JP2019094886A - Floating type offshore wind power generation device - Google Patents

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山本 幸生
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

To provide a floating type offshore wind power generation device capable of reducing influence on a floating body occurring due to waves.SOLUTION: A floating type offshore wind power generation device 1 comprises a wind power generation device 2 having: a rotor 5 having blades 4 rotating with wind; and a nacelle 6 housing a dynamo 7 for generating power using rotational energy of the rotor 5. The wind power generation device 2 is arranged on water, and installed in a floating body 14 to be moored. The floating type offshore wind power generation device comprises a control device 13 for inputting wave information from a wave information detection unit 9 installed in the floating body 14 or wind power generation device 2. The control device 13 outputs, based on the wave information from the wave information detection unit 9, a control command of the wind power generation device 2, and based on the control command, rotates the floating body 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、浮体式洋上風力発電装置に係り、特に波に対して浮体を回転させる浮体式洋上風力発電装置に関する。   The present invention relates to a floating offshore wind power generator, and more particularly to a floating offshore wind power generator that rotates a floating body against waves.

近年、環境保護の面から、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇等が問題視されている。そこで、化石燃料を使用せず、また、二酸化炭素の排出を抑えられる発電装置として、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した発電装置が注目を浴びている。
再生可能エネルギーを利用した発電装置の中では、太陽光発電装置が一般的であるが、日射によって直接的に出力が変化するため、出力変動が大きく、夜間は発電できない。それに対して風力発電装置は、風速や風向などの風況が安定した場所を選んで設置することで、昼夜を問わず比較的安定な発電が可能である。また、陸上よりも高風速で風況変化が少ない洋上に設置することも可能であるため、注目を集めている。
In recent years, from the aspect of environmental protection, global warming due to the emission of carbon dioxide, the exhaustion of fossil fuels, and the like are regarded as problems. Therefore, a power generation device using renewable energy obtained from nature such as wind power and solar light attracts attention as a power generation device that does not use fossil fuel and can suppress the emission of carbon dioxide.
Among power generation devices using renewable energy, a solar power generation device is generally used, but since the output directly changes due to solar radiation, the output fluctuation is large and power can not be generated at night. On the other hand, by selecting and installing a wind power generation apparatus in a place where wind conditions such as wind speed and wind direction are stable, relatively stable power generation is possible regardless of day and night. It is also attracting attention because it can be installed on the ocean with high wind speed and less change in wind conditions than on land.

洋上に風力発電装置を設置する場合、海底に固定した基礎構造物上に設置する着床式と、浮体を海底に係留してその上に設置する浮体式がある。着床式は水深が深くなると建設コストが増大するため、水深の深い場所が多い地域では浮体式が有望視されている。
浮体式の場合、常時波による影響を受けることになるが、浮体の構造によってはその影響が大きくなり、浮体や浮体に付設される構造物の破損や、風力発電装置の制御が不安定になる可能性がある。特に、セミサブ型などの波の方向によって波を受ける浮体の形状が異なる場合には、波の方向によっては波の影響を大きく受けてしまう。さらに、比較的水深の浅い場所にも設置可能なように、浮体の水平断面積を大きくして喫水を低減した場合には、その分浮体の波の受ける面が広くなり、波による影響が増大する。また、スパー(円筒)型浮体では、波の方向によって波を受ける浮体の形状は変化しないが、メンテナンス時に渡船から浮体に乗降するための桟橋等の、浮体に付設される構造物が存在する。波の方向によっては、浮体に付設される構造物が破損することが懸念されるため、波の方向を考慮する必要がある。
When installing a wind power generator on the ocean, there are a landing type that is installed on a foundation structure fixed to the seabed and a floating type that moors the floating body to the seabed and installs it on it. In the case of the landing type, the construction cost increases as the water depth increases, so the floating type is considered promising in areas with many deep water depths.
In the case of the floating type, it is always affected by waves, but depending on the structure of the floating body, the influence becomes large, and damage to the floating body or a structure attached to the floating body or control of the wind turbine becomes unstable. there is a possibility. In particular, in the case where the shape of the floating body that receives the waves is different depending on the direction of the waves, such as semi-sub type, depending on the direction of the waves, the influence of the waves is greatly influenced. Furthermore, if the draft is reduced by increasing the horizontal cross-sectional area of the floating body so that it can be installed in a relatively shallow water area, the surface of the floating body's waves will be wider, and the influence of the waves will increase Do. Further, in the spar (cylindrical) type floating body, the shape of the floating body receiving the waves does not change depending on the direction of the waves, but there is a structure attached to the floating body such as a pier for getting on and off the floating body from the ferry during maintenance. Depending on the direction of the waves, there is concern that the structure attached to the floating body may be broken, so it is necessary to consider the direction of the waves.

このような波の影響の問題に対処すべく、例えば、特許文献1に記載される技術が提案されている。特許文献1では、風により回転するロータを有した浮体式洋上風力発電施設において、ロータのブレードピッチを制御するブレードピッチ制御手段、及び浮体の運動を検出する浮体運動検出手段と、を備え、ブレードピッチ制御手段が浮体運動検出手段或いは浮体の周囲の海象状態を検出する海象検出手段の検出結果に基づいて、ロータのブレードピッチをフィードフォワード制御する浮体式洋上風力発電施設の制御装置が開示されている。   In order to cope with the problem of the influence of such waves, for example, the technology described in Patent Document 1 has been proposed. In Patent Document 1, a floating offshore wind power generation facility having a rotor that is rotated by wind is provided with blade pitch control means for controlling the blade pitch of the rotor and floating body motion detection means for detecting the motion of the floating body, A control device of a floating offshore wind power generation facility is disclosed, in which the pitch control means performs feedforward control of the blade pitch of the rotor based on the detection result of the floating body motion detecting means or the sea state detecting means detecting the sea state around the floating body. There is.

WO2013−065323号公報WO 2013-065323

しかしながら、特許文献1に記載される浮体式洋上風力発電施設の制御装置の構成では、波の方向や波高、周期などを検出してブレードピッチを制御することで、波によって発生する浮体振動を低減することは可能であるものの、浮体振動以外の波の影響自体を低減することは困難である。   However, in the configuration of the control device of the floating offshore wind power generation facility described in Patent Document 1, the floating body vibration generated by the waves is reduced by detecting the wave direction, wave height, period, etc. to control the blade pitch. Although it is possible, it is difficult to reduce the influence of waves other than the floating body vibration itself.

そこで、本発明は、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供する。   Therefore, the present invention provides a floating offshore wind power generator capable of reducing the influence on the floating body generated by waves.

上記課題を解決するため、本発明に係る浮体式洋上風力発電装置は、少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルとを有する風力発電装置を備え、前記風力発電装置が水上に配置され、且つ係留される浮体に設置されてなる浮体式洋上風力発電装置であって、前記浮体又は前記風力発電装置に設置される波情報検出部からの波情報を入力する制御装置を備え、前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記風力発電装置の制御指令を出力し、前記制御指令に基づき前記浮体を回転させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a floating offshore wind turbine according to the present invention comprises at least a rotor having a blade that rotates in response to wind and a nacelle housing a generator that generates electric power using the rotational energy of the rotor. A floating offshore wind turbine generator comprising a wind turbine generator having a wind turbine generator, the wind turbine generator disposed on water, and being installed on a moored body, wherein the wave installed on the float body or the wind turbine generator The control device is configured to input wave information from the information detection unit, and the control device outputs a control command for the wind turbine generator based on the wave information, and rotates the floating body based on the control command. I assume.

本発明によれば、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上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。
According to the present invention, it is possible to provide a floating offshore wind turbine that can reduce the influence on the floating body generated by waves.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the description of the embodiments below.

本発明の一実施例に係る実施例1の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a whole schematic block diagram of the floating offshore wind power generator of Example 1 which concerns on one Example of this invention. 図1に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control apparatus shown in FIG. 図1に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the wave information detection part shown in FIG. ナセル加速度センサ出力の周波数成分の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the frequency component of a nacelle acceleration sensor output. X軸波起因振動及びY軸波起因振動と波情報の関係の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the relationship between X axis wave origin vibration and Y axis wave origin vibration, and wave information. 比較例としての実施例1を適用しない場合及び実施例1を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the state of the wind power generator and the floating body seen from the upper surface in the case where Example 1 as a comparative example is not applied, and the case where Example 1 is applied. 独立ピッチ制御による浮体回転におけるアジマス角とピッチ角の関係の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the relationship of the azimuth angle and pitch angle in floating body rotation by independent pitch control. 本発明の他の実施例に係る実施例2の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。It is a whole schematic block diagram of the floating offshore wind power generator of Example 2 which concerns on the other Example of this invention. 図8に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the wave information detection part shown in FIG. 比較例としての実施例2を適用しない場合及び実施例2を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the state of the wind power generator and the floating body seen from the upper surface in the case where Example 2 as a comparative example is not applied, and the case where Example 2 is applied.

本明細書では、本発明の実施形態に係る浮体式洋上風力発電装置を構成す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一例に説明するが、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。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
In this specification, a downwind type wind power generator is described as an example of a wind power generation device constituting a floating offshore wind power generator according to an embodiment of the present invention, but the same applies to an upwind type wind power generation device as well. Applicable to
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例に係る実施例1の浮体式洋上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、浮体式洋上風力発電装置1は、多方向に延ばされた複数の係留索16によって洋上の所定位置に係留されている浮体14、及び浮体14上に設置される風力発電装置2より構成される。
風力発電装置2は、ロータが風下側になるダウンウィンド型であり、回転軸(図示せず)を有するハブ3、及び、ハブ3に取付けられた複数のブレード4とで構成される回転可能なロータ5を備えている。ロータ5は、図示しない回転軸を介してナセル6により回転可能に支持されており、ロータ5の回転力をナセル6内に収容される発電機7に伝達するよう構成されている。ブレード4が風を受けることでロータ5が回転し、ロータ5の回転力で発電機7を回転させて電力を発生させている。なお、ナセル6内には、図示しない回転軸に接続され回転速度を増速する増速機が設置されており、増速機により増速された回転速度で回転子を回転させて発電機が発電運転する。本実施例では、増速機を有する場合を一例として示すがこれに限られるものではない。例えば、増速機を有しないダイレクトドライブ方式としても良い。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a floating offshore wind turbine according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the floating offshore wind turbine generator 1 comprises a floating body 14 moored at a predetermined position on the ocean by a plurality of mooring cords 16 extended in multiple directions, and wind power installed on the floating body 14 It comprises the power generation device 2.
The wind turbine generator 2 is a downwind type in which the rotor is on the downwind side, and is rotatable including a hub 3 having a rotation shaft (not shown) and a plurality of blades 4 attached to the hub 3 A rotor 5 is provided. The rotor 5 is rotatably supported by the nacelle 6 via a rotating shaft (not shown), and is configured to transmit the rotational force of the rotor 5 to the generator 7 accommodated in the nacelle 6. When the blades 4 receive wind, the rotor 5 is rotated, and the generator 7 is rotated by the rotational force of the rotor 5 to generate electric power. In the nacelle 6 is installed a speed increasing machine connected to a rotating shaft (not shown) to increase the rotational speed, and the generator is rotated by rotating the rotor at the rotational speed accelerated by the speed increasing machine. Power generation operation. In the present embodiment, the case where there is a speed increasing gear is shown as an example, but it is not limited to this. For example, a direct drive system without a speed increasing device may be used.

ナセル6上には風向や風速を計測する風向風速センサ8が設置されており、ナセル6内には波の方向や浮体に対する波の影響を検出するする波情報検出部9が設置されている。また、発電機7内には、回転速度を検出するための回転速度センサ(図示せず)や、発電機7が出力する有効電力を計測する電力センサ(図示せず)なども設置されている。   A wind direction and speed sensor 8 for measuring the wind direction and the wind speed is provided on the nacelle 6, and a wave information detection unit 9 for detecting the direction of the wave and the influence of the wave on the floating body is provided in the nacelle 6. Further, in the generator 7, a rotational speed sensor (not shown) for detecting the rotational speed, a power sensor (not shown) for measuring the active power output by the generator 7, etc. are also installed. .

また、風力発電装置2は、個々のブレード4毎に、風に対するブレード4の角度(ピッチ角)を調整するピッチ角調整装置10を備えている。ピッチ角調整装置10がブレード4のピッチ角を変更することによりブレード4の受ける風力(風量)を調整して、風に対するロータ5の回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。   In addition, the wind turbine generator 2 includes, for each of the blades 4, a pitch angle adjustment device 10 that adjusts an angle (pitch angle) of the blades 4 with respect to the wind. The pitch angle adjustment device 10 is configured to adjust the wind power (air volume) received by the blade 4 by changing the pitch angle of the blade 4 to change the rotational energy of the rotor 5 with respect to the wind. Thereby, it is possible to control the rotational speed and the generated power in a wide wind speed region.

風力発電装置2は、ナセル6を回動可能に支持するタワー11を備える。ナセル6の向きはヨー角と称され、風力発電装置2は、このナセル6の向き、すなわち、ロータ5の回転面の向きを制御するヨー角調整装置12を備える。図1に示すように、ヨー角調整装置12は、ナセル6の底面とタワー11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。詳細後述する制御装置13より信号線を介して出力されるヨー角目標値(ヨー角制御指令と称する場合もある)に基づき、ヨー角調整装置12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6が回動する。   The wind turbine generator 2 includes a tower 11 that rotatably supports the nacelle 6. The direction of the nacelle 6 is referred to as a yaw angle, and the wind turbine generator 2 includes the yaw angle adjusting device 12 that controls the direction of the nacelle 6, that is, the direction of the rotation surface of the rotor 5. As shown in FIG. 1, the yaw angle adjustment device 12 is disposed between the bottom surface of the nacelle 6 and the tip of the tower 11 and is constituted of, for example, at least an actuator and a motor for driving the actuator. Based on a yaw angle target value (sometimes referred to as a yaw angle control command) output from the control device 13 described later via a signal line, the motor constituting the yaw angle adjustment device 12 is rotated and the actuator is displaced by a desired amount. By doing this, the nacelle 6 is pivoted to a desired yaw angle.

タワー11は、ハブ3、ナセル6、及びヨー角調整装置12を介してブレード4の荷重を支持するよう構成されており、浮体14上に設置されている。浮体14は、多方向に延ばされた複数の係留索16によって洋上の所定位置に係留されている。
また、風力発電装置2を構成する制御装置13は、回転速度(ロータ回転速度)に基づきピッチ角調整装置10を調整することで、風力発電装置2の発電電力やロータ5の回転速度を調整する。また、制御装置13はヨー角調整装置12を調整することで、ロータ5の風向に対する角度であるヨー角を調整し、風向が変化しても発電を継続することができる。
The tower 11 is configured to support the load of the blade 4 via the hub 3, the nacelle 6, and the yaw angle adjustment device 12, and is installed on the floating body 14. The floating body 14 is moored at a predetermined position on the ocean by a plurality of multidirectionally extended mooring lines 16.
Further, the control device 13 configuring the wind turbine 2 adjusts the generated power of the wind turbine 2 and the rotation speed of the rotor 5 by adjusting the pitch angle adjustment device 10 based on the rotation speed (rotor rotation speed). . Further, the control device 13 adjusts the yaw angle adjustment device 12 to adjust the yaw angle which is the angle with respect to the wind direction of the rotor 5, and can continue the power generation even if the wind direction changes.

図1では、制御装置13をナセル6及びタワー11の外部に設置するように図示しているが、制御装置13をナセル6またはタワー11の内部に配置しても良く、風力発電装置2の外部の例えば浮体14上或いは浮体14の内部に制御装置13を設置することも可能である。
本実施例における浮体14の形状は、直方体状を成しており、喫水を低減するために水平断面積が大きくなっている。従って、直方体状の浮体14の側面の面積(波を受ける面積)が大きくなる。そのため、波を受ける面が広くなり、波による影響を受けやすい。また、波の方向によって波を受ける浮体14の形状が異なるため、波の方向によっては波の影響を大きく受けてしまう。
浮体14の側面には、メンテナンス時に渡船から浮体14に乗降するための、浮体14に付設される構造物としての桟橋15が、海面付近に取り付けられている。浮体式洋上風力発電装置1においては、その構造は多様であるが、このような浮体14に付設される構造物としての桟橋15は浮体14のタイプにかかわらず必要であり、設置場所は海面付近となる。また、浮体14に付設される構造物としての桟橋15は、基本的に浮体14から突出した構造となるため、波の影響を強く受け、場合によっては破損する可能性がある。
図2は、図1に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、制御装置13は、浮体回転制御部101、ピッチ角制御部102、及びヨー角制御部103より構成される。浮体回転制御部101、ピッチ角制御部102、及びヨー角制御部103は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)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、浮体回転制御部101、ピッチ角制御部102、及びヨー角制御部103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。
Although FIG. 1 illustrates that the control device 13 is installed outside the nacelle 6 and the tower 11, the control device 13 may be disposed inside the nacelle 6 or the tower 11. For example, it is possible to install the control device 13 on the floating body 14 or inside the floating body 14.
The shape of the floating body 14 in the present embodiment is a rectangular solid, and the horizontal cross-sectional area is large in order to reduce the draft. Therefore, the area of the side surface of the rectangular parallelepiped floating body 14 (the area to receive the wave) is increased. Therefore, the surface which receives a wave becomes wide and it is easy to be influenced by a wave. Moreover, since the shape of the floating body 14 which receives a wave changes with directions of a wave, depending on the direction of a wave, it receives large influence of a wave.
On the side surface of the floating body 14, a pier 15 as a structure attached to the floating body 14 for getting on and off the floating body 14 from the ferry during maintenance is attached near the sea surface. In the floating offshore wind turbine 1, although the structure is various, the pier 15 as a structure attached to such a floating body 14 is necessary regardless of the type of the floating body 14, and the installation location is near the sea surface It becomes. Moreover, since the pier 15 as a structure attached to the floating body 14 basically has a structure protruding from the floating body 14, it is strongly affected by waves and may be broken in some cases.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the control device shown in FIG. As shown in FIG. 2, the control device 13 includes a floating body rotation control unit 101, a pitch angle control unit 102, and a yaw angle control unit 103. The floating body rotation control unit 101, the pitch angle control unit 102, and the yaw angle control unit 103 temporarily store, for example, a processor such as a central processing unit (CPU) not shown, a ROM for storing various programs, and data of operation processes. And a processor such as a CPU reads and executes various programs stored in the ROM, and stores the calculation result as the execution result in the RAM or the external storage device. Although the functional blocks are shown separately for ease of explanation, the floating body rotation control unit 101, the pitch angle control unit 102, and the yaw angle control unit 103 may be one computing unit, or The configuration may be such that desired functional blocks are integrated.

浮体回転制御部101は、波情報検出部9からの波情報及び風向風速センサ8からの風向を、信号線を介して入力する。ここで、波情報検出部9より入力される波情報には、浮体14に対する波の方向及び波の浮体14への影響量(波の影響力とも称される)が含まれている。浮体回転制御部101は、波情報検出部9より入力される波情報に含まれる波の浮体14への影響量(波の影響力)が所定の閾値を超える場合に、波の方向に対する浮体14の方向を、波の影響が低減する方向に回転させるようにピッチ角制御指令値或いはヨー角制御指令値を決定する。浮体回転制御部101は、決定したピッチ角制御指令値をピッチ角制御部102へ信号線を介して出力する。或は、浮体回転制御部101は、決定したヨー角制御指令値をヨー角制御部103へ信号線を介して出力する。
ヨー角を用いた方が浮体14を回転させやすいため、通常は、浮体回転制御部101がヨー角制御指令値をヨー角制御部103へ信号線を介して出力するが、風向の変動が大きくなる場合には、動作が不安定になる可能性がある。そこで、浮体回転制御部101は、入力された風向の変動が大きくなる場合、すなわち、風向の変動が所定の閾値を超える場合には、安定した動作が見込まれるピッチ角制御部102へ信号線を介して出力するように切替える。なお、浮体回転動作には応答性の遅れが生じるため、その応答性の遅れ分を考慮してピッチ角制御指令値及びヨー角制御指令値を算出する必要がある。
The floating body rotation control unit 101 receives the wave information from the wave information detection unit 9 and the wind direction from the wind direction and wind speed sensor 8 via a signal line. Here, the wave information input from the wave information detection unit 9 includes the direction of the wave with respect to the floating body 14 and the amount of influence of the wave on the floating body 14 (also referred to as the influence of the wave). The floating body rotation control unit 101 controls the floating body 14 with respect to the direction of the wave when the amount of influence on the floating body 14 of the wave included in the wave information input from the wave information detection unit 9 (the influence of the wave) exceeds a predetermined threshold The pitch angle control command value or the yaw angle control command value is determined so as to rotate in the direction in which the influence of waves is reduced. The floating body rotation control unit 101 outputs the determined pitch angle control command value to the pitch angle control unit 102 via a signal line. Alternatively, the floating body rotation control unit 101 outputs the determined yaw angle control command value to the yaw angle control unit 103 via the signal line.
The floating body rotation control unit 101 normally outputs the yaw angle control command value to the yaw angle control unit 103 through a signal line because the floating body 14 can be easily rotated by using the yaw angle, but the fluctuation of the wind direction is large. If this is the case, the operation may become unstable. Therefore, when the fluctuation of the input wind direction becomes large, that is, when the fluctuation of the wind direction exceeds a predetermined threshold value, the floating body rotation control unit 101 transmits the signal line to the pitch angle control unit 102 where stable operation is expected. Switch to output through. In addition, since a response delay occurs in the floating body rotational operation, it is necessary to calculate the pitch angle control command value and the yaw angle control command value in consideration of the response delay.

ピッチ角制御部102は、信号線を介して入力されるロータ回転速度に基づき、本来の機能である回転速度を一定に保つためのピッチ角を求める。そして、ピッチ角制御部102は、求めたピッチ角に浮体回転制御部101より入力されるピッチ角制御指令値を加算して、ピッチ角目標値(ピッチ角制御指令)としてピッチ角調整装置10へ信号線を介して出力する。なお、回転速度を一定に保つためのピッチ角は、複数のブレード4で同一の値であり、浮体回転制御部101からのピッチ角制御指令値は、詳細後述するようにブレード4の回転位置で値が変化するため、各ブレード4間で値が異なる独立ピッチ制御となる。   The pitch angle control unit 102 obtains a pitch angle for keeping the rotation speed, which is an original function, constant, based on the rotor rotation speed input through the signal line. Then, the pitch angle control unit 102 adds the pitch angle control command value input from the floating body rotation control unit 101 to the obtained pitch angle, and sends it to the pitch angle adjusting device 10 as a pitch angle target value (pitch angle control command). Output via the signal line. The pitch angle for keeping the rotational speed constant is the same value for the plurality of blades 4, and the pitch angle control command value from the floating body rotation control unit 101 is the rotational position of the blade 4 as described in detail later. Since the value changes, independent pitch control is performed with different values among the blades 4.

ヨー角制御部103は、風向風速センサ8より信号線を介して入力される風向に基づき、本来の風向にナセル6の方向を合わせるためのヨー角を求める。そして、ヨー角制御部103は、求めたヨー角に、浮体回転制御部101より入力されるヨー角制御指令値を加算して、ヨー角目標値(ヨー角制御指令)としてヨー角調整装置12へ信号線を介して出力する。   The yaw angle control unit 103 obtains a yaw angle for aligning the direction of the nacelle 6 with the original wind direction based on the wind direction input from the wind direction and speed sensor 8 through the signal line. Then, the yaw angle control unit 103 adds the yaw angle control command value input from the floating body rotation control unit 101 to the calculated yaw angle to obtain a yaw angle target value (yaw angle control command) as the yaw angle adjustment device 12. Output to the signal line.

以上のように、制御装置13は、浮体回転制御部101によって波の影響を低減するように浮体14を回転させるためのピッチ角制御指令値をピッチ角制御部102へ出力すると共にヨー角制御指令値をヨー角制御部103へ出力する。そして、ピッチ角制御部102では、本来の制御の目標値であるピッチ角に浮体回転制御部101からのピッチ角制御指令値分を加算したピッチ角目標値(ピッチ角制御指令)を出力する。また、ヨー角制御部103では、本来の制御の目標値であるヨー角に浮体回転制御部101からのヨー角制御指令値分を加算したヨー角目標値(ヨー角制御指令)を出力するよう構成されている。   As described above, the control device 13 outputs the pitch angle control command value for rotating the floating body 14 so as to reduce the influence of waves by the floating body rotation control unit 101 to the pitch angle control unit 102 and the yaw angle control command. The value is output to the yaw angle control unit 103. Then, the pitch angle control unit 102 outputs a pitch angle target value (pitch angle control command) obtained by adding the pitch angle control command value from the floating body rotation control unit 101 to the pitch angle that is the original control target value. Also, the yaw angle control unit 103 outputs a yaw angle target value (yaw angle control command) obtained by adding the yaw angle control command value from the floating body rotation control unit 101 to the yaw angle that is the original control target value. It is configured.

図3は、図1に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。図3に示すように、波情報検出部9は、ナセル加速度センサ104及び波情報算出部105より構成される。波情報算出部105は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)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。
波情報検出部9を構成するナセル加速度センサ104にて、直交するXYの2方向の振動を検出する。波情報検出部9を構成する波情報算出部105にて、ナセル加速度センサ104より入力されるXYの2方向の振動の検出値及び入力されるヨー角に基づき、浮体14に対する波の方向及び波の浮体14への影響量(波の影響力)を算出して、波情報として制御装置13へ信号線を介して出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the wave information detection unit shown in FIG. As shown in FIG. 3, the wave information detection unit 9 includes a nacelle acceleration sensor 104 and a wave information calculation unit 105. The wave information calculation unit 105 is realized by, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) not shown, a ROM storing various programs, a RAM temporarily storing data of calculation processes, and a storage device such as an external storage device. At the same time, a processor such as a CPU reads and executes various programs stored in the ROM, and stores the calculation result as the execution result in the RAM or an external storage device.
The nacelle acceleration sensor 104 constituting the wave information detection unit 9 detects vibrations in two orthogonal directions of XY. In the wave information calculation unit 105 constituting the wave information detection unit 9, the direction and wave direction of the wave relative to the floating body 14 based on the detection values of the XY two-way vibration input from the nacelle acceleration sensor 104 and the input yaw angle. Amount of influence on the floating body 14 (influence of waves) is calculated, and is output to the control device 13 via signal lines as wave information.

ナセル加速度センサ104は、直交するXYZの3軸の加速度が測定可能であり、ナセル6の水平面風向方向をX軸、水平面内で風向方向と直交する方向をY軸、垂直方向をZ軸として加速度信号を出力する。図3では説明の便宜上、ナセル加速度センサ104が、X軸加速度信号、Y軸加速度信号、及びZ軸加速度信号のうち、X軸加速度信号をX方向振動として波情報算出部105へ出力すると共にY軸加速度信号をY方向振動として波情報算出部105へ出力するよう図示している。
波情報算出部105は、ナセル加速度センサ104より入力されるX方向振動(X軸加速度信号)及びY方向振動(Y軸加速度信号)を各方向の振動データとして、そこから波起因の振動成分を抽出し、X方向成分(X軸波起因振動)とY方向成分(Y軸波起因振動)の比から波の方向を算出し、X方向成分(X軸波起因振動)とY方向成分(Y軸波起因振動)を合成した値から波の浮体14への影響量(波の影響力)を算出する。ただし、X方向成分(X軸波起因振動)及びY方向成分(Y軸波起因振動)から算出される波の方向は、ナセル6に対する方向となるため、浮体14に対するナセル6の角度であるヨー角を加算して、浮体14に対する角度に変換する。
The nacelle acceleration sensor 104 can measure acceleration in three orthogonal axes of X, Y, and Z, and the acceleration in the horizontal direction of the nacelle 6 is taken as the X axis, the direction orthogonal to the wind direction in the horizontal is taken as the Y axis, and the vertical direction is taken as the Z axis. Output a signal. In FIG. 3, for convenience of explanation, the nacelle acceleration sensor 104 outputs the X-axis acceleration signal as the X-direction vibration to the wave information calculation unit 105 among the X-axis acceleration signal, the Y-axis acceleration signal, and the Z-axis acceleration signal. The axis acceleration signal is illustrated as being output to the wave information calculation unit 105 as Y direction vibration.
The wave information calculation unit 105 uses the X-direction vibration (X-axis acceleration signal) and the Y-direction vibration (Y-axis acceleration signal) input from the nacelle acceleration sensor 104 as vibration data in each direction, from which vibration components caused by waves are The direction of the wave is calculated from the ratio of the X direction component (X axis wave induced vibration) and the Y direction component (Y axis wave induced vibration), and the X direction component (X axis wave induced vibration) and the Y direction component (Y The amount of influence of the wave on the floating body 14 (the influence of the wave) is calculated from the value obtained by combining the axial wave-induced vibration). However, since the direction of the wave calculated from the X direction component (X axis wave induced vibration) and the Y direction component (Y axis wave induced vibration) is the direction with respect to the nacelle 6, the yaw that is the angle of the nacelle 6 with respect to the floating body 14 The corners are added and converted to an angle with respect to the floating body 14.

次に、波情報算出部105による波起因の振動成分の抽出について説明する。
図4は、ナセル加速度センサ出力の周波数成分の一例を示す概略図である。図4の横軸は周波数であり、縦軸は各周波数での加速度振幅を示す。なお、図4は、X軸加速度信号及びY軸加速度信号のうち、X軸加速度信号について例示的に示したものであり、図4に示す周波数に対する加速度振幅との関係を示す波形には、風況によるナセル6の振動成分と波起因の振動成分が含まれている。図4に示すように、0.05Hz以下の大きなピークは浮体固有振動による共振であり、波による振動(波起因振動成分)は主に0.05Hz〜0.15Hzの範囲に発生している。よって、波情報算出部105は、例えば、0.05Hz〜0.15Hzの周波数帯域のみを通過させるバントパスフィルタを用いることで、容易に、X軸方向の波起因の振動成分を抽出することができる。なお、ここで、波起因の振動成分が、周波数が0.05Hz〜0.15Hzの範囲に発生することは、予め実績データに基づき確認されている。波情報算出部105は、抽出されたX軸方向の波起因の振動成分を積分することで、X軸波起因振動を算出する。同様に、波情報算出部105は、0.05Hz〜0.15Hzの周波数帯域のみを抽出することで得られたY軸方向の波起因の振動成分を積分し、Y軸波起因振動を算出する。
Next, extraction of the vibration component caused by the wave by the wave information calculation unit 105 will be described.
FIG. 4 is a schematic view showing an example of frequency components of the nacelle acceleration sensor output. The horizontal axis in FIG. 4 is the frequency, and the vertical axis shows the acceleration amplitude at each frequency. Note that FIG. 4 exemplarily shows the X-axis acceleration signal among the X-axis acceleration signal and the Y-axis acceleration signal, and the waveform shown in FIG. 4 showing the relationship between the acceleration amplitude and the frequency is a wind. The vibrational component of the nacelle 6 and the vibrational component caused by waves are included depending on the situation. As shown in FIG. 4, a large peak of 0.05 Hz or less is a resonance due to the natural vibration of the floating body, and vibration due to waves (wave-induced vibration component) mainly occurs in the range of 0.05 Hz to 0.15 Hz. Therefore, the wave information calculation unit 105 can easily extract the vibration component caused by the wave in the X-axis direction by using, for example, a band pass filter that passes only the frequency band of 0.05 Hz to 0.15 Hz. it can. Here, it is confirmed in advance that vibration components caused by waves are generated in a frequency range of 0.05 Hz to 0.15 Hz based on actual data. The wave information calculation unit 105 calculates the X axis wave induced vibration by integrating the extracted vibration component caused by the wave in the X axis direction. Similarly, the wave information calculation unit 105 integrates the vibration component caused by the wave in the Y-axis direction obtained by extracting only the frequency band of 0.05 Hz to 0.15 Hz, and calculates the vibration caused by the Y axis wave. .

波情報算出部105による、波情報、すなわち、波の方向及び波の浮体14への影響量(波の影響力)を算出について説明する。
図5は、X軸波起因振動及びY軸波起因振動と波情報の関係の一例を示す概略図である。図4の横軸はX軸波起因振動であり、縦軸はY軸波起因振動を示す。波情報算出部105は、X軸波起因振動PxとY軸波起因振動Pyを合成することで波の影響力P(波の浮体14への影響量)を算出する。なお、波情報算出部105により算出された波の影響力P(波の浮体14への影響量)の値が所定の閾値Pthを超えた場合に、制御装置13は浮体14の回転動作を開始するよう、ピッチ角調整装置10及び/又はヨー角調整装置12を制御する。なお、ここで、所定の閾値Pthの設定は、浮体式洋上風力発電装置1の機差及び波の状況に依存することから、例えば、予め実績データに基づき浮体14の回転開始時におけるX軸波起因振動及びY軸波起因振動により閾値Pthが設定される。
The calculation of the wave information, that is, the direction of the wave and the amount of influence of the wave on the floating body 14 (the influence of the wave) by the wave information calculation unit 105 will be described.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the relationship between X-axis wave-induced vibration and Y-axis wave-induced vibration and wave information. The horizontal axis in FIG. 4 represents X-axis wave-induced vibration, and the vertical axis represents Y-axis wave-induced vibration. The wave information calculation unit 105 calculates the influence P of the wave (the amount of influence of the wave on the floating body 14) by combining the X axis wave induced vibration Px and the Y axis wave induced vibration Py. When the value of the influence P (the amount of influence of the wave on the floating body 14) of the wave calculated by the wave information calculation unit 105 exceeds the predetermined threshold Pth, the control device 13 starts the rotation operation of the floating body 14 To control the pitch angle adjustment device 10 and / or the yaw angle adjustment device 12. Here, since the setting of the predetermined threshold value Pth depends on the machine difference and the wave condition of the floating offshore wind power generator 1, for example, the X axis wave at the start of rotation of the floating body 14 based on the performance data in advance. The threshold Pth is set by the induced vibration and the Y-axis wave induced vibration.

また、図5に示すように、X軸波起因振動PxとY軸波起因振動Pyのなす角が、波の方向θになる。ただし、X軸波起因振動Px及びY軸波起因振動Pyは、計算上どちらも正の値となるため、実際には0〜2πとなる波の方向θの値は、0〜π/2の範囲に変換される。一般的には風と波の方向が一致する場合が多いが、離れた場所からの波の影響がある場合には波と風の方向が一致しない場合もあるため、現在及び過去の風向、海象予報などに基づき実際の波の方向を確定し、必要に応じて波の方向θの値に、π/2、π若しくは3π/2を加算する。また、実際には浮体14の構造と波の方向の関係によって浮体14への波の当たり方が異なり、検出した波の方向θに誤差が発生する可能性があるが、事前の計算によって補正関数或いは補正テーブルを作成しておくことで、誤差を低減することが可能である。このように、実際に受ける波の影響から波の方向を算出することで検出精度を上げることができ、浮体14の回転範囲が狭い場合にも、より有効な方向へ回転させることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 5, the angle between the X-axis wave induced vibration Px and the Y-axis wave induced vibration Py is the wave direction θ. However, since both the X-axis wave-induced vibration Px and the Y-axis wave-induced vibration Py have positive values in calculation, the value of the direction θ of the wave which is actually 0 to 2π is 0 to π / 2 Converted to range. Generally, the direction of the wind and the wave are often the same, but when there is the influence of the wave from a distant place, the direction of the wave and the wind may not be the same, so the current and past wind direction and sea pattern The direction of the actual wave is determined based on the forecast, etc., and π / 2, π or 3π / 2 is added to the value of the direction θ of the wave as required. In addition, depending on the relationship between the structure of the floating body 14 and the direction of the waves, how the waves hit the floating body 14 may actually differ, and an error may occur in the direction θ of the detected wave. Alternatively, the error can be reduced by creating the correction table. As described above, the detection accuracy can be improved by calculating the direction of the wave from the influence of the wave actually received, and even when the rotation range of the floating body 14 is narrow, it can be rotated in a more effective direction. .

上述のように、波情報算出部105は、波の浮体14への影響量である波の影響力Pを算出すると共に、波の浮体14への影響量である波の影響力Pに基づき波の方向θを算出し、これらを波情報として制御装置13へ信号線を介して出力する(図3)。   As described above, the wave information calculation unit 105 calculates the influence P of the wave, which is the amount of influence of the wave on the floating body 14, and the wave based on the influence P of the wave, which is the amount of influence of the wave on the floating body 14. The direction θ is calculated, and these are output as wave information to the control device 13 via the signal line (FIG. 3).

図6は、比較例としての実施例1を適用しない場合及び実施例1を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。
図6の上図は比較例としての本実施例を適用しない場合の風力発電装置2及び浮体14の状態を示し、図6の下図は本実施例を適用した場合の風力発電装置2及び浮体14の状態を示している。
FIG. 6 is a schematic view showing an example of the state of the wind turbine and the floating body viewed from the top in the case where the first embodiment as a comparative example is not applied and in the case where the first embodiment is applied.
The upper diagram of FIG. 6 shows the state of the wind turbine 2 and the floating body 14 when the present embodiment as a comparative example is not applied, and the lower diagram of FIG. 6 shows the wind turbine 2 and the floating body 14 when the present embodiment is applied. Indicates the state of

図6の上図に示すように、比較例では、直方体状の浮体14の一つの側面に波が垂直に当たるため、その影響を大きく受けている状態である。それに対して図6の下図では、本実施例を適用することで、浮体14を回転させて、波が直方体状の浮体14の角に入るようにしており、波をサイドに逃がしてその影響を低減させている。実際には、ヨー回転によりブレード4を反時計回りに回転させることで、ブレード4に斜めから風を入力するようにし、その際に発生する回転モーメントで風力発電装置2に時計回り方向への力を発生させて、風力発電装置2と一体になった浮体14も時計回り方向へ回転させるようにしている。   As shown in the upper drawing of FIG. 6, in the comparative example, since the wave vertically strikes one side surface of the rectangular parallelepiped floating body 14, the influence is largely received. On the other hand, in the lower part of FIG. 6, by applying the present embodiment, the floating body 14 is rotated so that the waves enter the corners of the rectangular solid floating body 14, and the waves are released to the side and the effect thereof is It is reduced. In fact, by turning the blade 4 counterclockwise by yaw rotation, the wind is obliquely input to the blade 4 and the force generated in the clockwise direction on the wind turbine 2 by the rotational moment generated at that time. The floating body 14 integrated with the wind power generator 2 is also rotated clockwise.

図7は、独立ピッチ制御による浮体回転におけるアジマス角とピッチ角の関係の一例を示す概略図である。図7の横軸はブレード4が頂上にある場合のアジマス角を0とした場合におけるアジマス角(ブレード4の回転位置)であり、縦軸はピッチ角を示す。ピッチ角による浮体14の回転では、制御装置13を構成するピッチ角制御部102(図2)が、複数のブレード4を個々に制御するよう、ぞれぞれのピッチ角調整装置10へ異なるピッチ角目標値(ピッチ角制御指令)を出力することで、独立ピッチ制御を実行している。具体的には、制御装置13を構成するピッチ角制御部102は、個々のブレード4に対してアジマス角に応じてピッチ角を増減するよう、ぞれぞれのピッチ角調整装置10へ異なるピッチ角目標値(ピッチ角制御指令)を出力し、ブレード4で受ける風力のアンバランスによる回転モーメントを発生させている。実際には、図7に示すように、アジマス角が0〜πとなる右半面ではピッチ角をフェザー(風を逃がす)側にしてブレード4の受ける風力を下げ、アジマス角がπ〜2πとなる左半面ではピッチ角をファイン(風を受ける)側にしてブレード4の受ける風力を上げるようにしている。個々のブレード4のピッチ角をこのように独立制御することによって、右半面と左半面の受ける風力に差を発生させることができ、この風力の差によって回転モーメントを発生させて、浮体14を回転させる。   FIG. 7 is a schematic view showing an example of the relationship between azimuth angle and pitch angle in floating body rotation by independent pitch control. The horizontal axis in FIG. 7 is the azimuth angle (rotational position of the blade 4) when the azimuth angle when the blade 4 is at the top is 0, and the vertical axis is the pitch angle. In the rotation of the floating body 14 according to the pitch angle, the pitch angle control unit 102 (FIG. 2) constituting the control device 13 controls the plurality of blades 4 individually, so that different pitches are sent to the respective pitch angle adjusting devices 10 Independent pitch control is performed by outputting an angular target value (pitch angle control command). Specifically, the pitch angle control unit 102 of the control device 13 changes the pitches to the respective pitch angle adjusting devices 10 so as to increase or decrease the pitch angle according to the azimuth angle with respect to each blade 4. An angular target value (pitch angle control command) is output to generate a rotational moment due to the unbalance of the wind force received by the blade 4. In fact, as shown in FIG. 7, in the right half face where the azimuth angle is 0 to π, the pitch angle is on the feather side (wind is released) side, the wind force received by the blade 4 is lowered, and the azimuth angle is π to 2π. In the left half, the pitch angle is made fine (wind receiving) to increase the wind force received by the blade 4. By independently controlling the pitch angles of the individual blades 4 in this manner, it is possible to generate a difference between the wind forces received on the right and left planes, and the wind force difference generates a rotational moment to rotate the floating body 14. Let

なお、本実施例では、風向の変動が所定の閾値を超える場合には、制御装置13を構成する浮体回転制御部101がピッチ角制御部102へピッチ角制御指令値を出力するように切替える構成としているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、制御装置13を構成する浮体回転制御部101がヨー角制御部103へヨー角制御指令値を常時出力し、風向の変動が所定の閾値を超える場合にピッチ角制御部102へピッチ角制御指令値を追加で出力する構成としても良い。換言すれば、制御装置13は、ピッチ角調整装置10へピッチ角目標値であるピッチ角制御指令、及び/又はヨー角調整装置12へヨー角目標値であるヨー角制御指令を出力する構成としても良い。   In the present embodiment, when the fluctuation of the wind direction exceeds the predetermined threshold value, the floating body rotation control unit 101 of the control device 13 is switched to output the pitch angle control command value to the pitch angle control unit 102. However, it is not necessarily limited to this. For example, when the floating body rotation control unit 101 constituting the control device 13 constantly outputs the yaw angle control command value to the yaw angle control unit 103 and the fluctuation of the wind direction exceeds a predetermined threshold, the pitch angle control unit 102 controls the pitch angle. The command value may be additionally output. In other words, the control device 13 outputs the pitch angle control command, which is the pitch angle target value, to the pitch angle adjustment device 10 and / or the yaw angle control command, which is the yaw angle target value, to the yaw angle adjustment device 12. Also good.

また、本実施例では、図5で検出される0〜π/2の範囲の波の方向θを、実際の波の方向である0〜2πに変換するために、現在及び過去の風向、海象予報などに基づき実際の波の方向を確定しているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、撮像装置で海面の動きを解析して波の進行方向を解析することも可能であり、複数方向に向けて指向性マイクを設置して、それらの測定音の大小関係から、波が浮体14に当たる際に発生する音の方向を検出して、実際の波の方向を推定するようにしても良い。   Further, in the present embodiment, the current and past wind directions and sea conditions are converted in order to convert the wave direction θ in the range of 0 to π / 2 detected in FIG. 5 into the actual wave direction of 0 to 2π. Although the direction of the actual wave is determined based on the forecast etc., it is not necessarily limited to this. For example, it is also possible to analyze the movement of the sea surface with an imaging device and analyze the traveling direction of the wave, install directional microphones in multiple directions and float the wave from the magnitude relationship of their measurement sounds. The direction of the sound generated when hitting 14 may be detected to estimate the actual direction of the wave.

以上の通り本実施例によれば、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a floating offshore wind turbine capable of reducing the influence on the floating body generated by waves.

また、本実施例によれば、ヨー制御及び独立ピッチ制御により浮体を回転させることから、特別に浮体を回転させる装置を不要とし、且つ、波によって発生する浮体への影響の低減効果を向上することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, since the floating body is rotated by yaw control and independent pitch control, a device for specially rotating the floating body is not necessary, and the effect of reducing the influence on the floating body generated by waves is improved. It becomes possible.

図8は、本発明の他の実施例に係る実施例2の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。本実施例では浮体をスパー(円筒)型とすると共に波情報検出部をタワー内に設置する構成とした点が実施例1と異なる。その他の構成は、上述の実施例1と同様であり、以下では、実施例1と同一の構成要素に同一符号を付し、実施例1と重複する説明を省略する。   FIG. 8 is a whole schematic block diagram of a floating offshore wind turbine generator according to a second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the floating body is of a spar (cylindrical) type and the wave information detection unit is installed in the tower. The other configuration is the same as that of the above-described first embodiment, and in the following, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description overlapping with the first embodiment is omitted.

図8に示すように、浮体式洋上風力発電装置1aは、多方向に延ばされた複数の係留索36によって洋上の所定位置に係留されているスパー(円筒)型の浮体34、及び浮体34上に設置される風力発電装置2aより構成される。
風力発電装置2aは、ロータが風下側になるダウンウィンド型であり、波情報検出部29がタワー10内に設置されている。円筒状の浮体34の外周面の所定の位置に、浮体34に付設される構造物としての桟橋35が取付けられている。また、浮体34は多方向に延ばされた複数の係留索36によって洋上の所定位置に係留されている。波情報検出部29からの波情報に基づき制御装置13が、ヨー角調整装置12及びピッチ角調整装置10を駆動して浮体34を回転させる点は、上述の実施例1と同様であるため説明を省略する。
As shown in FIG. 8, the floating offshore wind turbine 1a has a spar (cylindrical) floating body 34 and a floating body 34 moored in place on the ocean by a plurality of mooring cords 36 extended in multiple directions. It consists of a wind power generator 2a installed on top.
The wind turbine generator 2 a is a downwind type in which the rotor is on the downwind side, and the wave information detection unit 29 is installed in the tower 10. A pier 35 as a structure attached to the floating body 34 is attached at a predetermined position on the outer peripheral surface of the cylindrical floating body 34. Further, the floating body 34 is moored at a predetermined position on the ocean by a plurality of mooring cords 36 extended in multiple directions. The control device 13 drives the yaw angle adjustment device 12 and the pitch angle adjustment device 10 based on the wave information from the wave information detection unit 29 to rotate the floating body 34, as in the first embodiment described above. Omit.

図9は、図8に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。図9に示すように、波情報検出部29は、タワー変位センサ106及び波情報算出部107より構成される。波情報算出部107は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)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。
波情報検出部29を構成するタワー変位センサ106にて、直交するXYの2方向の振動を検出する。波情報検出部9を構成する波情報算出部107にて、タワー変位センサ106より入力されるXYの2方向の振動の検出値に基づき、浮体34に対する波の方向及び波の浮体34への影響量(波の影響力)を算出して、波情報として制御装置13へ信号線を介して出力する。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the wave information detection unit shown in FIG. As shown in FIG. 9, the wave information detection unit 29 includes a tower displacement sensor 106 and a wave information calculation unit 107. The wave information calculation unit 107 is realized by, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) not shown, a ROM storing various programs, a RAM temporarily storing data of calculation processes, and a storage device such as an external storage device. At the same time, a processor such as a CPU reads and executes various programs stored in the ROM, and stores the calculation result as the execution result in the RAM or an external storage device.
The tower displacement sensor 106 that constitutes the wave information detection unit 29 detects vibrations in two orthogonal XY directions. In the wave information calculation unit 107 constituting the wave information detection unit 9, the direction of the wave on the floating body 34 and the influence of the wave on the floating body 34 based on the detected values of the XY two-direction vibration input from the tower displacement sensor 106 The amount (the influence of the wave) is calculated and output to the control device 13 as wave information through the signal line.

タワー変位センサ106は、直行するXYZの3軸の変位が測定可能であり、ナセルの水平面風向方向をX軸、水平面内で風向方向と直交する方向をY軸、垂直方向をZ軸として変位信号を出力する。図9では説明の便宜上、タワー変位センサ106が、X軸変位信号、Y軸変位信号、及びZ軸変位信号のうち、X軸変位信号をX方向振動として波情報算出部107へ出力すると共にY軸変位信号をY方向振動として波情報算出部107へ出力するよう図示している。なお、タワー変位センサ106とし、例えば、ジャイロセンサなどが用いられる。
波情報算出部107は、タワー変位センサ106より入力されるX方向振動(X軸変位信号)及びY方向振動(Y軸変位信号)を各方向の振動データとして、そこから波起因の振動成分を抽出し、X方向成分(X軸波起因振動)とY方向成分(Y軸波起因振動)の比から波の方向を算出し、X方向成分(X軸波起因振動)とY方向成分(Y軸波起因振動)を合成した値から波の浮体34への影響量(波の影響力)を算出する。なお、本実施例においては、波情報検出部29はタワー11に設置されており、直接、浮体34に対する波の方向の検出が可能であるため、上述の実施例1のようなヨー角による波の方向の変換を行う必要はない。また、波起因振動のX方向成分(X軸波起因振動)とY方向成分(X軸波起因振動)から浮体34に対する波の方向及び波の浮体34への影響量(波の影響力)を算出する方法については、上述の実施例1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The tower displacement sensor 106 can measure displacement of three orthogonal axes of X, Y, and Z, and the displacement signal of the nacelle in the horizontal direction is the X axis, the direction orthogonal to the wind direction in the horizontal is the Y axis, and the vertical direction is the Z axis. Output In FIG. 9, for convenience of explanation, the tower displacement sensor 106 outputs an X-axis displacement signal as an X-direction vibration to the wave information calculation unit 107 among the X-axis displacement signal, the Y-axis displacement signal, and the Z-axis displacement signal. The axis displacement signal is illustrated as being output to the wave information calculation unit 107 as Y direction vibration. The tower displacement sensor 106 is, for example, a gyro sensor.
The wave information calculation unit 107 uses the X-direction vibration (X-axis displacement signal) and the Y-direction vibration (Y-axis displacement signal) input from the tower displacement sensor 106 as vibration data in each direction, from which the vibration component caused by the wave is The direction of the wave is calculated from the ratio of the X direction component (X axis wave induced vibration) and the Y direction component (Y axis wave induced vibration), and the X direction component (X axis wave induced vibration) and the Y direction component (Y The amount of influence of the wave on the floating body 34 (the influence of the wave) is calculated from the value obtained by combining the axial wave-induced vibration). In the present embodiment, the wave information detection unit 29 is installed in the tower 11 and can directly detect the direction of the wave with respect to the floating body 34. Therefore, the wave with the yaw angle as described in the first embodiment There is no need to make a change in direction. Also, from the X-direction component (X-axis wave-induced vibration) and Y-direction component (X-axis wave induced vibration) of the wave-induced vibration, the direction of the wave to the floating body 34 and the amount of influence of the wave on the floating body 34 (wave influence) The calculation method is the same as that of the first embodiment described above, and thus the description thereof is omitted here.

図10は、比較例としての実施例2を適用しない場合及び実施例2を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。
図10の上図は比較例としての本実施例を適用しない場合の風力発電装置2a及び浮体34の状態を示し、図6の下図は本実施例を適用した場合の風力発電装置2a及び浮体34の状態を示している。
FIG. 10 is a schematic view showing an example of the state of the wind turbine and the floating body viewed from the top in the case where the second embodiment as a comparative example is not applied and in the case where the second embodiment is applied.
The upper diagram of FIG. 10 shows the state of the wind turbine 2a and the floating body 34 when the present embodiment as a comparative example is not applied, and the lower diagram of FIG. 6 shows the wind turbine 2a and the floating body 34 when the present embodiment is applied. Indicates the state of

図10の上図に示すように、比較例では、浮体34の形状は円筒状であるため波の方向によってその影響は変化しないものの、浮体34に付設される構造物としての桟橋35が波を受ける側にあるため、その影響を受ける可能性がある。それに対して図10の下図)では、本実施例を適用することで、浮体34を回転させて、浮体34に付設される構造物としての桟橋35が浮体34の影に入るようにしており、すなわち、波を受ける浮体34の外周面と反対側の外周面に桟橋35が位置するようにしている。これにより、浮体34に付設される構造物としての桟橋35に対する波の影響を低減させることができる。   As shown in the upper drawing of FIG. 10, in the comparative example, the shape of the floating body 34 is cylindrical, so the influence does not change depending on the direction of the wave, but the pier 35 as a structure attached to the floating body 34 Because they are on the receiving side, they may be affected. On the other hand, in the lower part of FIG. 10, by applying the present embodiment, the floating body 34 is rotated so that the pier 35 as a structure attached to the floating body 34 falls in the shadow of the floating body 34 That is, the pier 35 is positioned on the outer peripheral surface opposite to the outer peripheral surface of the floating body 34 which receives the waves. Thereby, the influence of the wave with respect to the pier 35 as a structure attached to the floating body 34 can be reduced.

以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、浮体に付設される構造物としての桟橋に対する波の影響を低減することが可能となる。
また、本実施例では、波情報検出部がタワーに設置されており、直接、浮体に対する波の方向の検出が可能であるため、実施例1に比べて波情報検出部を構成する波情報算出部の演算負荷を低減することが可能となる。
As described above, according to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to reduce the influence of waves on the pier as a structure attached to the floating body.
Further, in the present embodiment, the wave information detection unit is installed in the tower, and the direct detection of the direction of the wave relative to the floating body is possible. It is possible to reduce the calculation load of the unit.

なお、上述の実施例1及び実施例2では、浮体の形状が、直方体或いはスパー(円筒)である場合を例とし説明したがこれらに限られるものではない。例えば、浮体の形状をセミサブ型などの複雑な浮体構造としても良い。さらに、波情報検出部がナセル内或いはタワー内に設置される構成としたがこれに限られるものではない。例えば、浮体などのそれ以外の場所に設ける構成としても良い。
また、上述の実施例1及び実施例2では、波起因振動の検出に、ナセル加速度センサにより測定される加速度或いはタワー変位センサにより計測される変位を用いる構成としているがこれに限られるものではない。振動を検出可能な信号であれば、例えば、ナセル速度センサ或いはタワー傾斜角センサを用いて波起因振動を検出する構成としても良い。
In addition, in the above-mentioned Example 1 and Example 2, although the case where the shape of a floating body is a rectangular parallelepiped or a spar (cylinder) was demonstrated to an example, it is not restricted to these. For example, the shape of the floating body may be a complex floating body structure such as a semi-sub type. Furthermore, although it was set as the structure by which a wave information detection part is installed in a nacelle or a tower, it is not restricted to this. For example, it is good also as composition provided in other places, such as a floating body.
Moreover, in the above-mentioned Example 1 and Example 2, although it is set as the structure which uses the displacement measured by the acceleration measured by a nacelle acceleration sensor or a tower displacement sensor for detection of wave-induced vibration, it is not restricted to this . As long as it is a signal that can detect vibration, for example, a nacelle velocity sensor or a tower tilt angle sensor may be used to detect wave-induced vibration.

また、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。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

1,1a…浮体式洋上風力発電装置
2,2a…風力発電装置
3…ハブ
4…ブレード
5…ロータ
6…ナセル
7…発電機
8…風向風速センサ
9,29…波情報検出部
10…ピッチ角調整装置
11…タワー
12…ヨー角調整装置
13…制御装置
14,34…浮体
15,35…桟橋
16,36…係留索
101…浮体回転制御部
102…ピッチ角制御部
103…ヨー角制御部
104…ナセル加速度センサ
105,107…波情報算出部
106…タワー変位センサ
1, 1a: floating offshore wind power generator 2, 2a: wind power generator 3: hub 4: blade 5: rotor 6: nacelle 7: generator 8: wind direction and wind speed sensor 9, 29: wave information detection unit 10: pitch angle Adjustment device 11 ... Tower 12 ... Yaw angle adjustment device 13 ... Control device 14, 34 ... Floating body 15, 35 ... Pier 16, 36 ... Mooring cord 101 ... Floating body rotation control section 102 ... Pitch angle control section 103 ... Yaw angle control section 104 ... nacelle acceleration sensor 105, 107 ... wave information calculation unit 106 ... tower displacement sensor

Claims (13)

少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置を備え、前記風力発電装置が水上に配置され、且つ係留される浮体に設置されてなる浮体式洋上風力発電装置であって、
前記浮体又は前記風力発電装置に設置される波情報検出部からの波情報を入力する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記風力発電装置の制御指令を出力し、
前記制御指令に基づき前記浮体を回転させることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
A wind power generator comprising at least a rotor having a blade that rotates in response to wind and a nacelle containing a generator that generates power using the rotational energy of the rotor, the wind power generator being disposed on water And a floating offshore wind power generator installed on a floating body to be moored,
A controller for inputting wave information from a wave information detection unit installed in the floating body or the wind turbine generator;
The control device outputs a control command of the wind turbine generator based on the wave information,
A floating offshore wind power generator characterized by rotating the floating body based on the control command.
請求項1に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報は、波の方向及び浮体へ波の影響量を含み、
前記制御装置は、前記浮体への波の影響量が所定の閾値を超える場合に、前記浮体への波の影響を低減する方向に前記浮体を回転するように前記風力発電装置の制御指令を決定することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 1,
The wave information includes the direction of the wave and the amount of influence of the wave on the floating body,
The control device determines a control command of the wind turbine to rotate the floating body in a direction to reduce the influence of waves on the floating body when the amount of influence of waves on the floating body exceeds a predetermined threshold. A floating offshore wind power generator characterized by
請求項1に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ角調整装置及び前記ロータの風向に対する角度を調節するヨー角調整装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令及び/又は前記ヨー角調整装置へヨー角制御指令を出力し、ピッチ角制御指令及び/又は前記ヨー角制御指令に基づき、前記浮体の回転を制御することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 1,
The wind power generator includes a pitch angle adjusting device that adjusts a pitch angle of the blades, and a yaw angle adjusting device that adjusts an angle of the rotor with respect to the wind direction.
The control device outputs a pitch angle control instruction to the pitch angle adjustment device and / or a yaw angle control instruction to the yaw angle adjustment device based on the wave information, and a pitch angle control instruction and / or the yaw angle control instruction. A floating offshore wind turbine generator, comprising controlling rotation of the floating body based on the above.
請求項2に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ角調整装置及び前記ロータの風向に対する角度を調節するヨー角調整装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に含まれる波の方向及び浮体へ波の影響量に基づき、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令及び/又は前記ヨー角調整装置へヨー角制御指令を出力し、ピッチ角制御指令及び/又は前記ヨー角制御指令に基づき、前記浮体の回転を制御することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine according to claim 2, wherein
The wind power generator includes a pitch angle adjusting device that adjusts a pitch angle of the blades, and a yaw angle adjusting device that adjusts an angle of the rotor with respect to the wind direction.
The control device outputs a pitch angle control instruction to the pitch angle adjustment device and / or a yaw angle control instruction to the yaw angle adjustment device based on the direction of the wave included in the wave information and the influence amount of the wave on the floating body. A floating offshore wind power generator, comprising controlling rotation of the floating body based on a pitch angle control command and / or the yaw angle control command.
請求項3に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記ナセル上に設置され、風向を含む風況を測定する風況測定部を備え、
前記制御装置は、前記風況測定部より入力される風向の変動が所定の閾値を超える場合にのみ、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令を出力することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 3,
It has a wind condition measurement unit installed on the nacelle and measuring wind conditions including the wind direction,
The control apparatus outputs a pitch angle control command to the pitch angle adjusting device only when the fluctuation of the wind direction input from the wind condition measuring unit exceeds a predetermined threshold value. apparatus.
請求項4に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記ナセル上に設置され、風向を含む風況を測定する風況測定部を備え、
前記制御装置は、前記風況測定部より入力される風向の変動が所定の閾値を超える場合にのみ、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令を出力することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 4,
It has a wind condition measurement unit installed on the nacelle and measuring wind conditions including the wind direction,
The control apparatus outputs a pitch angle control command to the pitch angle adjusting device only when the fluctuation of the wind direction input from the wind condition measuring unit exceeds a predetermined threshold value. apparatus.
請求項5に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報検出部は、
相互に直交する異なる方向の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動から、各方向における波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分に基づき前記波情報として波の方向及び浮体への波の影響量を算出して前記制御装置へ出力する波情報算出部と、を備えることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 5,
The wave information detection unit
A vibration detection unit that detects vibrations in different directions orthogonal to each other;
The vibration component of the wave origin in each direction is extracted from the vibration in different directions orthogonal to each other detected by the vibration detection unit, and the direction of the wave as the wave information based on the vibration component of the wave origin in each extracted direction And a wave information calculation unit that calculates an amount of influence of waves on the floating body and outputs the calculated amount to the control device.
請求項6に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報検出部は、
相互に直交する異なる方向の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動から、各方向における波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分に基づき前記波の方向及び浮体への波の影響量を算出して前記制御装置へ出力する波情報算出部と、を備えることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
In the floating offshore wind power generator according to claim 6,
The wave information detection unit
A vibration detection unit that detects vibrations in different directions orthogonal to each other;
From the vibration in different directions orthogonal to each other detected by the vibration detection unit, the vibration component caused by the wave in each direction is extracted, and based on the vibration component caused by the wave in each direction extracted, the direction of the wave and the floating body And a wave information calculating unit that calculates the amount of influence of waves and outputs the calculated amount to the control device.
請求項7又は請求項8に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報算出部は、前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動のうち、0.05Hz〜0.15Hzの周波数帯域の振動を前記各方向における波起因の振動成分として抽出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine generator according to claim 7 or 8, wherein
The wave information calculation unit extracts vibration of a frequency band of 0.05 Hz to 0.15 Hz among vibration in different directions orthogonal to each other detected by the vibration detection unit as vibration component caused by wave in each direction. A floating offshore wind power generator characterized by
請求項7又は請求項8に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記振動検出部は、ナセル内に設置されるナセル加速度センサ又はナセル速度センサであって、
前記波情報算出部は、前記ナセル加速度センサ又はナセル速度センサにより検出された各方向における加速度信号又は速度信号から、波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分を合成し、合成した値に前記ロータの風向に対する角度であるヨー角を加算し前記波の方向を算出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine generator according to claim 7 or 8, wherein
The vibration detection unit is a nacelle acceleration sensor or a nacelle speed sensor installed in the nacelle,
The wave information calculation unit extracts a vibration component caused by a wave from an acceleration signal or a velocity signal in each direction detected by the nacelle acceleration sensor or the nacelle velocity sensor, and extracts the vibration component caused by the wave in each direction extracted. A floating offshore wind power generator characterized in that the direction of the wave is calculated by adding a yaw angle which is an angle with respect to the wind direction of the rotor to a combined and combined value.
請求項7又は請求項8に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記振動検出部は、前記ナセルを回動可能に支持するタワー内に設置されるタワー変位センサ又はタワー傾斜角センサであって、
前記波情報算出部は、前記タワー変位センサ又はタワー傾斜角センサにより検出された各方向における変位信号又は傾斜角信号から、波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分を合成し前記波の方向を算出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine generator according to claim 7 or 8, wherein
The vibration detection unit is a tower displacement sensor or a tower tilt angle sensor installed in a tower that rotatably supports the nacelle,
The wave information calculation unit extracts vibration components caused by waves from displacement signals or tilt angle signals in each direction detected by the tower displacement sensor or tower tilt angle sensor, and the vibration caused by waves in each direction extracted A floating offshore wind power generator characterized by synthesizing components and calculating the direction of the wave.
請求項7又は請求項8に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、複数のブレード及びブレード毎に設置されるピッチ角調整装置を備え、
前記制御装置は、各ピッチ角調整装置へ異なるピッチ角制御指令を出力すると共に、前記ピッチ角制御指令はアジマス角に応じて決定されることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine generator according to claim 7 or 8, wherein
The wind power generator comprises a plurality of blades and a pitch angle adjustment device installed for each blade,
A floating offshore wind power generator characterized in that the control device outputs different pitch angle control commands to each pitch angle adjusting device, and the pitch angle control command is determined according to an azimuth angle.
請求項7又は請求項8に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記浮体への波の影響量は、前記浮体に付設される構造物への影響を含むことを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
The floating offshore wind turbine generator according to claim 7 or 8, wherein
A floating offshore wind power generator characterized in that the amount of influence of waves on the floating body includes the effect on a structure attached to the floating body.
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