JP2018059455A

JP2018059455A - ウィンドファーム及び風力発電装置

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Publication number: JP2018059455A
Application number: JP2016197843A
Authority: JP
Inventors: 悠介大竹; Yusuke Otake; 順弘楠野; Yoshihiro Kusuno; 啓角谷; Hiromu Kakuya
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: EP3306078A1; TW201814154A; US20180100486A1; TWI678466B; JP6869685B2

Abstract

【課題】
ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供する。
【解決手段】
少なくとも風を受けて回転するロータ２４とロータ２４の回転面の向きを制御するヨー角制御装置３３を備える風力発電装置２を、複数備えるウィンドファームであって、風向データ及び風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きを制御する制御装置３１を備える．
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の風力発電装置が設置されるウィンドファーム及び風力発電装置に係り、特に、各風力発電装置の損傷度を低減し得るウィンドファーム及び当該ウィンドファーム設置するに好適な風力発電装置に関する。

複数の風力発電装置が隣接して設置されているウィンドファームにおいては、風上側に位置する風力発電装置を通過した風車後流（単に、後流とも称される）と呼ばれる風が風下側に位置する風力発電装置に流入する。この風車後流中においては、風力発電装置の発電量が減少する、及び風力発電装置の損傷度が増加するなどの課題が生ずる。このような課題に対応すべく、風上側に位置する風力発電装置のブレードの傾斜角を制御する方法、或は隣接する風力発電装置のロータ回転方向を反対にする方法などが提案されている。

例えば、特許文献１では、風上側に位置する風力発電装置のブレードの傾斜角（ピッチ角）を制御する方法が開示され、複数の風力発電機（Ｔ１，Ｔｉ―１，Ｔｉ）を備えるウィンドファームにおいて、ウィンドファームの稼働中に風力発電機（Ｔ１，Ｔｉ―１，Ｔｉ）の動作パラメータを最適化目標に従って調節する構成が記載されている。そして、上記最適化目標を、複数の風力発電機（Ｔ１，Ｔｉ―１，Ｔｉ）の全ての個別出力（Ｐｉ）の合計から形成されるウィンドファームの総出力の最大値とする旨開示されている。
また、特許文献２では、ロータが第１の回転方向を有する第１の風力発電装置、及び第１の風力発電装置のロータの回転方向とは反対方向の第２の回転方向に回転するロータを有する第２の風力発電装置を、横方向又は縦方向に一定距離だけ離隔するよう配置する構成が開示されている。これら第１の風力発電装置及び第２の風力発電装置は、相互に隣接し、且つ、交互に配置され、相互に反対方向にロータが回転することにより各々のロータの回転により生ずる渦流の影響を相互減少させることで、風力発電装置の寿命を向上する旨記載されている。

特表２０１０―５２６９６３号公報特開２０１５―１５５６９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるウィンドファームにおいては、全ての風力発電装置からの情報を集約するためのネットワークや制御パラメータを決定する中央演算装置を新たに導入しなければならず、設備コストの増大を招く虞がある。また、特許文献２に記載されるウィンドファームでは、ブレードの回転方向の異なる２種類の風力発電装置を用意しなければならず、例えば、既設のウィンドファームに適用することは困難である。
そこで、本発明は、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係るウィンドファームは、少なくとも風を受けて回転するロータと当該ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置を備える風力発電装置を、複数備えるウィンドファームであって、風向データ及び風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する制御装置を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る風力発電装置は、ウィンドファーム内に設置され得る風力発電装置であって、少なくとも風を受けて回転するロータと、前記ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置と、風向データと前記ロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域と風下側に位置する他の風力発電装置の位置情報に基づき、前記ロータの回転面の向きを制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の全体概略構成図である。図１に示す制御装置の機能ブロック図である。図２に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。ウィンドファームに設置される風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置の関係を示す図である。風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置よりなる小規模なウィンドファームの一例を示す上面図である。多数の風力発電装置よりなる大規模なウィンドファームの一例を示す上面図である。風力発電装置を構成するロータの回転面の向きと風向との関係により生ずる風車後流の伝搬方向を示す図である。風上側に位置する風力発電装置を構成するロータの回転面の向きの制御の一例を示す図である。風上側に位置する風力発電装置を構成するロータの回転面の向きの制御の一例を示す図である。本発明の他の実施例に係る実施例２の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図である。図１０に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本発明の他の実施例に係る実施例３の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図である。図１２に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本発明の他の実施例に係る実施例４の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図である。図１４に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本発明の他の実施例に係る実施例５の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図である。図１６に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。

本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。また、３枚のブレードとハブにてロータを構成する例を示すが、これに限られず、ロータはハブと少なくとも１枚のブレードにて構成しても良い。本発明の実施形態に係る風力発電装置を複数隣接して設置するウィンドファームは、洋上、山岳部及び平野部の何れの場所にも設けることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様を限定することを意図する趣旨ではない。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の全体概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置２は、風を受けて回転するブレード２３、ブレード２３を支持するハブ２２、ナセル２１、及びナセル２１を回動可能に支持するタワー２０を備える。ナセル２１内に、ハブ２２に接続されハブ２２と共に回転する主軸２５、主軸２５に接続され回転速度を増速する増速機２７により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機２８を備えている。ブレード２３の回転エネルギーを発電機２８に伝達する部位は、動力伝達部と呼ばれ、本実施例では、主軸２５、及び増速機２７が動力伝達部に含まれる。そして、増速機２７及び発電機２８は、メインフレーム２９上に保持されている。また、ブレード２３及びハブ２２によりロータ２４が構成される。図１に示すように、タワー２０内部に、電力の周波数を変換する電力変換器３０、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器及び変圧器など（図示せず）、及び制御装置３１が配置されている。図１において、電力変換器３０及制御装置３１はタワーの底部に設置されているが、これら機器の設置場所はタワー底部に限定されず、風力発電装置２の内部であれば、他の場所に設置される場合も考えられる。また、ナセル２１の上面に、風向データ及び風速データを計測するための風向風速計３２が設置されている。制御装置３１として、例えば、制御盤又はＳＣＡＤＡ（ＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙＣｏｎｔｒｏｌＡｎｄＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）が用いられる。

また、ナセル２１の向きはヨー角と称され、風力発電装置２は、このナセル２１の向き、すなわち、ロータ２４の回転面の向きを制御するヨー角制御装置３３を備える。図１に示すように、ヨー角制御装置３３は、ナセル２１の底面とタワー２０の先端部との間に配され、例えば、図示しない、少なくともアクチュエータ及び当該アクチュエータを駆動するモータより構成される。制御装置３１より信号線を介して出力されるヨー角制御指令に基づき、ヨー角制御装置３３を構成するモータが回転しアクチュエータが所望量変位することで、所望のヨー角となるようナセル２１が回動する。

ここで、本実施例に係るウィンドファームについて説明する。図４は、ウィンドファームに設置される風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置の関係を示す図である。図４では、ウィンドファーム１に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａを通過した風が風下側に位置する風力発電装置２ｂへ流入する例を示している。図４に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａを通過した風を風車後流（単に、後流とも称される）と呼ぶ。この風車後流においては、風上側に位置する風力発電装置２ａに流入する前と比較した場合、風向、風速などの風の特性が変化する。この特性の変化は風上側に位置する風力発電装置２ａの運転状態に依存する。ここでいう運転状態とは風力発電装置のブレード２３の傾斜角（ピッチ角）或はロータ２４の回転面の向きを含む。

図５は、風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置よりなる小規模なウィンドファームの一例を示す上面図であり、図６は、多数の風力発電装置よりなる大規模なウィンドファームの一例を示す上面図である。図５は、１基の風上側に位置する風力発電装置２ａ及び１基の風下側に位置する風力発電装置２ｂから構成される小規模なウィンドファーム１の例であり、図６は、１基の風上側に位置する風力発電装置２ａ、１基の風下側に位置する風力発電装置２ｂ、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置２ｃ、及び多数の風力発電装置２ｄから構成される大規模なウィンドファーム１の例である。ここで言うウィンドファーム１とは、少なくとも２基以上の風力発電装置からなる集合型風力発電所や風力発電装置群を指す。

ウィンドファーム１に設置される風力発電装置２は、風向に対して風上側に位置する風力発電装置２ａ、風下側に位置する風力発電装置２ｂ、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置２ｃ、及びそれ以外の風力発電装置２ｄに分類され、風向の変化によってこれらの分類も変化する。具体的には、図６の例では、風上側に位置する風力発電装置２ａにより生ずる風車後流が風下側に位置する風力発電装置２ｂに流入しているが、風向の変化によって風下側に位置する風力発電装置２ｂ、風力発電装置２ｃ若しくは風力発電装置２ｄが風上側に位置する風力発電装置２ａと同様の役割を果たす場合や、風上側に位置する風力発電装置２ａ、風力発電装置２ｃ若しくは風力発電装置２ｄが風下側に位置する風力発電装置２ｂと同様の役割を果たす場合もあり得る。

ここで、風車後流（後流）について説明する。風上側に位置する風力発電装置２ａを通過する風は、風上側に位置する風力発電装置２ａを構成するロータ２４の回転の影響により、風向、風速といった風況が変化する。この時変化する風況は、上述の風向、風速に限定されるわけでなく、風の乱れ方である乱流特性や渦の形状など、風に係る全ての物理量が考えられる。図５及び図６に示すように、風車後流（後流）は、風上側に位置する風力発電装置２ａを通過した後、拡がりながら風下側へと流れる。すなわち、風車後流は、拡散しつつ渦流（乱流）を生じさせながら風下側へと伝搬する。このように、拡散しつつ渦流（乱流）を生じさせながら風下側へと風車後流が伝搬する領域を、以下では、風車後流領域（後流領域とも称される）と呼ぶ。

図６に示す風下側に位置する風力発電装置２ｂ及び風力発電装置２ｃでは、風車後流領域（後流領域）の外側に位置する風力発電装置２ｄに比べて、発電量が低下し、風下側に位置する風力発電装置２ｂ及び風力発電装置２ｃに蓄積される損傷度が増加する。特に、風力発電装置２ｃにおいては、ロータ２４の回転面に流入する風況が不均一となるため、特に損傷度が大きくなる傾向にある。すなわち、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置２ｃでは、ロータ２４の回転面に付加される荷重の振幅が生じることとなり、ブレード２３、ハブ２２及び主軸２５を介して、ナセル２１内に配される増速機２７或は発電機２８に振動が伝搬され、ナセル２１を回動可能に支持するタワー２０にも振動が伝搬される。これらの振動の要因となる荷重の振幅が、風力発電装置２ｃを構成する各機器に対する損傷度へ大きく影響する。

図７に、風力発電装置を構成するロータの回転面の向きと風向との関係により生ずる風車後流の伝搬方向を示す。図７の上図に示すように、風向に対して風力発電装置２のロータ２４の回転面が正対している場合、風車後流は風向と同じ方向に伝搬し、風車後流領域（後流領域）が形成される。一方、図７の下図に示すように、風力発電装置２のロータ２４の回転面が風向に対して斜めに向いていた場合、風力発電装置２へ流入する風が、ロータ２４の回転面から受ける横方向の力により、風車後流は風向に対して斜めに伝搬し、風向に対し傾いた風車後流領域（後流領域）が形成される。

図８及び図９に、風上側に位置する風力発電装置２ａを構成するロータ２４の回転面の向きの制御の一例を示す。風上側に位置する風力発電装置２ａに対し、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置２ｃが存在しない場合、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御する。これに対し、図８の上図に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに対し、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合、図８の下図に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられるヨー角制御装置３３によりヨー角を制御することによって、ロータ２４の回転面の向きを変更する。これにより風車後流の伝搬方向が変更され、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃは、風車後流領域（後流領域）の外側に位置することとなり、風力発電装置２ｃに対し風車後流が流入することが回避され、風力発電装置２ｃを風力発電装置２ｄとして運転可能にする（以下、後流回避制御と称する）。このとき、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きと風向のずれ量が大きくなると、風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度が大きくなる。

そこで、図９の下図に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられるヨー角制御装置３３によりヨー角を制御することによって、ロータ２４の回転面の向きを変更する。これにより風車後流の伝搬方向が変更され、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃに対し、風車後流が全体的に流入することとなり、風力発電装置２ｃを風力発電装置２ｄとして運転可能にする（以下、後流中心制御と称する）。ここで、後流中心制御は、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃを構成するロータ２４の回転面全体が風車後流領域（後流領域）の内側に位置するよう制御する。なお、風車後流の中心とロータ２４の回転面の中心とが一致するよう、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが風車後流領域（後流領域）の中央に位置付けられるよう制御することが望ましい。

図２に、図１に示す風力発電装置２のタワー２０内に配される制御装置３１の機能ブロック図を示し、図３に、図２に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートを示す。以下に示す制御装置３１は、ウィンドファーム１内に設置される全ての風力発電装置（２ａ〜２ｄ）に備えられているが、後述する図３のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置２にて実行される。すなわち、上述の図５及び図６に示した、小規模なウィンドファーム１、大規模なウィンドファーム１内に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａにて実行される。

図２に示すように、制御装置３１は、計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ、出力Ｉ／Ｆ３１７ｂ、及び記憶部３１８を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、及びヨー角演算部３１６は、例えば、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、及びヨー角演算部３１６を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。

計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部３１８は、少なくとも、予め、ウィンドファーム１内における自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）の位置情報及自身のロータ２４の回転面の面積、ウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び当該他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）のロータ２４の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ２４の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ２４の回転面に正対したときの面積であり、タワー２０の面積も含むものとする。また、記憶部３１８には、自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）の現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ、及びロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角も格納されている。

風向演算部３１２は、計測値取得部３１１により処理された風向データを、内部バス３１９を介して取得し、自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部３１２は、例えば、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）のみに基づいて風車後流領域（後流領域）を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域（後流領域）を演算する構成としても良い。

位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び当該他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）のロータ２４の回転面の面積、及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合、当該情報を位置判定部３１４は内部バス３１９を介して制御決定部３１５へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定において、他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）のみに基づき判定する構成としても良い。

制御決定部３１５は、位置判定部３１４より転送される風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの情報に基づき、当該風力発電装置２ｃの位置情報及びロータ２４の回転面の面積を記憶部３１８より読み出し、発電機２８（図１）の出力（風上側に位置する風力発電装置２ａの発電機出力）の低減を抑制し得る、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）のうち、何れか一方を選択する。
ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された後流回避制御又は後流中心制御に対応し、記憶部３１８より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの位置情報及びロータ２４の回転面の面積に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向きを求め、当該ロータ２４の回転面の向きに対応するヨー角制御指令を、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力する。

次に、制御装置３１の動作について説明する。図３は、図２に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。
図３に示すように、ステップＳ１０１では、計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部３１１は、内部バス３１９を介して風向演算部３１２へ処理後の風向データを転送する。

ステップＳ１０２では、風向演算部３１２は、転送される計測値取得部３１１により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
ステップＳ１０３では、風車後流演算部３１２は、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。

ステップＳ１０４では、位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合には、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、制御決定部３１５は、位置判定部３１４より転送される風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの情報に基づき、当該風力発電装置２ｃの位置情報及びロータ２４の回転面の面積を記憶部３１８より読み出し、発電機２８（図１）の出力（風上側に位置する風力発電装置２ａの発電機出力）の低減を抑制し得る、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）のうち、何れか一方を選択し、内部バス３１９を介してヨー角制御装置３３へ転送する。

ステップＳ１０６では、ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された後流回避制御又は後流中心制御に対応し、記憶部３１８より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの位置情報及びロータ２４の回転面の面積に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向きを求め、当該ロータ２４の回転面の向きに対応するヨー角制御指令を、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力し、処理を終了する。

なお、本実施例では、２基の風力発電装置から構成される小規模なウィンドファーム、及び３基以上の多数の風力発電装置が相互に所定の間隔にて離間しオフセット配置される大規模なウィンドファームを例に説明したが、これに限られるものでは無い。例えば、３基以上の多数の風力発電装置が相互に所定の間隔にて離間し、２次元マトリックス状に設置されるウィンドファームにおいても、同様に適用することが可能である。

以上の通り、本実施例によれば、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供することが可能となる。
具体的には、本実施例によれば、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きを制御することにより、風力発電装置２ｃのように、ロータ２４の回転面内に不均一な風が流入することを回避することが可能となり、ウィンドファームにおける風力発電装置の損傷度増加を抑え、信頼性向上に貢献することが可能となる。また、新たな構造を有する風力発電装置或はその部品を用意する必要がないため、導入が簡便である。また、他の風力発電装置との通信や、ウィンドファーム全体を監視する中央管理システムとの通信が不要なため、各風力発電装置それぞれを単独でウィンドファーム内に容易に導入することが可能となる。

図１０は、本発明の他の実施例に係る実施例２の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図１１は、図１０に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きと風向とのずれ量が小さくなるよう、制御装置が後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。

以下に示す制御装置３１ａは、ウィンドファーム１内に設置される全ての風力発電装置（２ａ〜２ｄ）に備えられているが、後述する図１１のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置２にて実行される。すなわち、上述の実施例１と同様に、図５及び図６に示した、小規模なウィンドファーム１、大規模なウィンドファーム１内に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａにて実行される。

図１０に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられる制御装置３１ａは、計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ、出力Ｉ／Ｆ３１７ｂ、及び記憶部３１８を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、及びヨー角演算部３１６は、例えば、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、及びヨー角演算部３１６を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。

ヨー角演算部３１６は、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）を夫々求め、内部バス３１９を介して制御部３１５へ転送する。なお、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）は、記憶部３１８より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの位置情報及びロータ２４の回転面の面積に基づき算出される。また、ヨー角演算部３１６は、後述する制御決定部３１５により選択された、後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）に対応する、風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向き（ヨー角）をヨー角制御指令として、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力する。

制御決定部３１５は、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。

次に、制御装置３１ａの動作について説明する。
図１１に示すように、ステップＳ２０１では、計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部３１１は、内部バス３１９を介して風向演算部３１２へ処理後の風向データを転送する。

ステップＳ２０２では、風向演算部３１２は、転送される計測値取得部３１１により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
ステップＳ２０３では、風車後流演算部３１２は、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。

ステップＳ２０４では、位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合には、ステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５では、ヨー角演算部３１６は、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）を夫々求め、内部バス３１９を介して制御部３１５へ転送する。
ステップＳ２０６では、制御決定部３１５は、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。

ステップＳ２０７では、ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された、後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）に対応する、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向き（ヨー角）をヨー角制御指令として、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力し、処理を終了する。

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向きと、風上側に位置する風力発電装置２ａに流入する風向のずれ量を小さくすることにより、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置２ｃだけでなく、風上側に位置する風力発電装置２ａにおける損傷度の増加を最小限に抑えることが可能となる。

図１２は、本発明の他の実施例に係る実施例３の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図１３は、図１２に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が、少なくとも風力発電装置の運転履歴を保持する運転実績保持部、及び損傷度演算部を有し、運転履歴に基づき損傷度演算部にて求められる風上側に位置する風力発電装置に蓄積された損傷度に基づき、後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。

以下に示す制御装置３１ｂは、ウィンドファーム１内に設置される全ての風力発電装置（２ａ〜２ｄ）に備えられているが、後述する図１１のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置２にて実行される。すなわち、上述の実施例１と同様に、図５及び図６に示した、小規模なウィンドファーム１、大規模なウィンドファーム１内に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａにて実行される。

図１２に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられる制御装置３１ｂは、計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ、出力Ｉ／Ｆ３１７ｂ、記憶部３１８、運転実績保持部３２０、及び損傷度演算部３２１を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び損傷度演算部３２１は、例えば、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び損傷度演算部３２１を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。

運転実績保持部３２０は、過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ２４の回転数、発電機２８の出力、及びヨー角を含む運転履歴を格納する。なお、運転実績保持部３２０に格納されるデータとして、上記運転履歴に加え、風況或は歪などの風力発電装置内で計測されたデータを含む構成とすることが好ましい。ここで、例えば、格納されるブレード２３の歪に関するデータは、ブレード２３の根元などに設置される歪センサ或は歪ゲージなどで計測される。なお、ブレード２３の根元などに設置される歪センサからの計測値に基づき、ブレード２３に付加される荷重が求められる。ブレード２３に付加される荷重の計算は、歪センサが設置されるブレード２３の根元に付加される荷重のみならず、ブレード２３の先端或はブレード２３の任意の位置において付加される荷重を、上記歪センサからの計測値に基づき推定される。

損傷度演算部３２１は、運転実績保持部３２０に格納される、風上側に位置する風力発電装置２ａによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ２４の回転数、発電機２８の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａに蓄積される損傷度を求める。損傷度演算部３２１は、求めた風上側に位置する風力発電装置２ａに蓄積される損傷度に基づき、風向演算部３１２により決定された風向とロータ２４の回転面の向きとのずれ量の許容値を演算し、求めた許容値を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。

制御決定部３１５は、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量と損傷度演算部３２１より転送される許容値とを比較し、ずれ量が小さい値を示し、且つ、許容値を下回る後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。

次に、制御装置３１ｂの動作について説明する。
図１３に示すように、ステップＳ３０１では、計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部３１１は、内部バス３１９を介して風向演算部３１２へ処理後の風向データを転送する。

ステップＳ３０２では、風向演算部３１２は、転送される計測値取得部３１１により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
ステップＳ３０３では、風車後流演算部３１２は、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。

ステップＳ３０４では、位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合には、ステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０５では、ヨー角演算部３１６は、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）を夫々求め、内部バス３１９を介して制御部３１５へ転送する。
ステップＳ３０６では、損傷度演算部３２１は、運転実績保持部３２０に格納される、風上側に位置する風力発電装置２ａによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ２４の回転数、発電機２８の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａに蓄積される損傷度を求める。そして、求めた風上側に位置する風力発電装置２ａに蓄積される損傷度に基づき、風向演算部３１２により決定された風向とロータ２４の回転面の向きとのずれ量の許容値を演算し、求めた許容値を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。

ステップＳ３０７では、制御決定部３１５は、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量と損傷度演算部３２１より転送される許容値とを比較し、ずれ量が小さい値を示し、且つ、許容値を下回る後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。

ステップＳ３０８では、ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された、後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）に対応する、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向き（ヨー角）をヨー角制御指令として、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力し、処理を終了する。

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、風上側に位置する風力発電装置２ａの信頼性を担保しつつ、周囲の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の損傷度の増加を回避することが可能となる。

図１４は、本発明の他の実施例に係る実施例４の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図１５は、図１４に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が、少なくとも風力発電装置の運転履歴を保持する運転実績保持部、損傷度演算部、及び通信Ｉ／Ｆを有し、運転履歴に基づき損傷度演算部にて求められる風上側に位置する風力発電装置に蓄積された損傷度及び通信Ｉ／Ｆを介して取得される他の風力発電装置の損傷度に基づき、後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。

以下に示す制御装置３１ｃは、ウィンドファーム１内に設置される全ての風力発電装置（２ａ〜２ｄ）に備えられているが、後述する図１５のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置２にて実行される。すなわち、上述の実施例１と同様に、図５及び図６に示した、小規模なウィンドファーム１、大規模なウィンドファーム１内に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａにて実行される。

図１４に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられる制御装置３１ｃは、計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ、出力Ｉ／Ｆ３１７ｂ、記憶部３１８、運転実績保持部３２０、損傷度演算部３２１、及び通信Ｉ／Ｆ３１７ｃを備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び損傷度演算部３２１は、例えば、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び損傷度演算部３２１を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。なお、通信Ｉ／Ｆ３１７ｃは、通信ネットワーク（有線か無線かを問わない）を介して他の風力発電装置の制御装置と相互に通信可能に構成されている。図１４に示す例では、風力発電装置２ｃの制御装置と接続される例を示しており、風上側に位置する風力発電装置２ａの制御装置３１ｃは、通信Ｉ／Ｆ３１７ｃを介して風力発電装置２ｃの損傷度を取得可能に構成されている。

損傷度演算部３２１は、運転実績保持部３２０に格納される、風上側に位置する風力発電装置２ａによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ２４の回転数、発電機２８の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａに蓄積される損傷度を求める。損傷度演算部３２１は、通信Ｉ／Ｆ３１７ｃを介して風力発電装置２ｃに蓄積される損傷度を取得し、求めた風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度及び取得された風力発電装置２ｃの損傷度を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。

制御決定部３１５は、損傷度演算部３２１より転送される風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度と取得された風力発電装置２ｃの損傷度とを比較する。比較の結果、風力発電装置２ｃの損傷度よりも風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）の損傷度が大きい場合には後流中心制御（図９）を選択する。一方、比較の結果、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）の損傷度よりも風力発電装置２ｃの損傷度が大きい場合には後流回避制御（図８）を選択する。これにより、蓄積された損傷度が小さい風力発電装置に負荷が集中するように、風上側に位置する風力発電装置２ａの制御方式（後流回避制御又は後流中心制御）を決定することが可能となる。制御決定部３１５は、選択した後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）の情報をヨー角演算部３１６へ内部バス３１９を介して転送する。

次に、制御装置３１ｃの動作について説明する。
図１５に示すように、ステップＳ４０１では、計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部３１１は、内部バス３１９を介して風向演算部３１２へ処理後の風向データを転送する。

ステップＳ４０２では、風向演算部３１２は、転送される計測値取得部３１１により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
ステップＳ４０３では、風車後流演算部３１２は、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。

ステップＳ４０４では、位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合には、ステップＳ４０５へ進む。

ステップＳ４０５では、ヨー角演算部３１６は、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）を夫々求め、内部バス３１９を介して制御部３１５へ転送する。
ステップＳ４０６では、損傷度演算部３２１は、運転実績保持部３２０に格納される、風上側に位置する風力発電装置２ａによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ２４の回転数、発電機２８の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）に蓄積される損傷度を求める。また、損傷度演算部３２１は、通信Ｉ／Ｆ３１７ｃを介して風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃに蓄積される損傷度を取得し、求めた風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度及び取得された風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの損傷度を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。

ステップＳ４０７では、制御決定部３１５は、損傷度演算部３２１より転送される風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度と取得された風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの損傷度とを比較する。比較の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの損傷度よりも風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）の損傷度が大きい場合には後流中心制御（図９）を選択する。一方、比較の結果、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）の損傷度よりも風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの損傷度が大きい場合には後流回避制御（図８）を選択する。制御決定部３１５は、選択した後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）の情報をヨー角演算部３１６へ内部バス３１９を介して転送する。

ステップＳ４０８では、ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された、後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）に対応する、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向き（ヨー角）をヨー角制御指令として、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力し、処理を終了する。

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、損傷度の蓄積が大きい風力発電装置を優先して保護することにより、ある特定の風力発電装置の損傷度が際立って大きくなることを回避し、ウィンドファーム全体での信頼性を向上することが可能となる。

図１６は、本発明の他の実施例に係る実施例５の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図１７は、図１６に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が需要予測部を備え、需要予測部による電力需要に応じて、風上側に位置する風力発電装置２ａの制御を調整するよう構成した点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。

以下に示す制御装置３１ｄは、ウィンドファーム１内に設置される全ての風力発電装置（２ａ〜２ｄ）に備えられているが、後述する図１７のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置２にて実行される。すなわち、上述の実施例１と同様に、図５及び図６に示した、小規模なウィンドファーム１、大規模なウィンドファーム１内に設置される、風上側に位置する風力発電装置２ａにて実行される。

図１６に示すように、風上側に位置する風力発電装置２ａに備えられる制御装置３１ｄは、計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ、出力Ｉ／Ｆ３１７ｂ、記憶部３１８、及び需要予測部３２２を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部３１１、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び需要予測部３２２は、例えば、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部３１２、風車後流演算部３１３、位置判定部３１４、制御決定部３１５、ヨー角演算部３１６、及び需要予測部３２２を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。

需要予測部３２２は、時間帯や季節から電力の需要を予測する。具体的には日中では需要が大きいと判断する一方で、夜間は需要が小さくなると判断する。需要予測部３２２は、予測した電力需要を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。
制御決定部３１５は、需要予測部３２２より転送される電力需要が大きい場合には、発電量を確保するため後流回避制御（図８）、又は通常運転、すなわち、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し運転を継続する通常運転継続の何れかを選択する。一方、需要予測部３２２より転送される電力需要が小さい場合には、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。すなわち、制御決定部３１５は、電力需要が大きい場合のみ、風上側に位置する風力発電装置２ａの損傷度の抑制よりも発電量の増加を優先させる。

次に、制御装置３１ｄの動作について説明する。
図１７に示すように、ステップＳ５０１では、計測値取得部３１１は、風向風速計３２により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部３１１は、内部バス３１９を介して風向演算部３１２へ処理後の風向データを転送する。

ステップＳ５０２では、風向演算部３１２は、転送される計測値取得部３１１により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置２ａ（自身）のロータ２４の回転面に流入する風向を決定する。
ステップＳ５０３では、風車後流演算部３１２は、風向演算部３１２により決定された風向、計測値取得部３１１により処理された風速データ、記憶部３１８に格納される現在のヨー角（ロータ２４の回転面の向きの情報）、及びブレード２３の形状データ並びにロータ２４の回転速度或はブレード２３のピッチ角に基づいて、風車後流領域（後流領域）を演算する。

ステップＳ５０４では、位置判定部３１４は、内部バス３１９を介して記憶部３１８にアクセスし、記憶部３１８より読み出されたウィンドファーム１内に設置される他の風力発電装置（２ｂ〜２ｄ）の位置情報及び風車後流演算部３１２により演算された風車後流領域（後流領域）に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置２ａは通常通り、ロータ２４の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置３３（図１）によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置２ｃが存在する場合には、ステップＳ５０５へ進む。

ステップＳ２０５では、ヨー角演算部３１６は、後流回避制御（図８）及び後流中心制御（図９）を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）を夫々求め、内部バス３１９を介して制御部３１５へ転送する。
ステップＳ５０６では、需要予測部３２２は、時間帯や季節から電力の需要を予測する。具体的には日中では需要が大きいと判断する一方で、夜間は需要が小さくなると判断する。需要予測部３２２は、予測した電力需要を制御決定部３１５へ内部バス３１９を介して転送する。

ステップＳ５０７では、制御決定部３１５は、需要予測部３２２より転送される電力需要が大きい場合には、発電量を確保するため後流回避制御（図８）又は通常運転の継続を選択する。一方、需要予測部３２２より転送される電力需要が小さい場合には、ヨー角演算部３１６により求められた、後流回避制御（図８）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御（図９）を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置２ａのロータ２４の回転面の向き（ヨー角）と風向演算部３１２により決定された自身（風上側に位置する風力発電装置２ａ）のロータ２４の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御（図８）又は後流中心制御（図９）を選択し、内部バス３１９を介してヨー角演算部３１６へ転送する。

ステップＳ５２０８では、ヨー角演算部３１６は、制御決定部３１５により選択された、後流回避制御（図８）、後流中心制御（図９）、又は通常運転の継続に対応する、風上側に位置する風力発電装置２ａにおけるロータ２４の回転面の向き（ヨー角）をヨー角制御指令として、出力Ｉ／Ｆを介してヨー角制御装置３３へ出力し、処理を終了する。

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、電力の需要に応じて制御の優先順位を変更することにより、必要時における安定した電力の供給と風力発電装置の損傷度の低減の両立が可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１・・・ウィンドファーム
２・・・風力発電装置
２ａ・・・風上側に位置する風力発電装置
２ｂ・・・風下側に位置する風力発電装置
２ｃ，２ｄ・・・風力発電装置
２０・・・タワー
２１・・・ナセル
２２・・・ハブ
２３・・・ブレード
２４・・・ロータ
２５・・・主軸
２７・・・増速機
２８・・・発電機
２９・・・メインフレーム
３０・・・電力変換器
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ・・・制御装置
３２・・・風向風速計
３３・・・ヨー角制御装置
３１１・・・計測値取得部
３１２・・・風向演算部
３１３・・・風車後流演算部
３１４・・・位置判定部
３１５・・・制御決定部
３１６・・・ヨー角演算部
３１７ａ・・・入力Ｉ／Ｆ
３１７ｂ・・・出力Ｉ／Ｆ
３１７ｃ・・・通信Ｉ／Ｆ
３１８・・・記憶部
３１９・・・内部バス
３２０・・・運転実績保持部
３２１・・・損傷度演算部
３２３・・・需要予測部

Claims

少なくとも風を受けて回転するロータと当該ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置を備える風力発電装置を、複数備えるウィンドファームであって、
風向データ及び風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する制御装置を備えることを特徴とするウィンドファーム。
請求項１に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、前記風下側に位置する風力発電装置が受ける荷重を低減するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とするウィンドファーム。
請求項１又は請求項２に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、前記風下側に位置する風力発電装置が前記風上側に位置する風力発電装置によって生成される後流領域の内側若しくは前記生成される後流領域の外側に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とするウィンドファーム。
請求項３に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、前記風下側に位置する風力発電装置が前記風上側に位置する風力発電装置によって生成される後流領域の中央に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とするウィンドファーム。
請求項４に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、
前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きである第１の向きを演算すると共に、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きである第２の向きを演算するヨー角演算部と、
前記第１の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第２の向きと前記風向データとのずれ量を算出し、当該算出されたずれ量が小さい前記第１の向き又は第２の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定する制御決定部と、を備えることを特徴とするウィンドファーム。
請求項５に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、
少なくとも、前記風上側に位置する風力発電装置の運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度を求めると共に、当該求めた損傷度に基づき前記第１の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第２の向きと前記風向データとのずれ量の許容値を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、前記算出されたずれ量が小さく、且つ、前記許容値を下回る、前記第１の向き又は第２の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。
請求項５に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、
少なくとも、前記風上側に位置する風力発電装置の運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、通信インタフェースを介して取得される前記風下側に位置する風力発電装置の損傷度よりも前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定し、前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度よりも前記風下側に位置する風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。
請求項５に記載のウィンドファームにおいて、
前記制御装置は、時間帯及び／又は季節に基づき電力の需要を予測する需要予測部を備え、
前記制御決定部は、前記需要予測部による電力需要が大きい場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう又は前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面が風向と正対するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定し、前記需要予測部による電力需要が小さい場合、前記算出されたずれ量が小さい前記第１の向き又は第２の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。
ウィンドファーム内に設置され得る風力発電装置であって、
少なくとも風を受けて回転するロータと、
前記ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置と、
風向データと前記ロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域と風下側に位置する他の風力発電装置の位置情報に基づき、前記ロータの回転面の向きを制御する制御装置と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項９に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、前記風下側に位置する他の風力発電装置が受ける荷重を低減するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする風力発電装置。
請求項９又は請求項１０に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、前記風下側に位置する他の風力発電装置が後流領域の内側若しくは後流領域の外側に位置するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする風力発電装置。
請求項１１に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、前記風下側に位置する他の風力発電装置が後流領域の中央に位置するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする風力発電装置。
請求項１２に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、
前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう、前記ロータの回転面の向きである第１の向きを演算すると共に、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう、前記ロータの回転面の向きである第２の向きを演算するヨー角演算部と、
前記第１の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第２の向きと前記風向データとのずれ量を算出し、当該算出されたずれ量が小さい前記第１の向き又は第２の向きとなるよう前記ロータの回転面の向きを決定する制御決定部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１３に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、
少なくとも運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき損傷度を求めると共に、当該求めた損傷度に基づき前記第１の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第２の向きと前記風向データとのずれ量の許容値を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、前記算出されたずれ量が小さく、且つ、前記許容値を下回る、前記第１の向き又は第２の向きとなるよう前記ロータの回転面の向きを決定することを特徴とする風力発電装置。
請求項１３に記載の風力発電装置において、
前記制御装置は、
少なくとも運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき損傷度を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、通信インタフェースを介して取得される前記風下側に位置する他の風力発電装置の損傷度よりも前記損傷度演算部により求めた損傷度が大きい場合、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう前記ロータの回転面の向きを決定し、前記損傷度演算部により求めた損傷度よりも前記風下側に位置する他の風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう前記ロータの回転面の向きを決定することを特徴とする風力発電装置。