JP2017053274A - Wind turbine generator system or method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind turbine generator system or a method for controlling the wind turbine generator system which can avoid interference between tower vibration control and variable speed control.SOLUTION: A variable speed controllable wind turbine generator system includes a blade 2 rotated by receiving wind, a tower 8 for supporting a load of the blade 2, an adjusting device 7 for adjusting a pitch angle of the blade 2 based on a pitch angle target value, and a control device 9 for determining the pitch angle target value sent to the adjusting device 7. The control device 9 includes tower vibration control means 303, and determines the pitch angle target value with the usage of an adjustable range for controlling the vibration of the tower 8 which is determined by the tower vibration control means 303, and the adjustable range is determined on the basis of wind velocity.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法に係り、特にタワータワー等の振動制御可能なものに関する。   The present invention relates to a wind power generation system or a method for controlling a wind power generation system, and more particularly to a tower control unit capable of controlling vibration.

近年、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇が懸念されており、二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下が求められている。これらの実現のためには、二酸化炭素を排出せず、さらに化石燃料を利用せずに発電が可能であり、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用可能な発電システムの導入が有効である。   In recent years, there are concerns about global warming due to carbon dioxide emissions and the depletion of fossil fuels, and there is a demand for a reduction in carbon dioxide emissions and a decrease in dependence on fossil fuels. In order to realize these, the introduction of a power generation system that does not emit carbon dioxide and that can generate power without using fossil fuels and that can use renewable energy obtained from nature such as wind power and solar power. Is effective.

再生可能エネルギーを利用した発電システムの中でも、風力発電システムは太陽光発電システムと異なり、日射による直接的な出力変化を受けないことから、比較的安定な発電システムとして注目されている。また、地上と比較して、風速が高く、風速変化が少ない洋上に設置する風力発電システムも有力な発電システムとして注目されている。   Among power generation systems using renewable energy, a wind power generation system is attracting attention as a relatively stable power generation system because it does not receive direct output changes due to solar radiation, unlike a solar power generation system. In addition, wind power generation systems installed on the ocean with higher wind speed and less change in wind speed compared to the ground have attracted attention as a powerful power generation system.

風力発電システムを活用して安定的に電力を供給するためには、風力発電システムを構成するブレード、タワー、および、ドライブトレインに発生する振動を低減する技術が必要である。特に、システム全体を支える構造物であるタワーの振動は、構成部品への振動に繋がる場合がある。   In order to stably supply electric power by utilizing the wind power generation system, a technology for reducing vibrations generated in the blades, towers, and drive trains constituting the wind power generation system is necessary. In particular, the vibration of the tower, which is a structure that supports the entire system, may lead to vibration of the component parts.

ここで、風力発電システムのタワーに発生する振動の低減を考慮したものとして、例えば特許文献１に開示されたタワー振動制御手段がある。特許文献１には、「翼ピッチ角指令に基づき風車ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御機構を備えた風力発電装置であって、ナセルに取り付けられ、該ナセルの振動の加速度を検出する加速度計と、前記加速度計により検出された加速度に基づき、前記ナセルの振動を打ち消すように前記風車ブレードにスラスト力を発生させるための外風車ブレードのピッチ角を算出して翼ピッチ角指令を前記ピッチ角制御機構に出力するアクティブ制振手段を有する風力発電装置」が開示されている。   Here, for example, there is a tower vibration control means disclosed in Patent Document 1 in consideration of reduction of vibration generated in the tower of the wind power generation system. Patent Document 1 discloses that “a wind turbine generator having a pitch angle control mechanism for controlling the pitch angle of a wind turbine blade based on a blade pitch angle command, which is attached to a nacelle and detects acceleration of vibration of the nacelle. Based on the acceleration detected by the accelerometer and the accelerometer, the pitch angle of the outer windmill blade for generating a thrust force on the windmill blade is calculated so as to cancel the vibration of the nacelle, and the blade pitch angle command is sent to the pitch A wind power generator having active vibration control means for outputting to an angle control mechanism is disclosed.

特許文献１に記載の技術を適用することで、ナセルに設置された加速度計にて計測した加速度に基づいてブレードのピッチ角度を調整し、風力発電システムが風から受けるスラスト力を制御することで、タワー振動を低減することができる。   By applying the technology described in Patent Document 1, the blade pitch angle is adjusted based on the acceleration measured by the accelerometer installed in the nacelle, and the thrust force received from the wind by the wind power generation system is controlled. , Tower vibration can be reduced.

ＷＯ０５／８３２６６号公報WO05 / 83266 Publication

風力発電システムが出力する発電電力を制御するために、風力発電システムに備えられる制御装置は、ブレードのピッチ角度と発電機のトルクを調整する。発電電力の制御は一般的に可変速制御と呼ばれている。この可変速制御は、ブレードのピッチ角度の調整により、主に、ロータの回転速度を制御すると共に、発電機のトルクを制御することで、発電電力を制御する。   In order to control the electric power generated by the wind power generation system, a control device provided in the wind power generation system adjusts the pitch angle of the blade and the torque of the generator. Control of generated power is generally called variable speed control. This variable speed control mainly controls the rotational speed of the rotor by adjusting the pitch angle of the blades, and controls the generated power by controlling the torque of the generator.

上述の通り、特許文献１に記載のタワー振動制御手段はタワー振動を低減するために、ブレードのピッチ角度を制御する。そのため、上記タワー振動制御手段を上記可変速制御と並行して運用する際には、両手段の干渉が課題となる。   As described above, the tower vibration control means described in Patent Document 1 controls the pitch angle of the blades in order to reduce tower vibration. Therefore, when the tower vibration control means is operated in parallel with the variable speed control, interference between both means becomes a problem.

本発明では、タワー振動制御が可変速制御と干渉しないようにする風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a wind power generation system or a method for controlling a wind power generation system that prevents tower vibration control from interfering with variable speed control.

上記課題を解決するために、本発明に係る風力発電システムは、可変速制御可能な風力発電システムであって、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの荷重を支持するタワーと、ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置と、前記調整装置に送るピッチ角度目標値を定める制御装置を備え、前記制御装置は、タワー振動制御手段を有しており、前記タワー振動制御手段が決定する前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、前記調整幅は、風速に基づいて決定されることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a wind power generation system according to the present invention is a wind power generation system capable of variable speed control, a blade that rotates by receiving wind, a tower that supports the load of the blade, and a pitch angle An adjustment device that adjusts the pitch angle of the blade based on a target value; and a control device that determines a pitch angle target value to be sent to the adjustment device, the control device including tower vibration control means, and the tower The pitch angle target value is determined using an adjustment range for controlling vibration of the tower determined by a vibration control means, and the adjustment range is determined based on a wind speed.

また、本発明に係る風力発電システムの制御方法は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの荷重を支持するタワーと、ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置を備え、可変速制御可能な風力発電システムの制御方法であって、前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、前記調整幅を、風速に基づいて決定することを特徴とする。   In addition, the wind power generation system control method according to the present invention includes a blade that rotates by receiving wind, a tower that supports a load of the blade, and an adjustment device that adjusts the pitch angle of the blade based on a pitch angle target value. A wind power generation system control method capable of variable speed control, wherein the pitch angle target value is determined using an adjustment width for controlling vibration of the tower, and the adjustment width is determined based on a wind speed It is characterized by that.

本発明によれば、タワー振動制御が可変速制御と干渉しないようにする風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the control method of a wind power generation system or a wind power generation system which prevents tower vibration control from interfering with variable speed control.

実施例に係る風力発電システム１の構成概要を示す図。The figure which shows the structure outline | summary of the wind power generation system 1 which concerns on an Example. 実施例１の風力発電システム１における発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角度の関係を示す概略図。Schematic which shows the relationship between the electric power generated in the wind power generation system 1 of Example 1, a generator rotational speed, a generator torque, and a pitch angle. 本発明の実施例１における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム制御手段１０１の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the process outline | summary of the wind power generation system control means 101 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in Example 1 of this invention. 実施例１に係る風速と風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２から出力されるタワー振動制御手段の制御ゲインの関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship of the control gain of the tower vibration control means output from the control gain adjustment means 302 based on the wind speed which concerns on Example 1, and a wind speed. 実施例１に係る風速とタワー振動制御手段３０４の出力であるピッチ角度調整幅の絶対値の関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship between the wind speed which concerns on Example 1, and the absolute value of the pitch angle adjustment width which is the output of the tower vibration control means 304. FIG. 実施例１に係る風速とタワー振動制御手段３０４の出力であるピッチ角度調整幅の絶対値の関係の他の一例を示す概略図。Schematic which shows another example of the relationship between the wind speed which concerns on Example 1, and the absolute value of the pitch angle adjustment width which is the output of the tower vibration control means 304. FIG. 実施例１に係る風力発電システム制御手段１０１を適用有無における風速、発電機回転速度、発電電力、およびタワー傾斜角度の関係を示す概略図。Schematic which shows the relationship between the wind speed in the presence or absence of application of the wind power generation system control means 101 which concerns on Example 1, a generator rotational speed, generated electric power, and a tower inclination angle. 実施例１に係る風力発電システム制御手段１０１の処理概要を示すフローチャート。5 is a flowchart showing a processing outline of the wind power generation system control unit 101 according to the first embodiment. 本発明の実施例２における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム制御手段１０２の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the process outline | summary of the wind power generation system control means 102 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in Example 2 of this invention. 実施例２に係る風速と入力値制限手段９０５から出力されるピッチ角度制限値の関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship between the wind speed which concerns on Example 2, and the pitch angle limitation value output from the input value limitation means 905. FIG. 実施例２に係る風力発電システム制御手段１０２の処理概要を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a processing outline of a wind power generation system control unit according to a second embodiment. 本発明の実施例３における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム制御手段１０３の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the process outline | summary of the wind power generation system control means 103 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in Example 3 of this invention. 実施例２に係る風速と風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０４から出力される可変速制御手段のピッチ角度制御手段に関する制御ゲインの関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship of the control gain regarding the pitch angle control means of the variable speed control means output from the wind speed and the control gain adjustment means 1204 based on a wind speed which concerns on Example 2. FIG. 実施例２に係る風速と風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０４から出力される可変速制御手段の発電機トルク制御手段に関する制御ゲインの関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship of the control gain regarding the generator torque control means of the variable speed control means output from the wind speed and the control gain adjustment means 1204 based on a wind speed which concerns on Example 2. FIG. 実施例３に係る風力発電システム制御手段１０３の処理概要を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a processing outline of a wind power generation system control unit 103 according to the third embodiment. 本発明の実施例４における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム制御手段１０４の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the process outline | summary of the wind power generation system control means 104 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in Example 4 of this invention. 実施例４に係る風力発電システム制御手段１０４の処理概要を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a processing outline of a wind power generation system control unit 104 according to the fourth embodiment. 本発明の実施例５における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム制御手段１０５の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the process outline | summary of the wind power generation system control means 105 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in Example 5 of this invention. 実施例５に係る風力発電システム制御手段１０５の処理概要を示すフローチャート。10 is a flowchart illustrating a processing outline of a wind power generation system control unit 105 according to a fifth embodiment. 本発明に係る風力発電システム１が浮体構造物を備えた場合の構成概要を示す図。The figure which shows the structure outline | summary in case the wind power generation system 1 which concerns on this invention is provided with the floating body structure.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について具体的に説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様が下記実施例に限定されることを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following are only examples, and the embodiments of the present invention are not intended to be limited to the following examples.

初めに、風力発電システムの概略構成等について図１および図２を用いて説明する。 まず、図１を用いて、本発明を適用可能な風力発電システム全体の概略構成について説明する。   First, a schematic configuration and the like of the wind power generation system will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, a schematic configuration of an entire wind power generation system to which the present invention can be applied will be described with reference to FIG.

図１の風力発電システム１は、複数のブレード２と、複数のブレード２を接続するハブ３とで構成されるロータ４を備える。ロータ４はナセル５に回転軸（図１では省略する）を介して連結されており、回転することでブレード２の位置を変更可能である。ナセル５はロータ４を回転可能に支持している。ナセル５は発電機６を適宜位置に備える。ブレード２が風を受けることによりロータ４が回転し、ロータ４の回転力が発電機６を回転させることで電力を発生することができる。   The wind power generation system 1 of FIG. 1 includes a rotor 4 including a plurality of blades 2 and a hub 3 that connects the plurality of blades 2. The rotor 4 is connected to the nacelle 5 via a rotating shaft (not shown in FIG. 1), and the position of the blade 2 can be changed by rotating. The nacelle 5 supports the rotor 4 rotatably. The nacelle 5 includes a generator 6 at an appropriate position. When the blade 2 receives wind, the rotor 4 rotates, and the rotational force of the rotor 4 rotates the generator 6 to generate electric power.

ブレード２の各々には、図では省略するが、ブレード２とハブ３の位置関係、すなわちピッチ角と呼ぶブレードの角度、を変更可能なピッチアクチュエータ７を備えている。ピッチアクチュエータ７を用いてブレード２のピッチ角を変更することにより、風に対するロータ４の回転エネルギーを変更できる。これにより、広い風速領域においてロータ４の回転速度を制御しながら、風力発電システム１の発電電力を制御することができる（可変速制御）。   Although not shown in the drawing, each blade 2 includes a pitch actuator 7 that can change the positional relationship between the blade 2 and the hub 3, that is, the blade angle called a pitch angle. By changing the pitch angle of the blade 2 using the pitch actuator 7, the rotational energy of the rotor 4 with respect to the wind can be changed. Thereby, it is possible to control the generated power of the wind power generation system 1 while controlling the rotational speed of the rotor 4 in a wide wind speed region (variable speed control).

図１の風力発電システム１では、ナセル５はタワー８上に設置されており、タワー８に対して回転可能に支持されている。ハブ３やナセル５を介してブレード２の荷重がタワー８に支持される。タワー７は、基部（図では省略）に設置され、地上または洋上等の所定位置に設置される。   In the wind power generation system 1 of FIG. 1, the nacelle 5 is installed on a tower 8 and is supported rotatably with respect to the tower 8. The load of the blade 2 is supported by the tower 8 via the hub 3 and the nacelle 5. The tower 7 is installed at a base (not shown in the figure), and is installed at a predetermined position on the ground or the ocean.

また、風力発電システム１はコントローラ９を備えており、ナセル５の水平面からの傾斜角度や傾斜加速度を計測するナセル傾斜情報計測センサ１０や、例えばナセル上に配置されてナセル５近傍の風速を計測する風速センサ（図では省略）、発電機の回転速度を計測する回転センサ（図では省略）に基づき、コントローラ９が発電機６とピッチアクチュエータ７を調整することで、風力発電システム１が出力する電力を調整する。   Further, the wind power generation system 1 includes a controller 9, and measures a wind speed in the vicinity of the nacelle 5 disposed on the nacelle, for example, a nacelle tilt information measurement sensor 10 that measures the tilt angle and tilt acceleration of the nacelle 5 from the horizontal plane. The wind power generation system 1 outputs the controller 9 by adjusting the generator 6 and the pitch actuator 7 based on a wind speed sensor (not shown) and a rotation sensor (not shown) that measures the rotational speed of the generator. Adjust the power.

なお、風向を計測する風向センサ、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサ、などを適宜位置に備えている。   Note that a wind direction sensor that measures the wind direction, a power sensor that measures active power output from the generator, and the like are provided at appropriate positions.

図１ではコントローラ９はナセル５またはタワー８の外部に設置される形態にて図示されているが、これに限ったものではなく、ナセル５またはタワー８の内部またはそれ以外の所定位置、または風力発電システム１の外部に設置される形態であっても良い。   In FIG. 1, the controller 9 is illustrated as being installed outside the nacelle 5 or the tower 8. However, the controller 9 is not limited to this. The form installed in the exterior of the electric power generation system 1 may be sufficient.

ここで、図２を用いて風力発電システム１の発電動作概要について説明する。図２は風速に対する、発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角度の関係を示す概要図である。図２の横軸は風速を示し、縦軸の上方側は上から順に、発電電力が高いこと、発電機回転速度が高いこと、発電機トルクが高いこと、ピッチ角度がフェザー側であることをそれぞれ示す。   Here, the outline of the power generation operation of the wind power generation system 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the generated power, the generator rotational speed, the generator torque, and the pitch angle with respect to the wind speed. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the wind speed, and the upper side of the vertical axis indicates that the generated power is high, the generator rotational speed is high, the generator torque is high, and the pitch angle is on the feather side in order from the top. Each is shown.

まず、発電電力Pに注目すると、カットイン風速vinからカットアウト風速voutの範囲で発電電力を変化させるが、風速vdまでは風速vの増加に伴い発電電力Pを増加させるが、風速vdからカットアウト風速voutまでは発電出力Pを一定とする。 First, paying attention to the generated power P, the generated power is changed in the range from the cut-in wind speed v in to the cut-out wind speed v out , but until the wind speed v d , the generated power P increases as the wind speed v increases. The power generation output P is constant from vd to the cutout wind speed vout .

このような風速vに対する発電電力Pの特性に従って運転するために、コントローラ９は下記のように発電機回転速度ω、発電機トルクQ、およびブレード２のピッチ角度Θを調整する。   In order to operate according to the characteristics of the generated power P with respect to the wind speed v, the controller 9 adjusts the generator rotational speed ω, the generator torque Q, and the pitch angle Θ of the blade 2 as follows.

コントローラ９は発電機回転速度ωを、カットイン風速vinから風速vaまでは同期回転速度ωlowに保持し、風速vaから風速vbまでは風速vに伴って増加し、風速vbからカットアウト風速voutまで定格回転速度ωratedに保持する。また、コントローラ９は発電機トルクQをカットイン風速vinから風速vdまでは風速vの増加に従って定格トルクQratedまで増加し、風速vdからカットアウト風速voutまでは定格トルクQratedに保持する。発電機回転速度ωと発電機トルクQを上記のように調整するために、コントローラ９はロータ４が受ける風力エネルギーを調整するためにブレード２のピッチ角度Θをカットイン風速vinから風速vbまでファイン側のピッチ角度に保持し、風速vbからカットアウト風速voutまでは風速vの増加に伴い、ピッチ角度Θを増加させる。 The controller 9 maintains the generator rotational speed ω at the synchronous rotational speed ω low from the cut-in wind speed v in to the wind speed v a , increases from the wind speed v a to the wind speed v b with the wind speed v, and the wind speed v b From the cut-out wind speed v out to the rated rotational speed ω rated . In addition, the controller 9 the generator torque Q from the cut-in wind speed v in is increased up to the rated torque Q rated in accordance with the increase of wind speed v until the wind speed v d, the rated torque Q rated from the wind speed v d up to the cut-out wind speed v out Hold. In order to adjust the generator rotation speed ω and the generator torque Q as described above, the controller 9 adjusts the pitch angle Θ of the blade 2 from the cut-in wind speed v in to the wind speed v b in order to adjust the wind energy received by the rotor 4. The fine pitch angle is held until the wind speed v b to the cut-out wind speed v out , and the pitch angle Θ is increased as the wind speed v increases.

ここで、タワー振動制御を可変速制御と並行して運用する際には、両手段の干渉が課題となる。具体的には、ブレードのピッチ角度が干渉した場合には、可変速制御がタワー振動制御手段の効果を妨害したり、逆にタワー振動制御が可変速制御の効果を妨害したりする。   Here, when tower vibration control is operated in parallel with variable speed control, interference between both means becomes a problem. Specifically, when the pitch angle of the blade interferes, the variable speed control interferes with the effect of the tower vibration control means, or conversely, the tower vibration control interferes with the effect of the variable speed control.

特に、ピッチ角度の変化がロータに入力するエネルギーへの変化に対する感度が大きい風速が高い条件下において、タワー振動制御手段が、風速が低い条件と同様にピッチ角度を制御すると、可変速制御手段が必要とするピッチ角度から大きく動作させることで、当該風速で最大の発電電力を発生させるための風力エネルギーをロータが受けることができなくなり、結果としてロータの回転変動や発電電力の変動を招く場合がある。上記を鑑みると、可変速制御手段による発電動作に干渉しないタワー振動制御手段の適用が好ましい。   In particular, when the tower vibration control means controls the pitch angle in the same manner as the low wind speed under the condition that the change in pitch angle is high in sensitivity to the change in energy input to the rotor and the wind speed is high, the variable speed control means becomes By operating greatly from the required pitch angle, the rotor cannot receive wind energy for generating the maximum generated power at the wind speed, and as a result, the rotor may fluctuate and the generated power may fluctuate. is there. In view of the above, it is preferable to apply tower vibration control means that does not interfere with the power generation operation by the variable speed control means.

各実施例は、図２に示した風力発電システム１の発電運転の際に、ナセル５（またはタワー８）に発生する前後方向の振動（以下、タワー振動）を低減するタワー振動制御手段について主として説明しており、風速vに基づいて風力発電システム１の制御手段を調整する機能を備えることで、タワー振動を励起せず、適切にタワー振動を低減するものである。特に、コントローラ９が備えるタワー振動制御手段が決定するタワー振動を制御する調整幅を風速に基づいて決定する様にしている。そして、この調整幅を用いてピッチ角度目標値を決定している。   Each of the embodiments mainly relates to tower vibration control means that reduces vibration in the front-rear direction (hereinafter referred to as tower vibration) generated in the nacelle 5 (or tower 8) during the power generation operation of the wind power generation system 1 shown in FIG. As described, by providing the function of adjusting the control means of the wind power generation system 1 based on the wind velocity v, the tower vibration is appropriately reduced without exciting the tower vibration. In particular, the adjustment range for controlling the tower vibration determined by the tower vibration control means provided in the controller 9 is determined based on the wind speed. Then, the pitch angle target value is determined using this adjustment width.

更に、風速が増加するに従ってタワー振動制御手段の制御ゲインを減少させたり、可変速制御手段におけるピッチ角度制御手段やトルク制御手段の制御ゲインを増加させたりすることにより、可変速制御手段に対するタワー振動制御手段の効果の割合を減少させることも可能である。以下、図面を用いて各実施例について更に説明する。   Furthermore, the tower vibration for the variable speed control means is reduced by decreasing the control gain of the tower vibration control means as the wind speed increases or by increasing the control gain of the pitch angle control means or the torque control means in the variable speed control means. It is also possible to reduce the proportion of the effect of the control means. Hereinafter, each embodiment will be further described with reference to the drawings.

図３から図８を用いて、本発明の実施例１に係る風力発電システム制御手段１０１について説明する。   The wind power generation system control means 101 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図３は、本発明の実施例１における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム１０１の処理概要を示すブロック線図である。実施例１の風力発電システム１０１は、可変速制御手段３０１、風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２、タワー振動制御手段３０３、および加算部３０４、により構成される。   FIG. 3 is a block diagram showing a processing outline of the wind power generation system 101 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in Embodiment 1 of the present invention. The wind power generation system 101 according to the first embodiment includes a variable speed control unit 301, a control gain adjustment unit 302 based on wind speed, a tower vibration control unit 303, and an addition unit 304.

可変速制御手段３０１は、発電機回転速度ωに基づき、発電機トルク目標値Q*および可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。この可変速制御手段３０１は、図２に示した風力発電システム１の運転特性を実現できるように、発電機トルク目標値Q*と可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。 The variable speed control means 301 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω. The variable speed control means 301 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means so that the operation characteristics of the wind power generation system 1 shown in FIG. 2 can be realized.

風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２は、風速vに基づき、タワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを決定する。実施例１では、図では省略するが、後述するタワー振動制御手段３０３が比例項により構成される比例制御に基づくことを想定する。ただし、これに限ったものではなく、タワー振動制御手段３０３は積分項や微分項を備えたものであっても良いし、タワー傾斜情報の所定周波数領域のみを通過させるフィルタを利用するものであってもよい。 The control gain adjusting means 302 based on the wind speed determines the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the wind speed v. In the first embodiment, although not shown in the figure, it is assumed that a tower vibration control unit 303 described later is based on proportional control including a proportional term. However, the present invention is not limited to this, and the tower vibration control means 303 may be provided with an integral term or a differential term, or uses a filter that passes only a predetermined frequency region of the tower tilt information. May be.

図４は、実施例１に係る風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２の特性概要の一例を示す図である。図４の横軸は風速、縦軸は風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２が決定するタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを示し、縦軸上方が制御ゲインが大きいことを示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a characteristic outline of the control gain adjusting unit 302 based on the wind speed according to the first embodiment. 4, the horizontal axis indicates the wind speed, the vertical axis indicates the control gain G TVC of the tower vibration control means determined by the control gain adjusting means 302 based on the wind speed, and the upper part of the vertical axis indicates that the control gain is large.

風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２はカットイン風速vinから風速v1まではタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを一定に保持し、風速v1から風速v2の風速範囲ではタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを風速vの増加に伴って減少させ、風速v2からカットアウト風速voutではタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを一定に保持する。図４に示す通り、タワー振動制御手段の制御ゲインGTVCの特性は、風速vが増加するに従って減少する特性である。 The control gain adjusting means 302 based on the wind speed keeps the control gain G TVC of the tower vibration control means constant from the cut-in wind speed v in to the wind speed v 1, and the tower vibration control means in the wind speed range from the wind speed v 1 to the wind speed v 2. It decreased with increasing wind velocity v the control gain G TVC of holding the wind speed v 2 to the constant control gain G TVC cutout wind speed v out the tower vibration control unit. As shown in FIG. 4, the characteristic of the control gain G TVC of the tower vibration control means is a characteristic that decreases as the wind speed v increases.

ただし、風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２の特性はこれに限ったものではなく、一定に保持する期間を保有しない特性であっても良いし、階段状に減少させる特性や、風速vの高次の曲線に近似した特性であっても良い。減少の仕方として、次の様に考えることが可能である。即ち、カットイン風速からカットアウト風速の範囲内に含まれる第１の風速及び第２の風速を規定した場合（但し、第１の風速よりも第２の風速が高いものとする）、１）カットイン風速から第１の風速の間の風速においてタワーの振動を制御する第１の調整幅が、第２の風速からカットアウト風速の間の風速においてタワーの振動を制御する第２の調整幅よりも小さく、２）第１の風速から第２の風速の間の風速においてタワーの振動を制御する第３の調整幅が、第１の調整幅よりも小さく、かつ第２の調整幅よりも大きくなる様に各調整幅を決定しても良い。第１の風速を例えば図４におけるv1とし、第２の風速を風速v2とすると、その間の風速における制御ゲインは、v1における制御ゲインとし、v2における制御ゲインとの間の値となっている。 However, the characteristic of the control gain adjusting means 302 based on the wind speed is not limited to this, and may be a characteristic that does not have a constant holding period, a characteristic that decreases stepwise, or a higher order of the wind speed v. The characteristic approximated to the curve may be used. It is possible to think as follows as a way of decrease. That is, when the first wind speed and the second wind speed included in the range from the cut-in wind speed to the cut-out wind speed are defined (assuming that the second wind speed is higher than the first wind speed), 1) The first adjustment range for controlling the tower vibration at the wind speed between the cut-in wind speed and the first wind speed is the second adjustment width for controlling the tower vibration at the wind speed between the second wind speed and the cut-out wind speed. 2) The third adjustment width for controlling the vibration of the tower at the wind speed between the first wind speed and the second wind speed is smaller than the first adjustment width and larger than the second adjustment width. Each adjustment width may be determined so as to increase. For example, when the first wind speed is v 1 in FIG. 4 and the second wind speed is wind speed v 2 , the control gain at the wind speed during that time is the control gain at v 1 and the value between the control gain at v 2 It has become.

タワー振動制御手段３０３は、タワー振動情報、および図４に示す特性に基づくタワー振動制御手段の制御ゲインGTVC、に基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定する。ここで、タワー振動制御手段３０３の入力であるタワー傾斜情報は図には明記しないが、タワー８の前後方向の傾斜角度であっても良いし、更にはタワーに限られず、ナセル５の前後方向の加速度であっても良い。以下では、タワー８の前後方向の傾斜角度（以下、タワー傾斜角度）として説明する。 The tower vibration control means 303 determines the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the tower vibration information and the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the characteristics shown in FIG. Here, the tower inclination information that is input to the tower vibration control means 303 is not clearly shown in the figure, but the inclination angle in the front-rear direction of the tower 8 may be used, and is not limited to the tower. The acceleration may be as follows. Below, it demonstrates as the inclination angle (henceforth a tower inclination angle) of the tower 8 in the front-back direction.

図４に示すタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCの特性を備えることにより、タワー振動制御手段３０３が決定するタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCは図５に示すような特性を備える。 By providing the characteristic of the control gain G TVC of the tower vibration control means shown in FIG. 4, the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means determined by the tower vibration control means 303 has the characteristics shown in FIG. .

図５は、風速vに対するタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を示す。図上方がタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|が大きいことを示す。カットイン風速vinから風速v1まではタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を一定に保持し、風速v1から風速v2の風速範囲ではタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を風速vの増加に伴って減少させ、風速v2からカットアウト風速voutではタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を一定に保持する（ここでは、零より大の例を示している）。図５に示す通り、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|の特性は、風速vが増加するに従って減少する特性である。 FIG. 5 shows the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means with respect to the wind speed v. The upper part of the figure shows that the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means is large. From the cut-in wind speed v in to the wind speed v 1, the absolute value of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means | Θ * TVC | is kept constant, and in the wind speed range from the wind speed v 1 to the wind speed v 2 , the tower vibration control means The absolute value of the pitch angle adjustment width | Θ * TVC | is decreased as the wind speed v increases, and the absolute value of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means from the wind speed v 2 to the cutout wind speed v out | Θ * TVC | Is kept constant (here, an example greater than zero is shown). As shown in FIG. 5, the characteristic of the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means is a characteristic that decreases as the wind speed v increases.

ただし、タワー振動制御手段３０３の特性はこれに限ったものではなく、一定に保持する期間を保有しない特性であっても良いし、階段状に減少させる特性や、風速vの高次の曲線に近似した特性であっても良い。   However, the characteristic of the tower vibration control means 303 is not limited to this, and may be a characteristic that does not have a constant holding period, a characteristic that decreases in a stepped manner, or a higher-order curve of the wind speed v. An approximate characteristic may be used.

図６は図5と同様に風速に対するタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|の特性の別の一例を示した図である。図5と図６の違いは、風速v2からカットアウト風速voutにおいて、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を零とする特性を備えることである。このように、タワー振動制御手段３０３の特性は、例えば所定値を超えた場合に、高風速時にタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ*TVC|を零とする特性を備えるものであっても良い。そして、所定値が発電運転範囲に収まる様に、カットイン風速よりも大きく、カットアウト風速よりも小さくしている。 FIG. 6 is a view showing another example of the characteristic of the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means with respect to the wind speed as in FIG. The difference between FIG. 5 and FIG. 6 is that a characteristic that makes the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means zero is provided from the wind speed v 2 to the cut-out wind speed v out . Thus, the characteristic of the tower vibration control means 303 has a characteristic that the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means is zero when the wind speed is high, for example, when a predetermined value is exceeded. It may be. And it is larger than the cut-in wind speed and smaller than the cut-out wind speed so that the predetermined value falls within the power generation operation range.

また、加算部３０４では、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定する。即ち、コントローラ９はタワー振動制御手段３０３が決定するタワー８の振動を制御する調整幅を用いてピッチ角度目標値Θ*を決定している。尚、本実施例では、ピッチ角度目標値Θ*はピッチアクチュエータ７へ送信される指令値と一致することを想定するが、これに限らず、例えばピッチ角度目標値Θ*の前回値を加算していく処理を備えていたり、ピッチ角度目標値Θ*の速度をピッチアクチュエータ７へ送信したりするものであっても良い。 Further, the adding unit 304 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means to determine the pitch angle target value Θ *. That is, the controller 9 determines the pitch angle target value Θ * using the adjustment width for controlling the vibration of the tower 8 determined by the tower vibration control means 303. In this embodiment, it is assumed that the target pitch angle value Θ * matches the command value transmitted to the pitch actuator 7, but the present invention is not limited to this. For example, the previous value of the target pitch angle value Θ * is added. Or a process of transmitting the speed of the pitch angle target value Θ * to the pitch actuator 7.

ここで、図４、図5および図６のような特性を備える理由は下記の通りである。ロータ４が風から後方へ押しやる方向へ受ける力（以下、スラスト力）は風速vの2乗に、スラスト係数を乗算することで得られることが知られている。このスラスト係数は風速vにほぼ比例する特性を備えることから、結果として、スラスト力は風速vの3乗に比例する特性を備える。このため、風速vの増加に従ってスラスト力が増加するが、ブレード２のピッチ角度の感度は風速vの増加に従って増加することとなる。   Here, the reason why the characteristics as shown in FIGS. 4, 5, and 6 are provided is as follows. It is known that the force that the rotor 4 receives in the direction of pushing backward from the wind (hereinafter referred to as thrust force) can be obtained by multiplying the square of the wind speed v by the thrust coefficient. Since this thrust coefficient has a characteristic that is approximately proportional to the wind speed v, as a result, the thrust force has a characteristic that is proportional to the cube of the wind speed v. For this reason, the thrust force increases as the wind speed v increases, but the sensitivity of the pitch angle of the blade 2 increases as the wind speed v increases.

タワー振動制御手段を適用する際には、上記特性を考慮したピッチ角度の調整を要する。タワー振動制御手段で決定されるピッチ角度調整幅Θ*TVCは、風速vが低い状態での所定タワー傾斜状態でのピッチ角度の調整幅Ａに対し、同一のタワー傾斜状態において風速vが高い場合に同一のピッチ角度の調整幅Ｂとすると、上述の通り風速vが高い方がピッチ角度に対するスラスト力の感度が大きいため、大きくスラスト力を減少させることで、タワー傾斜状態を大きく変化させる。タワー振動制御手段３０３はタワー振動を低減するために適用される手段であるが、上述のようなスラスト力を考慮しない場合には、タワー振動を適切に低減することができない場合がある。 When applying the tower vibration control means, it is necessary to adjust the pitch angle in consideration of the above characteristics. The pitch angle adjustment width Θ * TVC determined by the tower vibration control means is higher when the wind speed v is higher in the same tower tilt state than the pitch angle adjustment width A in the predetermined tower tilt state when the wind speed v is low. If the adjustment width B is the same pitch angle, as described above, the higher the wind speed v, the greater the sensitivity of the thrust force with respect to the pitch angle. Therefore, the tower tilt state is greatly changed by greatly reducing the thrust force. The tower vibration control means 303 is a means applied to reduce the tower vibration. However, if the above thrust force is not taken into consideration, the tower vibration may not be reduced appropriately.

図７は、実施例1に係る風力発電システム制御手段１０１の効果を示す概要図である。図７の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より風速v、発電機回転速度ω、発電電力P、およびタワー傾斜角度Ψを示す。縦軸の上方側は、上から順に風速vが高いこと、発電機回転速度ωが高いこと、発電電力Pが高いこと、タワー傾斜角度Ψが後方側であることをそれぞれ示す。図７は風速vが図２に示す風速vcからカットアウト風速voutの範囲内において、時刻t2から時刻t3の間に増加し、時刻t3から時刻t4までは増加した状態を維持する条件を想定した例である。なお、図７に示す破線は本発明に係る風力発電システム制御手段１０１のタワー振動制御手段３０３を適用しない場合（風速に応じてタワー振動制御手段で決定されるピッチ角度調整幅Θ*TVCを変更しない場合）の結果を示し、実線が本実施例に係る風力発電システム制御手段１０１のタワー振動制御手段３０３を適用した場合の結果を示す。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the effect of the wind power generation system control unit 101 according to the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 7 indicates time, and the vertical axis indicates the wind speed v, the generator rotational speed ω, the generated power P, and the tower inclination angle Ψ from the top of the figure. The upper side of the vertical axis indicates that the wind speed v is higher, the generator rotational speed ω is higher, the generated power P is higher, and the tower inclination angle Ψ is on the rear side in order from the top. FIG. 7 shows a state in which the wind speed v increases from time t 2 to time t 3 and increases from time t 3 to time t 4 within the range of wind speed v c to cut-out wind speed v out shown in FIG. This is an example assuming conditions to be maintained. 7 indicates that the tower vibration control means 303 of the wind power generation system control means 101 according to the present invention is not applied (the pitch angle adjustment width Θ * TVC determined by the tower vibration control means is changed according to the wind speed). The solid line shows the result when the tower vibration control means 303 of the wind power generation system control means 101 according to this embodiment is applied.

本実施例に係る風力発電システム制御手段１０１のタワー振動制御手段３０３を適用しない場合（風速に応じてタワー振動制御手段で決定されるピッチ角度調整幅Θ*TVCを変更しない場合）には、t1から時刻t2の間では発電回転速度ωおよび発電電力Pを一定に保持できており、タワー傾斜角度Ψも一定値に保持できている。ただし、時刻t2から時刻t3の間の風速の増加に伴い、タワー傾斜角度Ψが振動を開始する。タワー振動を低減するべく、ブレード２のピッチ角度も変化が大きくなるため、結果として、ロータ４に入力する風力エネルギーが変動することとなり、発電機回転速度ωおよび発電電力Pも変動することとなる。この結果は、可変速制御手段３０１とタワー振動制御手段３０３が双方共にブレード２のピッチ角度を調整するために起こる現象であり、複数の制御手段における干渉を示すものである。 When the tower vibration control means 303 of the wind power generation system control means 101 according to the present embodiment is not applied (when the pitch angle adjustment width Θ * TVC determined by the tower vibration control means is not changed according to the wind speed), t and it can hold the generator rotational speed ω and the generated power P constant between 1 and time t 2, the even tower inclination angle Ψ and can be held at a constant value. However, as from time t 2 to the increase in wind speed between times t 3, the tower inclination angle Ψ starts vibrating. In order to reduce tower vibration, the pitch angle of the blades 2 also varies greatly. As a result, the wind energy input to the rotor 4 varies, and the generator rotational speed ω and the generated power P also vary. . This result is a phenomenon that occurs because both the variable speed control means 301 and the tower vibration control means 303 adjust the pitch angle of the blade 2, and indicates interference in a plurality of control means.

これに対し、実線で示す、本発明に係る風力発電システム制御手段１０１のタワー振動制御手段３０３を適用した場合には、風速vに基づいてタワー振動制御によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを適切に調整することにより、制御手段間の干渉を抑制している。よって、タワー傾斜角度Ψの振動、発電機回転速度ωおよび発電電力Pの変動をいずれも抑制することができ、安定した発電電力の出力が可能である。 On the other hand, when the tower vibration control means 303 of the wind power generation system control means 101 according to the present invention indicated by the solid line is applied, the pitch angle adjustment width Θ * TVC by tower vibration control is appropriately set based on the wind speed v. By adjusting, interference between control means is suppressed. Therefore, the vibration of the tower inclination angle Ψ, the generator rotational speed ω, and the fluctuations in the generated power P can all be suppressed, and the stable generated power can be output.

図８は実施例１に係る風力発電システム制御手段１０１の処理概要を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart illustrating an outline of processing of the wind power generation system control unit 101 according to the first embodiment.

ステップＳ８０１では、風速vを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０２では、風速に基づく制御ゲイン調整手段３０２において、風速vに基づいてタワー振動制御手段３０３の制御ゲインGTVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０３では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０４では、可変速制御手段３０１において、発電機回転速度ωに基づいて発電機トルク目標値Q*を決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０５では、可変速制御手段３０１において、発電機回転速度ωに基づいて可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０６では、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０７では、タワー振動制御手段３０３において、風速vに基づいてタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCおよびタワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ８０８では、加算部３０４において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定した後、一連の処理を終了する。尚、タワー傾斜角度Ψに基づいてタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅を決定しているが、これに限られるものでなく、例えばタワーやナセルの加速度等に基づいて振動制御する振動制御手段にも適用が可能である。以降の各実施例においても同様である。 In step S801, the wind speed v is determined and the process proceeds to the next step. In step S802, the control gain adjusting means 302 based on the wind speed determines the control gain G TVC of the tower vibration control means 303 based on the wind speed v, and the process proceeds to the next step. In step S803, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S804, the variable speed control means 301 determines the generator torque target value Q * based on the generator rotational speed ω, and proceeds to the next step. In step S805, the variable speed control means 301 determines the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω, and proceeds to the next step. In step S806, the tower inclination angle Ψ which is tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S807, in the tower vibration control means 303, the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the wind speed v and the tower inclination angle Ψ which is the tower vibration information. To proceed to the next step. In step S808, the adding unit 304 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means, and determines the pitch angle target value Θ *. A series of processing ends. The pitch angle adjustment range by the tower vibration control means is determined based on the tower inclination angle Ψ, but the present invention is not limited to this. For example, the vibration control means for controlling vibration based on the acceleration of the tower or nacelle. Is also applicable. The same applies to the following embodiments.

次に、図９から図１１を用いて、本発明の実施例２に係る風力発電システム制御手段１０１について説明する。   Next, the wind power generation system control unit 101 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 11.

図９は、本発明の実施例２における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム１０２の処理概要を示すブロック線図である。実施例２の風力発電システム１０２は、可変速制御手段９０１、風速に基づく制限値調整手段９０２、タワー振動制御手段９０３、入力値制限手段９０４、および加算部９０５、により構成される。   FIG. 9 is a block diagram showing an outline of processing of the wind power generation system 102 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in Embodiment 2 of the present invention. The wind power generation system 102 according to the second embodiment includes a variable speed control unit 901, a limit value adjustment unit 902 based on wind speed, a tower vibration control unit 903, an input value limit unit 904, and an addition unit 905.

可変速制御手段９０１は、実施例１で説明した可変速制御手段３０１と同様のため説明を省略する。   Since the variable speed control unit 901 is similar to the variable speed control unit 301 described in the first embodiment, the description thereof is omitted.

風速に基づく制限値調整手段９０２は、風速vに基づき、ピッチ角度制限値ΘLTVCを決定する。図１０は、実施例２に係る風速に基づく制限値調整手段９０２の特性概要の一例を示す図である。図１０の横軸は風速、縦軸は風速に基づく制限値調整手段９０２が決定するピッチ角度制限値ΘLTVCを示し、縦軸上方がピッチ角度制限値が大きいことを示す。 The limit value adjusting means 902 based on the wind speed determines the pitch angle limit value ΘL TVC based on the wind speed v. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a characteristic outline of the limit value adjusting unit 902 based on the wind speed according to the second embodiment. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the wind speed, the vertical axis indicates the pitch angle limit value ΘL TVC determined by the limit value adjusting means 902 based on the wind speed, and the upper vertical axis indicates that the pitch angle limit value is large.

風速に基づく制限値調整手段９０２はカットイン風速vinから風速v1まではピッチ角度制限値ΘLTVCを一定に保持し、風速v1から風速v2の風速範囲ではピッチ角度制限値ΘLTVCを風速vの増加に伴って減少させ、風速v2からカットアウト風速voutではピッチ角度制限値ΘLTVCを一定に保持する。図１０に示す通り、ピッチ角度制限値ΘLTVCの特性は、風速vが増加するに従って減少する特性である。 Limit value adjusting means 902 based on the wind speed from the cut-in wind velocity v in to wind velocity v 1 holds the pitch angle limiting value .theta.L TVC constant pitch angle limiting value .theta.L TVC in wind speed range of wind speeds v 2 from wind speed v 1 As the wind speed v increases, the pitch angle limit value ΘL TVC is kept constant from the wind speed v 2 to the cut-out wind speed v out . As shown in FIG. 10, the characteristic of the pitch angle limit value ΘL TVC is a characteristic that decreases as the wind speed v increases.

ただし、風速に基づく制限値調整手段９０２の特性はこれに限ったものではなく、一定に保持する期間を保有しない特性であっても良いし、階段状に減少させる特性や、風速vの高次の曲線に近似した特性であっても良い。また、カットアウト風速voutに近い風速からカットアウト風速voutの風速範囲にて、ピッチ角度制限値ΘLTVCを零とするものであっても良い。 However, the characteristic of the limit value adjusting unit 902 based on the wind speed is not limited to this, and may be a characteristic that does not have a constant holding period, a characteristic that decreases in a stepped manner, or a higher order of the wind speed v. The characteristic approximated to the curve may be used. Also, in the wind speed range of the cut-out wind speed v out from wind near the cut-out wind speed v out, or it may be a zero pitch angle limiting value .theta.L TVC.

タワー振動制御手段９０３は、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψに基づいて、タワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCを決定する。図には明記しないが、実施例１にて説明したタワー振動制御手段と同様に、比例項に基づくものや、フィルタを利用したものであっても良い。ただし、実施例１と異なり、その制御ゲインを調整する機能を必ずしも持たなくとも良い。 The tower vibration control means 903 determines the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC by the tower vibration control means based on the tower inclination angle Ψ that is the tower vibration information. Although not clearly shown in the figure, similar to the tower vibration control means described in the first embodiment, it may be based on a proportional term or using a filter. However, unlike the first embodiment, the function of adjusting the control gain is not necessarily required.

入力値制限手段９０４は、風速に基づく制限値調整手段９０２が決定したピッチ角度制限値ΘLTVCおよびタワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定する。入力値制限手段９０４の一例を式１に示す。式１は入力値制限手段９０５の処理概要を示す関係式である。 The input value limiting means 904 is based on the pitch angle limit value ΘL TVC determined by the wind speed based limit value adjusting means 902 and the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC determined by the tower vibration control means, and the pitch angle adjustment width determined by the tower vibration control means. Determine Θ * TVC . An example of the input value limiting unit 904 is shown in Equation 1. Expression 1 is a relational expression showing an outline of processing of the input value limiting means 905.

Figure 2017053274
Figure 2017053274

ピッチ角度制限値ΘLTVCの絶対値|ΘLTVC|とタワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCの絶対値|Θ0*TVC|を比較することで、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定する処理を実行する。具体的には、タワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCの絶対値|Θ0*TVC|が、ピッチ角度制限値ΘLTVCの絶対値|ΘLTVC|よりも小さい場合には、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCにタワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCを格納し、逆の場合には、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCにピッチ角度制限値ΘLTVCを格納する。即ち、絶対値が小さいほうの値を格納する。故に本実施例では、風速の増加に伴って、タワー振動制御手段９０３が決定する調整幅の制限範囲が小さくなる様にされている。 Pitch angle limit value ΘL TVC absolute value | ΘL TVC | and pitch angle basic adjustment width by tower vibration control means Θ0 * TVC absolute value | Θ0 * TVC | Θ * Performs processing to determine TVC . Specifically, if the absolute value of the pitch angle basic adjustment range Θ0 * TVC by the tower vibration control means | Θ0 * TVC | is smaller than the absolute value of the pitch angle limit value ΘL TVC | ΘL TVC | storing pitch angle basic adjustment width .theta.0 * TVC by the tower vibration control means to the pitch angle adjustment width theta * TVC by the control means, in the opposite case, the pitch angle limiting the pitch angle adjustment width theta * TVC by the tower vibration control means Stores the value ΘL TVC . That is, the smaller absolute value is stored. Therefore, in this embodiment, the limit range of the adjustment width determined by the tower vibration control means 903 is reduced as the wind speed increases.

実施例２においても、実施例１と同様に、風速vの増加に伴って、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを減少させる特性を備えることができる。本実施例では、コントローラ９はピッチ角度目標値Θ*を決定するに際し、タワー振動制御手段９０３が決定するタワー８の振動を制御する調整幅Θ0*TVCをピッチ角度制限値ΘLTVCとの比較の為に用いている。また、加算部９０５は、実施例１の加算部３０３と同様の処理を実行するため、詳細説明を省略する。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means can be reduced as the wind speed v increases. In this embodiment, when the controller 9 determines the pitch angle target value Θ *, the adjustment width Θ0 * TVC for controlling the vibration of the tower 8 determined by the tower vibration control means 903 is compared with the pitch angle limit value ΘL TVC . It is used for the purpose. Further, the addition unit 905 performs the same processing as that of the addition unit 303 of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

なお、実施例２に係る風力発電システム制御手段１０２の効果は、実施例１にて説明した図７と同様のため、詳細説明を省略する。   The effect of the wind power generation system control unit 102 according to the second embodiment is the same as that of FIG. 7 described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

図１１は実施例２に係る風力発電システム制御手段１０２の処理概要を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing outline of the wind power generation system control unit 102 according to the second embodiment.

ステップＳ１１０１では、風速vを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０２では、風速に基づく制限値調整手段９０２において、風速vに基づいてピッチ角度制限値ΘLTVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０３では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０４では、可変速制御手段９０１において、発電機回転速度ωに基づいて発電機トルク目標値Q*を決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０５では、可変速制御手段９０１において、発電機回転速度ωに基づいて可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０６では、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０７では、タワー振動制御手段９０３において、タワー傾斜角度Ψに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０８では、入力値制限手段９０４において、ピッチ角度制限値ΘLTVCおよびタワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCに基づいて、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１１０９では、加算部９０５において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定した後、一連の処理を終了する。 In step S1101, the wind speed v is determined and the process proceeds to the next step. In step S1102, the limit value adjusting unit 902 based on the wind speed determines the pitch angle limit value ΘL TVC based on the wind speed v, and proceeds to the next step. In step S1103, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1104, the variable speed control means 901 determines the generator torque target value Q * based on the generator rotational speed ω, and proceeds to the next step. In step S1105, the variable speed control means 901 determines the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω, and proceeds to the next step. In step S1106, the tower inclination angle Ψ which is tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1107, the tower vibration control means 903 determines the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC by the tower vibration control means based on the tower inclination angle Ψ, and proceeds to the next step. In step S1108, the input value limiting means 904 determines the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the pitch angle limit value ΘL TVC and the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC by the tower vibration control means. Go to the next step. In step S1109, the addition unit 905 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means, and determines the pitch angle target value Θ *. A series of processing ends.

次に、図１２から図１５を用いて、本発明の実施例３に係る風力発電システム制御手段１０３について説明する。   Next, the wind power generation system control means 103 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１２は、本発明の実施例３における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム１０３の処理概要を示すブロック線図である。実施例３の風力発電システム１０３は、可変速制御手段１２０１、風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２、タワー振動制御手段１２０３、および加算部１２０４、により構成される。   FIG. 12 is a block diagram showing an outline of processing of the wind power generation system 103 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in Embodiment 3 of the present invention. The wind power generation system 103 according to the third embodiment includes a variable speed control unit 1201, a control gain adjustment unit 1202 based on wind speed, a tower vibration control unit 1203, and an addition unit 1204.

可変速制御手段１２０１は、発電機回転速度ωに基づき、発電機トルク目標値Q*および可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。この可変速制御手段１２０１は、図２に示した風力発電システム１の運転特性を実現できるように、発電機トルク目標値Q*と可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。 The variable speed control means 1201 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω. This variable speed control means 1201 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means so that the operation characteristics of the wind power generation system 1 shown in FIG. 2 can be realized.

実施例３においては、可変速制御手段１２０１における、発電機トルク目標値Q*および可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCの演算処理は、比例項と積分項から構成される比例積分制御により構成されるものとする。ただし、これに限ったものではなく、微分項を追加した比例積分微分制御に基づくものであっても良い。なお、後述する可変速制御手段の制御ゲインにより、上記比例項または積分項、またはその両方を調整可能な機能を備えるものを想定する。 In the third embodiment, the calculation processing of the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means in the variable speed control means 1201 is proportional integral control composed of a proportional term and an integral term. It shall consist of. However, the present invention is not limited to this, and may be based on proportional-integral-derivative control with a differential term added. In addition, the thing provided with the function which can adjust the said proportional term, an integral term, or both with the control gain of the variable speed control means mentioned later is assumed.

風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２は、風速vに基づき、可変速制御手段の制御ゲインを決定する。その例を図１３および図１４を用いて説明する。   The control gain adjusting means 1202 based on the wind speed determines the control gain of the variable speed control means based on the wind speed v. An example thereof will be described with reference to FIGS.

図１３は、実施例３に係る風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２の特性概要の一例を示す図である。図１３の横軸は風速、縦軸は風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２が決定する値が、可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSCを示し、縦軸上方が制御ゲインが大きいことを示す。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a characteristic outline of the control gain adjusting unit 1202 based on the wind speed according to the third embodiment. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the wind speed, the vertical axis indicates the control gain Gω VSC related to the pitch angle control of the variable speed control means, and the value determined by the control gain adjustment means 1202 based on the wind speed indicates that the control gain is large above the vertical axis. Indicates.

風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２はカットイン風速vinから風速v1までは可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSCを一定に保持し、風速v1から風速v2の風速範囲では可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSCを風速vの増加に伴って増加させ、風速v2からカットアウト風速voutでは可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSCを一定に保持する。図１３に示す通り、可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSCの特性は、風速vが増加するに従って増加する特性である。 Control gain adjustment means 1202 based on the wind speed is kept constant control gain G? VSC about pitch angle control of the variable speed control means from the cut-in wind velocity v in to wind velocity v 1, at a wind speed range of wind speeds v 2 from wind speed v 1 is The control gain Gω VSC related to the pitch angle control of the variable speed control means is increased as the wind speed v increases, and the control gain Gω VSC related to the pitch angle control of the variable speed control means is kept constant from the wind speed v 2 to the cutout wind speed v out. Hold. As shown in FIG. 13, the characteristic of the control gain Gω VSC related to the pitch angle control of the variable speed control means is a characteristic that increases as the wind speed v increases.

ただし、風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２の特性はこれに限ったものではなく、一定に保持する期間を保有しない特性であっても良いし、階段状に減少させる特性や、風速vの高次の曲線に近似した特性であっても良い。   However, the characteristic of the control gain adjusting means 1202 based on the wind speed is not limited to this, and may be a characteristic that does not have a constant holding period, a characteristic that decreases stepwise, or a higher order of the wind speed v. The characteristic approximated to the curve may be used.

さらに図１４は、実施例３に係る風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２の特性概要の別の例を示す図である。図１４の横軸は風速、縦軸は風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２が決定する値が、可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCを示し、縦軸上方が制御ゲインが大きいことを示す。 Furthermore, FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the characteristic outline of the control gain adjusting unit 1202 based on the wind speed according to the third embodiment. In FIG. 14, the horizontal axis represents the wind speed, the vertical axis represents the control gain GQ VSC related to the generator torque control of the variable speed control means, and the value determined by the control gain adjustment means 1202 based on the wind speed. It shows that.

風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２はカットイン風速vinから風速v1までは可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCを一定に保持し、風速v1から風速v2の風速範囲では可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCを風速vの増加に伴って増加させ、風速v2からカットアウト風速voutでは可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCを一定に保持する。図１３に示す通り、可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCの特性は、風速vが増加するに従って増加する特性である。 Control gain adjustment means 1202 based on the wind speeds retains control gain GQ VSC about generator torque control of the variable speed control means from the cut-in wind velocity v in to wind velocity v 1 at a constant wind velocity range of wind speeds v 2 from wind speed v 1 in the control gain GQ VSC about generator torque control of the variable speed control means is increased with an increase in wind velocity v, the control gain regarding the generator torque control of the cut-out wind speed v out the variable speed control means from the wind speed v 2 GQ VSC Is kept constant. As shown in FIG. 13, the characteristic of the control gain GQ VSC related to the generator torque control of the variable speed control means is a characteristic that increases as the wind speed v increases.

ただし、風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２の特性はこれに限ったものではなく、一定に保持する期間を保有しない特性であっても良いし、階段状に増加させる特性や、風速vの高次の曲線に近似した特性であっても良い。但し、該図に示す様に、必ずしも常に増加し続けることは必要とせず、例えば所定の範囲では一定値となっていても良い。   However, the characteristic of the control gain adjustment unit 1202 based on the wind speed is not limited to this, and may be a characteristic that does not have a constant holding period, a characteristic that increases stepwise, or a higher order of the wind speed v. The characteristic approximated to the curve may be used. However, as shown in the figure, it is not always necessary to keep increasing, and for example, it may be a constant value within a predetermined range.

また、図１３および図１４はそれぞれ、可変速制御手段２の中でも、ピッチ角度制御と発電機トルク制御に関わる制御ゲインを各々備える例を示したが、これに限るものではなく、図１３と図１４を組合せたもの、すなわち、風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２が、可変速制御手段１２０１におけるピッチ角度制御および発電機トルク制御の双方の制御ゲインを調整するものであっても良い。   FIGS. 13 and 14 show examples in which variable gain control means 2 includes control gains related to pitch angle control and generator torque control, but the present invention is not limited to this. 14, that is, the control gain adjustment means 1202 based on the wind speed may adjust the control gains of both the pitch angle control and the generator torque control in the variable speed control means 1201.

タワー振動制御手段１２０３は、実施例２で説明したタワー振動制御手段９０３と同様の処理を実行するため詳細説明を省略する。   Since the tower vibration control unit 1203 executes the same processing as the tower vibration control unit 903 described in the second embodiment, detailed description thereof is omitted.

加算部１２０４は、実施例１で説明した加算部３０４と同様であるため、説明を省略する。   The adding unit 1204 is the same as the adding unit 304 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図１５は実施例３に係る風力発電システム制御手段１０３の処理概要を示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart illustrating a processing outline of the wind power generation system control unit 103 according to the third embodiment.

ステップＳ１５０１では、風速vを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０２では、風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２において、風速vに基づいて可変速制御手段の制御ゲインを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０３では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０４では、可変速制御手段１２０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて、発電機トルク目標値Q*を決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０５では、可変速制御手段１２０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０６では、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０７では、タワー振動制御手段１２０３において、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０８では、加算部１２０４において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定した後、一連の処理を終了する。 In step S1501, the wind speed v is determined and the process proceeds to the next step. In step S1502, the control gain adjusting means 1202 based on the wind speed determines the control gain of the variable speed control means based on the wind speed v, and the process proceeds to the next step. In step S1503, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1504, the variable speed control means 1201 determines the generator torque target value Q * based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1505, the variable speed control means 1201 determines the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1506, the tower inclination angle Ψ which is tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1507, the tower vibration control means 1203 determines the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the tower inclination angle Ψ which is the tower vibration information, and proceeds to the next step. In step S1508, the adding unit 1204 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means to determine the pitch angle target value Θ *, A series of processing ends.

次に、図１６および図１７を用いて、本発明の実施例４に係る風力発電システム制御手段１０４について説明する。   Next, the wind power generation system control means 104 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.

図１６は、本発明の実施例４における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム１０４の処理概要を示すブロック線図である。実施例４の風力発電システム１０４は、可変速制御手段１６０１、風速に基づく制御ゲイン調整手段１６０２、タワー振動制御手段１６０３、および加算部１６０４、により構成される。本構成は、実施例１と実施例３の構成を組み合わせたものである。   FIG. 16 is a block diagram showing a processing outline of the wind power generation system 104 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in Embodiment 4 of the present invention. The wind power generation system 104 according to the fourth embodiment includes variable speed control means 1601, control gain adjustment means 1602 based on wind speed, tower vibration control means 1603, and addition unit 1604. This configuration is a combination of the configurations of the first and third embodiments.

可変速制御手段１６０１は、実施例３で説明した可変速制御手段１２０１と同様のため、詳細説明を省略する。風速に基づく制御ゲイン調整手段１６０２は、風速vに基づき、可変速制御手段の制御ゲイン、およびタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCの両方を演算する。風速vに基づく可変速制御手段の制御ゲインの決定については、実施例３と同様に、可変速制御手段のピッチ角度制御に関する制御ゲインGωVSC、または可変速制御手段の発電機トルク制御に関する制御ゲインGQVSCの一方のみを決定するものであっても良いし、その両方を決定するものであっても良い。詳細については実施例３で説明済みのため省略する。また、風速vに基づくタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCの決定については、実施例１で説明したものと同様であるため、詳細説明を省略する。タワー振動制御手段１６０３は、実施例１で説明したタワー振動制御手段３０３と同様のため、詳細説明を省略する。加算部１６０４についても、上述の３つの実施例と同様のため、説明を省略する。 Since the variable speed control means 1601 is the same as the variable speed control means 1201 described in the third embodiment, detailed description thereof is omitted. Based on the wind speed v, the control gain adjustment unit 1602 based on the wind speed calculates both the control gain of the variable speed control unit and the control gain G TVC of the tower vibration control unit. Regarding the determination of the control gain of the variable speed control means based on the wind speed v, as in the third embodiment, the control gain Gω VSC related to the pitch angle control of the variable speed control means or the control gain related to the generator torque control of the variable speed control means. Only one of the GQ VSCs may be determined, or both may be determined. Details are already described in the third embodiment, and thus will be omitted. The determination of the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the wind speed v is the same as that described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. Since the tower vibration control unit 1603 is the same as the tower vibration control unit 303 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The adding unit 1604 is the same as that in the above-described three embodiments, and thus the description thereof is omitted.

図１７は実施例４に係る風力発電システム制御手段１０４の処理概要を示すフローチャートである。   FIG. 17 is a flowchart illustrating a processing outline of the wind power generation system control unit 104 according to the fourth embodiment.

ステップＳ１７０１では、風速vを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１５０２では、風速に基づく制御ゲイン調整手段１６０２において、風速vに基づいて可変速制御手段の制御ゲインを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０３では、風速に基づく制御ゲイン調整手段１６０２において、風速vに基づいてタワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０４では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０５では、可変速制御手段１６０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて、発電機トルク目標値Q*を決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０６では、可変速制御手段１７０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０７では、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０８では、タワー振動制御手段１６０３において、タワー振動制御手段の制御ゲインGTVCおよびタワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１７０９では、加算部１６０４において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定した後、一連の処理を終了する。 In step S1701, the wind speed v is determined and the process proceeds to the next step. In step S1502, the control gain adjustment unit 1602 based on the wind speed determines the control gain of the variable speed control unit based on the wind speed v, and proceeds to the next step. In step S1703, the control gain adjusting means 1602 based on the wind speed determines the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the wind speed v, and proceeds to the next step. In step S1704, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1705, the variable speed control means 1601 determines the generator torque target value Q * based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1706, the variable speed control means 1701 determines the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1707, the tower inclination angle Ψ which is tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1708, the tower vibration control means 1603 determines the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the control gain G TVC of the tower vibration control means and the tower inclination angle Ψ which is the tower vibration information. Go to step. In step S1709, the adding unit 1604 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means to determine the pitch angle target value Θ *, A series of processing ends.

次に、図１８および図１９を用いて、本発明の実施例５に係る風力発電システム制御手段１０５について説明する。   Next, the wind power generation system control unit 105 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 18 and 19.

図１８は、本発明の実施例５における風力発電システム１のコントローラ９に実装される風力発電システム１０５の処理概要を示すブロック線図である。実施例５の風力発電システム１０５は、可変速制御手段１８０１、風速に基づく制御ゲイン調整手段１８０２、タワー振動制御手段１８０３、入力値制限手段１８０４、および加算部１８０５、により構成される。本実施例の構成は、実施例２と実施例３を組み合わせたものである。   FIG. 18 is a block diagram showing a processing outline of the wind power generation system 105 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in Embodiment 5 of the present invention. The wind power generation system 105 according to the fifth embodiment includes a variable speed control unit 1801, a control gain adjustment unit 1802 based on wind speed, a tower vibration control unit 1803, an input value limiting unit 1804, and an addition unit 1805. The configuration of the present embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment.

可変速制御手段１８０１は、実施例３で説明した可変速制御手段１２０１と同様のため、詳細説明を省略する。   The variable speed control unit 1801 is the same as the variable speed control unit 1201 described in the third embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

風速に基づく制御ゲイン調整手段１８０２は、風速に基づき、可変速制御手段の制御ゲインおよびピッチ角度制限値ΘLTVCを決定する。可変速制御手段の制御ゲインの決定方法については、実施例３の風速に基づく制御ゲイン調整手段１２０２と同様のため、詳細説明を省略する。また、ピッチ角度制限値ΘLTVCについても実施例２で説明した風速に基づく制御値調整手段９０２と同様のため、詳細説明を省略する。タワー振動制御手段１８０３は、実施例２で説明したタワー振動制御手段９０３と同様のため詳細説明を省略する。 入力値制限手段１８０４は、実施例２で説明した入力値制限手段９０４と同様のため説明を省略する。加算部１８０５は、上述の４つの実施例と同様のため、説明を省略する。 The control gain adjusting means 1802 based on the wind speed determines the control gain of the variable speed control means and the pitch angle limit value ΘL TVC based on the wind speed. Since the method for determining the control gain of the variable speed control means is the same as that of the control gain adjustment means 1202 based on the wind speed of the third embodiment, detailed description thereof is omitted. Further, the pitch angle limit value ΘL TVC is the same as the control value adjustment unit 902 based on the wind speed described in the second embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. The tower vibration control unit 1803 is the same as the tower vibration control unit 903 described in the second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. Since the input value limiting unit 1804 is similar to the input value limiting unit 904 described in the second embodiment, the description thereof is omitted. The adding unit 1805 is the same as that in the above-described four embodiments, and a description thereof will be omitted.

図１９は、実施例５に係る風力発電システム制御手段１０５の処理概要を示すフローチャートである。   FIG. 19 is a flowchart illustrating a processing outline of the wind power generation system control unit 105 according to the fifth embodiment.

ステップＳ１９０１では、風速vを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０２では、風速に基づく制御ゲイン調整手段１８０２において、風速vに基づいて可変速制御手段の制御ゲインを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０３では、風速に基づく制御ゲイン調整手段１８０２において、風速vに基づいてピッチ角度制限値ΘLTVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０４では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０５では、可変速制御手段１８０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて、発電機トルク目標値Q*を決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０６では、可変速制御手段１８０１において、発電機回転速度ωおよび可変速制御手段の制御ゲインに基づいて可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０７では、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０８では、タワー振動制御手段１８０３において、タワー振動情報であるタワー傾斜角度Ψに基づき、タワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９０９では、入力値制限手段１８０４において、ピッチ角度制限値ΘLTVCおよびタワー振動制御手段によるピッチ角度基本調整幅Θ0*TVCにもとづいて、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップＳ１９１０では、加算部１８０４において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定した後、一連の処理を終了する。 In step S1901, the wind speed v is determined and the process proceeds to the next step. In step S1902, the control gain adjustment unit 1802 based on the wind speed determines the control gain of the variable speed control unit based on the wind speed v, and proceeds to the next step. In step S1903, the control gain adjustment unit 1802 based on the wind speed determines the pitch angle limit value ΘL TVC based on the wind speed v, and proceeds to the next step. In step S1904, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1905, the variable speed control means 1801 determines the generator torque target value Q * based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1906, the variable speed control means 1801 determines the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω and the control gain of the variable speed control means, and proceeds to the next step. In step S1907, the tower inclination angle Ψ which is tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1908, the tower vibration control means 1803 determines the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC by the tower vibration control means based on the tower inclination angle Ψ which is the tower vibration information, and proceeds to the next step. In step S1909, the input value limiting means 1804 determines the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means based on the pitch angle limit value ΘL TVC and the pitch angle basic adjustment width Θ0 * TVC by the tower vibration control means. Go to the next step. In step S1910, the adding unit 1804 adds the pitch angle adjustment width Θ * VSC by the variable speed control means and the pitch angle adjustment width Θ * TVC by the tower vibration control means to determine the pitch angle target value Θ *, A series of processing ends.

なお、本発明が請求する範囲は上記に限ったものではない。具体的には、図1に示す風力発電システム１は設置形態を明記していないが、地面または海底に設置される着床式の風力発電システムであっても良い。また、図２０に示すように、洋上に浮かべられる浮体構造物１１の上に設置される構成を備えるものであっても良い。   The scope claimed by the present invention is not limited to the above. Specifically, the wind power generation system 1 shown in FIG. 1 does not clearly indicate the installation form, but may be a landing type wind power generation system installed on the ground or the sea floor. Moreover, as shown in FIG. 20, you may provide the structure installed on the floating structure 11 floated on the ocean.

１：風力発電システム
２：ブレード
３：ハブ
４：ロータ
５：ナセル
６：発電機
７：ピッチアクチュエータ
８：タワー
９：コントローラ
１０：タワー傾斜情報計測センサ
１１：浮体構造物 1: wind power generation system 2: blade 3: hub 4: rotor 5: nacelle 6: generator 7: pitch actuator 8: tower 9: controller 10: tower inclination information measuring sensor 11: floating structure

Claims (14)

可変速制御可能な風力発電システムであって、
風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの荷重を支持するタワーと、
ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置と、
前記調整装置に送るピッチ角度目標値を定める制御装置を備え、
前記制御装置は、タワー振動制御手段を有しており、前記タワー振動制御手段が決定する前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、
前記調整幅は、風速に基づいて決定されることを特徴とする風力発電システム。 A wind power generation system capable of variable speed control,
A blade that rotates in response to the wind;
A tower for supporting the load of the blade;
An adjusting device for adjusting the pitch angle of the blade based on a target pitch angle value;
A control device for determining a pitch angle target value to be sent to the adjusting device;
The control device has a tower vibration control means, determines the pitch angle target value using an adjustment width for controlling the tower vibration determined by the tower vibration control means,
The said adjustment width is determined based on a wind speed, The wind power generation system characterized by the above-mentioned. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
カットイン風速からカットアウト風速の範囲内に含まれる第１の風速及び第２の風速について、第１の風速よりも第２の風速が高いとした際に、
前記カットイン風速から前記第１の風速の間の風速において前記タワーの振動を制御する第１の調整幅が、前記第２の風速から前記カットアウト風速の間の風速において前記タワーの振動を制御する第２の調整幅よりも大きく、
前記第１の風速から前記第２の風速の間の風速において前記タワーの振動を制御する第３の調整幅が、前記第１の調整幅よりも小さく、かつ前記第２の調整幅よりも大きくなる様に各調整幅を決定することを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 1,
When the first wind speed and the second wind speed included in the range from the cut-in wind speed to the cut-out wind speed are set to be higher than the first wind speed,
The first adjustment range for controlling the vibration of the tower at a wind speed between the cut-in wind speed and the first wind speed controls the vibration of the tower at a wind speed between the second wind speed and the cut-out wind speed. Larger than the second adjustment range
A third adjustment width for controlling vibration of the tower at a wind speed between the first wind speed and the second wind speed is smaller than the first adjustment width and larger than the second adjustment width. The wind power generation system is characterized in that each adjustment width is determined as follows. 請求項１または２に記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、風速が所定値を超えた場合に、前記調整幅を零とすることを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 1 or 2,
The said control apparatus makes the said adjustment width | variety zero when a wind speed exceeds predetermined value, The wind power generation system characterized by the above-mentioned. 請求項３に記載の風力発電システムであって、
前記所定値は、カットイン風速よりも大きく、カットアウト風速よりも小さいことを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 3,
The wind power generation system, wherein the predetermined value is larger than a cut-in wind speed and smaller than a cut-out wind speed. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
風速の増加に伴って、前記タワー振動制御手段の制御ゲインを減少させることを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to any one of claims 1 to 4,
A wind power generation system characterized in that the control gain of the tower vibration control means is decreased as the wind speed increases. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
風速の増加に伴って、前記タワー振動制御手段が決定する調整幅の制限範囲を小さくすることを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to any one of claims 1 to 5,
A wind power generation system characterized in that, as the wind speed increases, the limit range of the adjustment width determined by the tower vibration control means is reduced. 請求項６に記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、風速に基づいてピッチ角度制限値を決定する制限値調整手段を有し、
前記タワー振動制御手段が決定する調整幅の絶対値と、前記ピッチ角度制限値の絶対値の小さい方の値を用いて前記ピッチ角度目標値を定めることを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to claim 6,
The control device has limit value adjusting means for determining a pitch angle limit value based on wind speed,
The wind power generation system, wherein the pitch angle target value is determined using an absolute value of an adjustment width determined by the tower vibration control means and a smaller value of the absolute value of the pitch angle limit value. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、発電電力を制御する可変速制御手段を有し、
風速の増加に伴って、前記可変速制御手段の制御ゲインを増加させることを特徴とする風力波電システム。 The wind power generation system according to any one of claims 1 to 7,
The control device has variable speed control means for controlling generated power,
A wind power system characterized by increasing the control gain of the variable speed control means as the wind speed increases. 請求項８に記載の風力発電システムであって、
風速の増加に伴って、前記可変速制御手段の前記発電機トルクの制御ゲインを増加させることを特徴とする風力波電システム。 The wind power generation system according to claim 8,
The wind power system characterized by increasing the control gain of the generator torque of the variable speed control means as the wind speed increases. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、更に前記タワーの荷重を支持する浮体構造物を備えることを特徴とする風力発電システム。   The wind power generation system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a floating structure that supports a load of the tower. 風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの荷重を支持するタワーと、
ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置を備え、可変速制御可能な風力発電システムの制御方法であって、
前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、
前記調整幅を、風速に基づいて決定することを特徴とする風力発電システムの制御方法。 A blade that rotates in response to the wind;
A tower for supporting the load of the blade;
A control method for a wind power generation system that includes an adjusting device that adjusts the pitch angle of the blade based on a target pitch angle value and is capable of variable speed control,
Determine the pitch angle target value using an adjustment width for controlling the vibration of the tower,
A method for controlling a wind power generation system, wherein the adjustment width is determined based on a wind speed. 請求項１１に記載の風力発電システムの制御方法であって、
風速の増加に伴って、前記調整幅の制限範囲を小さくすることを特徴とする風力発電システムの制御方法。 It is a control method of the wind power generation system according to claim 11,
A control method for a wind power generation system, characterized in that the limit range of the adjustment width is reduced as the wind speed increases. 請求項１１または１２に記載の風力発電システムの制御方法であって、
風速の増加に伴って、発電電力を制御する可変速制御の制御ゲインを増加させることを特徴とする風力発電システムの制御方法。 A method for controlling a wind power generation system according to claim 11 or 12,
A control method for a wind power generation system, characterized by increasing a control gain of variable speed control for controlling generated power as the wind speed increases. 請求項１３に記載の風力発電システムの制御方法であって、
風速の増加に伴って、可変速制御における発電機トルクの制御ゲインを増加させることを特徴とする風力発電システムの制御方法。 It is a control method of the wind power generation system according to claim 13,
A control method for a wind power generation system, wherein a control gain of a generator torque in variable speed control is increased with an increase in wind speed.
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