を示す受信信号をもたらすチルト角と判定するステップと、
   を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す受信信号は、１つ又は複数のタービン翼に関する１つ又は複数のタービン翼根曲げモーメントである、請求項７に記載の方法。
9. 海象データに関連する１つ又は複数の信号を受信するステップと、
   前記海象データに関連する１つ又は複数の受信信号に基づいて前記決定されたチルト角を制限するステップと、
   を更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. フィードバック制御に基づいて前記最適なチルト角の前記決定を最適化するステップを更に含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記決定された最適なチルト角をチルト及びロール角に変換するステップと、
    前記チルト及びロール角を前記プラットフォームコントローラに送信するステップと、
    を更に含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信するように構成される第１の入力と、
    前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定するように構成される第１のプロセッサと、
    前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するように構成される第１の出力とを備える、コントローラ。
13. 前記風力タービンの動作点を示す１つ又は複数の信号を受信可能となっている第２の入力を更に備え、
    前記第１のプロセッサは、前記風力タービンの動作点を示す前記１つ又は複数の受信信号に更に基づいて前記最適なチルト角を決定するように更に構成される、請求項１２に記載のコントローラ。
14. 前記風力タービンのナセルが面しているセクターを特定可能となっている第２のプロセッサを更に備え、
    前記第１のプロセッサは、更に、前記特定されたセクターに基づいて前記最適なチルト角を決定可能となっている、請求項１２又は１３に記載のコントローラ。
15. 前記第１のプロセッサは、更に、ルックアップテーブルから前記最適な角度を特定可能となっている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のコントローラ。
16. 前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号を所定のしきい値と比較可能となっている第３のプロセッサを更に備え、
    前記風力タービンにおける、及び／又は前記風力タービン付近における前記現地条件を示す受信信号が前記所定のしきい値より大きい場合には、前記第１のプロセッサは、更に、前記最適なチルト角を、前記所定のしきい値に近いか又は前記所定のしきい値未満の前記現地条件を示す受信信号をもたらすチルト角と判定可能となっている、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のコントローラ。
17. 海象データに関連する１つ又は複数の信号を受信可能となっている第２の入力と、
    前記海象データに関連する１つ又は複数の受信信号に基づいて前記決定されたチルト角を制限可能となっている第４のプロセッサと、
    を更に備える、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のコントローラ。
18. フィードバック制御に基づいて前記最適なチルト角の前記決定を最適化可能となっている第５のプロセッサを更に備える、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載のコントローラ。
19. 前記最適なチルト角をチルト及びロール角に変換可能となっている第６のプロセッサと、
    前記チルト及びロール角を前記プラットフォームコントローラに送信可能となっている第２の出力と、
    を更に備える、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載のコントローラ。
20. コンピュータープログラム製品であって、
    風力タービンにおける、及び／又は風力タービン付近における現地条件を示す１つ又は複数の信号を受信し、
    前記現地条件を示す１つ又は複数の受信信号に基づいて前記風力タービンのための最適なチルト角を決定し、
    前記風力タービンを前記最適なチルト角に傾けることができるように、前記決定された最適なチルト角をプラットフォームコントローラに送信するためのコンピューター可読実行可能コードを含む、コンピュータープログラム製品。

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