JP2020193605A - Method for measuring wind state for wind power generation device and wind power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置の構成とその制御に係り、特に、風力発電装置に流入する風向を計測する風況計測方法に関する。 The present invention relates to the configuration and control of the wind power generation device, and more particularly to a wind condition measuring method for measuring the wind direction flowing into the wind power generation device.
風を受けて発電する風力発電装置の制御方法としては、風向が変化した場合、ヨー制御によって風力発電装置のロータ回転面が風向に対して正対するよう制御する方法が知られている。このヨー制御の高精度化には、風力発電装置のロータの回転軸方向と風向の偏差であるヨー誤差を正しく計測する必要がある。 As a control method for a wind power generation device that receives wind to generate power, a method is known in which when the wind direction changes, the rotor rotating surface of the wind power generation device is controlled to face the wind direction by yaw control. In order to improve the accuracy of this yaw control, it is necessary to correctly measure the yaw error, which is the deviation between the rotation axis direction and the wind direction of the rotor of the wind power generator.
ヨー誤差を計測する手法としては、風力発電装置に設置された風向計を用いるのが一般的である。しかしながら、風向計は風力発電装置に設置されるため、風力発電装置のナセル及びロータの影響を受けて変化した風向が計測され、計測精度が低下するという課題がある。 As a method for measuring the yaw error, an anemometer installed in a wind power generator is generally used. However, since the anemometer is installed in the wind power generation device, there is a problem that the changed wind direction is measured under the influence of the nacelle and the rotor of the wind power generation device, and the measurement accuracy is lowered.
このような課題に対応すべく、レーザー式風向風速計を用いて風力発電装置の影響を受けない風上側の風況を計測する方法や、風力発電装置の発電電力を用いる方法等が提案されている。 In order to deal with such problems, a method of measuring the wind condition on the wind side that is not affected by the wind power generator using a laser anemometer, a method of using the generated power of the wind power generator, etc. have been proposed. There is.
例えば、特許文献1では、風力発電機は、その風力発電機に取り付けられるか、またはその近傍に配置されるレーザ式風向風速計を備えている。レーザ式風向風速計を用い、風力発電機に向ってくる風の風向風速を事前に観測し、その観測結果に基づいて、風力発電機のヨー角・ピッチ角を予測制御し、風力発電機を含む風力発電システムの高効率化運転制御を行う。また、風力発電機に繋がれる出力平滑化装置を備えることで、風力発電機の予測出力値に基づいて出力平滑化装置の電力入出力量を予測制御し、風力発電システム全体の出力平滑化を図ることが記載されている。
For example, in
また、特許文献2では、データ蓄積部により、当該風力発電装置の運転時における発電出力P、風速計により測定された風速に基づき推定される流入風速Ws、並びに、風向計により測定された風向θwとナセルの方位との差である風向偏差のデータセットを逐次蓄積し、該蓄積データの統計解析を分析部により行って、各流入風速における発電出力の風向偏差に対する分布曲線を求め、該分布曲線がピークとなる風向偏差を風向計の補正値θdとし、流入風速毎の風向計の補正値を風向補正テーブルに記憶し、運転制御部により、風向計による風向Vwを流入風速Ws毎の風向計の補正値θdで補正し、該補正後の風向を制御パラメータとして使用して発電制御を行うことが記載されている。
Further, in
しかしながら、上記特許文献1の風力発電装置の風況計測方法では、風況計測にレーザー式風向風速計を用いているが、このレーザー式風向風速計は高価であり、運転中の全ての風力発電装置に設置するのは、コストの観点から難しい。
However, in the wind condition measurement method of the wind power generation device of
また、上記特許文献2の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置の発電出力をベースに評価しており、山岳地域等において吹上風や乱流強度の変化によって発電出力が変化した場合に計測精度が低下するという課題がある。
Further, in the wind condition measurement method of the wind power generation device of
そこで、本発明の目的は、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wind power generation device and a wind condition measurement method that can measure wind conditions with high accuracy without increasing the cost more than necessary and can be applied in various regions. is there.
上記課題を解決するために、本発明は、風向計により複数の風向データを取得し、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention acquires a plurality of wind direction data by an anemometer, and obtains a yaw error corresponding to the plurality of acquired wind direction data from a database in which the relationship between the wind direction data and the yaw error is stored in advance. It is characterized by reading.
また、本発明は、風向計と、前記風向計から複数の風向データを取得する計測値取得部と、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部と、前記計測値取得部により取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取るヨー誤差演算部と、を備え、前記ヨー誤差演算部により読み出したヨー誤差に基づきヨー角を制御することを特徴とする。 Further, the present invention is acquired by the wind direction meter, the measurement value acquisition unit that acquires a plurality of wind direction data from the wind direction meter, the storage unit that stores the relationship between the wind direction data and the yaw error in advance, and the measurement value acquisition unit. A yaw error calculation unit that reads yaw errors corresponding to a plurality of wind direction data from the storage unit is provided, and the yaw angle is controlled based on the yaw error read by the yaw error calculation unit.
本発明によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize highly accurate wind condition measurement without increasing the cost more than necessary, and to realize a wind power generation device and a wind condition measurement method applicable to various regions.
これにより、風力発電装置の発電量向上が図れる。 As a result, the amount of power generated by the wind power generation device can be improved.
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。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are designated by the same reference numerals, and the detailed description of overlapping portions will be omitted.
なお、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。 In this specification, as the wind power generation device according to the embodiment of the present invention, a downwind type wind power generation device will be described as an example, but the same can be applied to an upwind type wind power generation device. Further, an example in which the rotor is composed of three blades and a hub is shown, but the present invention is not limited to this, and the rotor may be composed of a hub and at least one blade. The wind power generation device according to the embodiment of the present invention can be installed at any place on the ocean, in a mountainous area, or in a plain area.
図1から図6を参照して、実施例1の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。図1は本実施例の風力発電装置を示す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、ハブ22を回転可能に支持するナセル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。
The wind power generation device and the wind condition measurement method of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing a wind power generation device of this embodiment. As shown in FIG. 1, the
ナセル21内には、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、及び増速機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。
Inside the
また、ブレード23のハブ22に対する設置の向きはピッチ角と称され、風力発電装置2は、このピッチ角、すなわち、ブレード23の向きを制御するピッチ角制御装置34を備える。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上に保持されており、発電機28はその動きを制御する発電機制御装置35を有する。
Further, the direction of installation of the
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内部には、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及び制御装置31はタワー20の底部に設置されているが、これらの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。
Further, the
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としては、例えば、制御盤又はSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)などが用いられる。
Further, an
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置され、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。
Further, the direction of the
図2は風力発電装置と風向の関係の例を示す模式図である。風力発電装置2の向きに相当するナセル方向51と風向53の間の偏差をヨー誤差55と呼ぶ。一般的に、ナセル方向51はヨー角制御装置33により、ヨー誤差55が小さくなるように制御される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the relationship between the wind power generator and the wind direction. The deviation between the
本発明では、このヨー誤差を計測する方法として、ナセル外部に設置された風向計を用いる。このとき使用する風向計は風見鶏効果に基づいた矢羽式風向計を用いても、超音波風向計を用いても良い。 In the present invention, an anemometer installed outside the nacelle is used as a method for measuring this yaw error. As the anemometer used at this time, an arrow vane type anemometer based on the weathercock effect may be used, or an ultrasonic anemometer may be used.
図3に本実施例における風向計の設置場所を示す。本実施例においては、ナセル上部に右側風向計32aと左側風向計32bが設置されている。このとき右側風向計32aと左側風向計32bは風向計が設置された位置における風向を計測し、ナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向と異なる計測結果を示す可能性がある。
FIG. 3 shows the installation location of the anemometer in this embodiment. In this embodiment, a
図4にヨー誤差が非常に小さい場合の風向と、図3の風向計位置における風向の関係図を示す。右側風向計32aによって計測された右側風向56aと左側風向計32bで計測された左側風向56bは風力発電装置のナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向53とは異なる計測結果を示す。具体的には、風に対してナセルやロータが風をせき止める抵抗体としての役割を果たすため、ナセルやロータを避けるような風の流れ場となる。
FIG. 4 shows the relationship between the wind direction when the yaw error is very small and the wind direction at the anemometer position in FIG. The
図5にヨー誤差が発生している場合の風向53と、図3の風向計位置における風向の関係図を示す。右側風向計32aによって計測された右側風向56aと左側風向計32bで計測された左側風向56bは図4の場合と同様に風力発電装置のナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向53とは異なる計測結果を示す。具体的には、右側風向56aはナセルの影響によりナセルに沿った風向となるのに対し、左側風向56bはロータを避けるため、より大きなヨー誤差を有する風向となる。
FIG. 5 shows a relationship diagram between the
図4及び図5に示す通り、風向53とナセル上の風向計で計測された風向56a、56bは異なる風向を示すと考えられる。そのため、風向計での計測結果から、正しい風向を算出してヨー誤差を導出する必要がある。なお、風向53とナセル上の風向計で計測された風向56a,56bの関係はナセル形状等によって変化するため、図4及び図5と異なる関係性となる場合もある。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図6に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測(観測)装置の機能ブロック図を示す。計測装置37は、記憶部311と計測値取得部313とヨー誤差演算部315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。
FIG. 6 shows a functional block diagram of a wind condition measuring (observation) device that executes the wind condition measuring method of this embodiment. The measuring
ヨー誤差演算部315は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサや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、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
The yaw
計測値取得部313は、右側風向計32a及び左側風向計32bにより計測された風向データを、入力I/F317a及び入力I/F317bと内部バス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。
The measured
記憶部311には、少なくとも、風力発電装置2におけるヨー誤差と右側風向計32aによって計測される右側風向56aと左側風向計32bによって計測される左側風向56bとの関係が予め格納されている。
At least, the relationship between the yaw error in the wind
ヨー誤差演算部315は、内部バス319を介して記憶部311にアクセスし、記憶部311から風力発電装置2に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力I/F318を通じてヨー角制御装置33に出力される。
The yaw
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風向計から複数の風向データを取得し、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース(記憶部311)から、取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取る。 As described above, in the wind condition measurement method of the wind power generator of the present embodiment, a plurality of wind direction data are acquired from the anemometer, and the relationship between the wind direction data and the yaw error is stored in advance from the database (storage unit 311). Read the yaw error corresponding to the acquired multiple wind direction data.
本実施例によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to measure the wind condition with high accuracy without increasing the cost more than necessary, and it is possible to provide a wind condition measurement method for a wind power generator that can be applied in various regions. It becomes.
具体的には、ナセル21の上部に設置された左右2つの風向計(右側風向計32a,左側風向計32b)の計測結果と記憶部311に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
Specifically, by using the measurement results of the two left and right anemometers (
また、本実施例の風力発電装置2は、風向計(32a,32b)と、風向計(32a,32b)から複数の風向データ(56a,56b)を取得する計測値取得部313と、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部311と、計測値取得部313により取得した複数の風向データ(56a,56b)に対応するヨー誤差を記憶部311から読み取るヨー誤差演算部315を備えており、ヨー誤差演算部315により読み出したヨー誤差に基づいてヨー角制御装置33を制御(補正)する。
Further, the wind
また、風向計(32a,32b)は、風力発電装置2のナセル21の外部に複数配置されている。
Further, a plurality of anemometers (32a, 32b) are arranged outside the
また、風向計(32a,32b)は、風力発電装置2のナセル21の上部において風向に対してナセル21の左右に少なくとも2台配置されており、かつ、ナセル21の上部から略同じ高さに配置されている。
Further, at least two anemometers (32a, 32b) are arranged on the left and right sides of the
これにより、ヨー角制御装置33による高精度なヨー角制御(補正)が可能となり、風力発電装置の発電量向上が図れる。
As a result, the yaw
図7から図10を参照して、実施例2の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1と重複する点については詳細な説明を省略する。 The wind power generation device and the wind condition measurement method of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10. A detailed description of the points overlapping with the first embodiment will be omitted.
本実施例における特徴としては、ナセル上に設置する風向計をナセル上面から異なる高さに設置する点にある。 A feature of this embodiment is that the anemometers installed on the nacelle are installed at different heights from the upper surface of the nacelle.
図7に本実施例における風向計の設置位置を示す。本実施例においては、ナセル上部に下側風向計32cと上側風向計32dが設置されている。このときナセル上に設置された下側風向計32cと上側風向計32dは風向計が設置された位置における風向を計測し、風力発電装置流入前の風向53と異なる計測結果を示すと考えられる。
FIG. 7 shows the installation position of the anemometer in this embodiment. In this embodiment, a
図8にヨー誤差が非常に小さい場合の風向53と、図7の風向計位置における風向の関係図を示す。下側風向計32cによって計測された下側風向56cと上側風向計32dで計測された上側風向56dはロータ24の左右中央(ナセル21の中央の延長線上)に位置するため、風力発電装置2のナセル21やロータ24の影響を受けた場合においても、風向は同程度となる場合が多い。
FIG. 8 shows the relationship between the
次に、図9にヨー誤差が発生している場合の風向53と、図7の風向計位置における風向の関係図を示す。下側風向計32cによって計測された下側風向56cと上側風向計32dで計測された上側風向56dは風力発電装置2のナセル21やロータ24の影響により風力発電装置流入前の風向53とは異なる計測結果を示す。
Next, FIG. 9 shows a relationship diagram of the
具体的には、下側風向56cはナセル21やロータ24の影響をより強く受けるため大きく曲がった風向となるのに対し、上側風向56dはナセル21やロータ24の影響が小さくなり、より風向53に近い風向となる。
Specifically, the
図8及び図9に示す通り、風向53とナセル上の風向計で計測された風向56c,56dは異なる風向を示すと考えられる。そのため、風向計での計測結果から、正しい風向を算出してヨー誤差を導出する必要がある。なお、風向53とナセル上の風向計で計測された風向56c,56dの関係はナセル形状等によって変化するため、図8及び図9と異なる関係性となる場合もある。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図10に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測(観測)装置の機能ブロック図を示す。計測装置37は、記憶部311と計測値取得部313とヨー誤差演算部315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。
FIG. 10 shows a functional block diagram of a wind condition measuring (observation) device that executes the wind condition measuring method of this embodiment. The measuring
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、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。 Although the explanation is divided into each functional block for easy understanding, a configuration in which a desired functional block is integrated may be used.
計測値取得部313は、下側風向計32c及び上側風向計32dにより計測された風向データを、入力I/F317c及び入力I/F317dと内部バス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。
The measured
記憶部311には、少なくとも、風力発電装置2におけるヨー誤差と下側風向計32cによって計測される下側風向56cと上側風向計32dによって計測される上側風向56dとの関係が予め格納されている。
At least, the yaw error in the
ヨー誤差演算部315は、内部バス319を介して記憶部311にアクセスし、記憶部311から風力発電装置2に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力I/F318を通じてヨー角制御装置33に出力される。
The yaw
以上説明したように、本実施例の風力発電装置2では、風向計(32c,32d)は、風力発電装置2のナセル21の上部において風向に対してナセル21の前後に少なくとも2台配置されており、かつ、風上側の風向計(32c)は風下側の風向計(32d)よりも低い位置に配置されている。
As described above, in the wind
本実施例によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to provide highly accurate wind condition measurement without increasing the cost more than necessary, and to provide a wind power generation device and a wind condition measurement method applicable to various regions. It becomes.
具体的には、ナセル21の上部に設置された上下2つの風向計(下側風向計32c,上側風向計32d)の計測結果と記憶部311に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。これにより、ヨー角制御装置33による高精度なヨー角制御(補正)が可能となり、風力発電装置の発電量向上が図れる。
Specifically, new measurement is performed by using the measurement results of the two upper and lower anemometers (
図11を参照して、実施例3の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1及び実施例2と重複する点については詳細な説明を省略する。 The wind power generation device and the wind condition measurement method of the third embodiment will be described with reference to FIG. A detailed description of the points that overlap with those of the first and second embodiments will be omitted.
本実施例における特徴としては、ナセル上に設置する単独(1台)の風向計から複数の風向データを取得する点にある。そのため、風向計の設置位置は図3及び図7に示した位置の内、いずれに設置しても良い。 The feature of this embodiment is that a plurality of wind direction data are acquired from a single (one) anemometer installed on the nacelle. Therefore, the anemometer may be installed at any of the positions shown in FIGS. 3 and 7.
図11に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測(観測)装置の機能ブロック図を示す。計測装置37は、記憶部311、保管部312、計測値取得部313及びヨー誤差演算部315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。
FIG. 11 shows a functional block diagram of a wind condition measuring (observation) device that executes the wind condition measuring method of this embodiment. The measuring
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、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。 Although the explanation is divided into each functional block for easy understanding, a configuration in which a desired functional block is integrated may be used.
計測値取得部313は、風向(風速)計32により計測された風向データを、入力I/F317と内部バス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。
The measured
得られた風向データは一度保管部312に保管される。このとき記憶部311は、少なくとも2つ以上の異なるタイムスタンプにおける風向データとデータ処理時におけるヨー誤差の関係が格納されている。
The obtained wind direction data is once stored in the
ヨー誤差演算部315は、内部バス319を介して記憶部311及び保管部312にアクセスし、記憶部311から風力発電装置2に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力I/F318を通じてヨー角制御装置33に出力される。
The yaw
以上説明したように、本実施例の風力発電装置2では、風向計32は、風力発電装置2のナセル21の外部に配置された単一の風向計32であり、時刻の異なる複数の風向データを取得する。
As described above, in the wind
本実施例によれば、1台の風向計32のみで、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。
According to this embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and a wind condition measurement method that can measure the wind condition with high accuracy and can be applied in various regions with only one
具体的には、1台の風向計32の複数の計測結果を保管部312に保存し、風向時間的(経時的)な変化に基づいて、記憶部311に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
Specifically, a plurality of measurement results of one
図12を参照して、実施例4の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1から実施例3と重複する点については詳細な説明を省略する。 The wind power generation device and the wind condition measurement method of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that detailed description of the points overlapping with Examples 1 to 3 will be omitted.
本実施例における特徴としては、複数の風向データに加えて風速データを取得する点にある。そのため、風向計32の設置位置は図3及び図7に示した位置の内、いずれに設置しても良い。また、風速計39の設置位置についても風力発電装置2のナセル周りであれば、どの地点に設置しても良い。
A feature of this embodiment is that wind speed data is acquired in addition to a plurality of wind direction data. Therefore, the
図12に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測(観測)装置の機能ブロック図を示す。計測装置37は、記憶部311、計測値取得部313及びヨー誤差演算部315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。
FIG. 12 shows a functional block diagram of a wind condition measuring (observation) device that executes the wind condition measuring method of this embodiment. The measuring
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、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。 Although the explanation is divided into each functional block for easy understanding, a configuration in which a desired functional block is integrated may be used.
計測値取得部313は、風向計32及び風速計39により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317及び入力I/F317eと内部バス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。
The measured
記憶部311には、少なくとも、風力発電装置2におけるヨー誤差と風向計32によって計測される風向と風速計39によって計測される風速との関係が予め格納されている。
At least, the relationship between the yaw error in the
ヨー誤差演算部315は、内部バス319を介して記憶部311にアクセスし、記憶部311から風力発電装置2に流入する風向及び風速に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力I/F318を通じてヨー角制御装置33に出力される。
The yaw
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風速計39から風速データを取得し、風速データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース(記憶部311)から、取得した風速データに対応するヨー誤差を読み取る。
As described above, in the wind condition measurement method of the wind power generator of this embodiment, the wind speed data is acquired from the
本実施例によれば、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and a wind condition measurement method that can measure wind conditions with high accuracy and can be applied in various regions.
風力発電装置2に設置された風向計32によって計測された風向が実際の風向53と異なる主要因としては、ナセルやロータいった構造体の影響が大きい。このとき、これらの構造体による流れ場の変化は、レイノルズ数といった流体の特徴量によって変化し、これらの特徴量は風速に対する関数となっている。そのため、風速を含めたデータを作成し記憶部に格納することにより、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
The main factor that the wind direction measured by the
図13を参照して、実施例5の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1から実施例4と重複する点については詳細な説明を省略する。 The wind power generation device and the wind condition measurement method of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that detailed description of the points overlapping with Examples 1 to 4 will be omitted.
本実施例における特徴としては、複数の風向データに加えて風力発電装置2の運転データを取得する点にある。そのため、風向計32の設置位置は図3及び図7に示した位置の内、いずれに設置しても良い。
The feature of this embodiment is that the operation data of the wind
図13に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測(観測)装置の機能ブロック図を示す。計測装置37は、記憶部311、計測値取得部313及びヨー誤差演算部315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。
FIG. 13 shows a functional block diagram of a wind condition measuring (observation) device that executes the wind condition measuring method of this embodiment. The measuring
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、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。 Although the explanation is divided into each functional block for easy understanding, a configuration in which a desired functional block is integrated may be used.
計測値取得部313は、風向計32により計測された風向データを入力I/F317と内部バス319を通じて取得するとともに、制御装置31から風力発電装置2の発電機トルクやロータ回転数などの運転状態に関する情報を取得する。
The measured
記憶部311には、少なくとも、風力発電装置2におけるヨー誤差と風向計32によって計測される風向と発電機トルクやロータ回転数、ピッチ角度の指令値といった風力発電装置2の運転状態との関係が予め格納されている。
The
ヨー誤差演算部315は、内部バス319を介して記憶部311にアクセスし、記憶部311から風力発電装置2に流入する風向及び風力発電装置2の運転状態に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力I/F318を通じてヨー角制御装置33に出力される。
The yaw
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置2の運転状態に関するデータを取得し、風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース(記憶部311)から、取得した風力発電装置2の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を読み取る。
As described above, in the wind condition measurement method of the wind power generation device of this embodiment, the data on the operating state of the wind
本実施例によれば、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and a wind condition measurement method that can measure wind conditions with high accuracy and can be applied in various regions.
風力発電装置2に設置された風向計32によって計測された風向が実際の風向53と異なる主要因としては、ナセルやロータいった構造体の影響が大きい。このとき、風力発電装置2のロータ24による影響は、風力発電装置2が風の運動エネルギーを回転エネルギーに変換した量によって変化するため、風力発電装置2の運転状態によってロータ24が風況に与える影響も変化する。
The main factor that the wind direction measured by the
このことから、ロータ回転数などの風力発電装置2の運転状態を記憶部311に格納することにより、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
Therefore, by storing the operating state of the wind
図14を参照して、実施例6の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1から実施例5と重複する点については詳細な説明を省略する。 The wind power generation device and the wind condition measurement method of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. A detailed description of the points that overlap with those of Examples 1 to 5 will be omitted.
本実施例は本発明における記憶部311の作成方法に関する。図14に記憶部311に格納するデータを作成する際の現地サイトの概略イメージを示す。
The present embodiment relates to the method of creating the
記憶部311に格納するデータを作成するには、風向計32で計測された結果に加えて、風力発電装置2に流入する風向53を正しく計測し、記憶部311に格納する必要がある。そこで、対象となる風力発電装置2の周辺(主風向風上側や主風向と垂直となる方向側)に風況計測(観測)装置500を設置し、計測した結果を風向53として記憶部に格納する。このとき、風況計測(観測)装置500としては、例えば風況観測塔に設置された風向計やドップラー法則に基づいた無線式の風況計測機器であるドップラーライダー(Doppler Lidar)等を用いてもよい。
In order to create the data to be stored in the
風況計測(観測)装置500の設置場所は、風力発電装置2に流入する風況と同じ風況が観測される場所であることが望ましいが、周辺地形や建造物の影響により、完全に等しい風況を計測できない場合も考えられる。この場合、風況計測(観測)装置500によって得られた結果を物理モデルもしくは数値解析等によって補正し、風向53として記憶部に格納してもよい。
It is desirable that the installation location of the wind condition measurement (observation)
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置2の周辺(近傍)に設置された風況計測(観測)装置500により計測した風向データに基づきデータベース(記憶部311)を作成(構成)する。
As described above, in the wind condition measurement method of the wind power generation device of this embodiment, a database (the wind direction data measured by the wind condition measurement (observation)
本実施例によれば、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供するための記憶部を作成することが可能となる。本実施例の方法を使用する利点としては、風力発電装置2を設置した現地サイトにおける風況特性を加味した記憶部を構築できる点にある。風況は風力発電装置周辺の地形や気候によって変化する。そのため、風向計測結果と風力発電装置2に流入する風向53の関係は、風力発電装置2の設置場所に応じて変化する可能性がある。従って、記憶部311に格納されるデータは風力発電装置2の設置場所の特徴を考慮したものであることが望ましい。
According to this embodiment, it is possible to create a storage unit for providing a wind condition measurement method for a wind power generator applicable in various regions. The advantage of using the method of this embodiment is that it is possible to construct a storage unit that takes into account the wind condition characteristics at the site where the wind
本実施例の方法であれば、風力発電装置を設置した場所の特性を含めた記憶部を作成し、より高精度のヨー誤差を推定することが可能となる。 According to the method of this embodiment, it is possible to create a storage unit including the characteristics of the place where the wind power generation device is installed and estimate the yaw error with higher accuracy.
実施例6に続き、同じく図14を参照して、実施例7の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例1から実施例6と重複する点については詳細な説明を省略する。 Following the sixth embodiment, the wind power generation device and the wind condition measurement method of the seventh embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that detailed description of the points overlapping with Examples 1 to 6 will be omitted.
本実施例は本発明における記憶部311の作成方法に係り、記憶部311に格納するデータをモデル試験や数値流体解析により事前に作成する点に特徴がある。
The present embodiment relates to the method of creating the
記憶部311の作成には風力発電装置2に流入し得る全てのヨー誤差条件において風向計測結果と風力発電装置2に流入する風向53の関係を計測する必要がある。そのため、実施例6に記載の方法の場合、記憶部311に格納すべきデータを全て取得するのに長期間の計測が必要になる可能性がある。
In order to create the
そこで、本実施例における風力発電装置の風況計測方法では、事前に風洞実験などのモデル試験や数値流体解析により記憶部311を作成する。
Therefore, in the wind condition measurement method of the wind power generation device in this embodiment, the
記憶部311の作成において、風洞実験を使用する場合、図14における風況計測(観測)装置500が不要となり、実験の設定条件として風向53を評価することが可能となる。
When the wind tunnel experiment is used in the creation of the
また、数値流体解析により記憶部311を作成する場合においても、解析における境界条件設定で風向53を評価することが可能となる。このため、記憶部311の作成者が人為的に条件を用意することが可能なため、記憶部311の作成時間を短縮することが可能となる。
Further, even when the
また、外乱の少ない理想的な条件で記憶部311に格納するデータを作成するため、各風況因子の効果をそれぞれ明確に評価することができる。
Further, since the data to be stored in the
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風向計32により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析によりデータベース(記憶部311)を作成(構成)する。
As described above, in the wind condition measurement method of the wind power generator of this embodiment, a database (storage unit 311) is created (configured) by a model test or numerical fluid analysis of the wind direction data measured by the
本実施例によれば、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供するための記憶部を作成することが可能となる。特に、本実施例に記載の方法であれば、本風況計測方法を短期間で準備し、実際の風力発電装置に適用することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to create a storage unit for providing a wind condition measurement method for a wind power generator applicable in various regions. In particular, according to the method described in this embodiment, it is possible to prepare this wind condition measurement method in a short period of time and apply it to an actual wind power generation device.
なお、本発明は上記した実施形態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形態は、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、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. It is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
2…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…制御装置
32…風向(風速)計
32a…右側風向計
32b…左側風向計
32c…下側風向計
32d…上側風向計
33…ヨー角制御装置
34…ピッチ角制御装置
35…発電機制御装置
37…計測装置
39…風速計
51…ナセル方向
53…風向
55…ヨー誤差
56a…右側風向
56b…左側風向
56c…下側風向
56d…上側風向
311…記憶部
312…保管部
313…計測値取得部
315…ヨー誤差演算部
317…入力I/F
317a…入力I/F
317b…入力I/F
317c…入力I/F
317d…入力I/F
317e…入力I/F
318…出力I/F
319…内部バス
500…風況計測(観測)装置
2 ...
317a ... Input I / F
317b ... Input I / F
317c ... Input I / F
317d ... Input I / F
317e ... Input I / F
318 ... Output I / F
319 ...
Claims (15)
風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 Obtain multiple wind direction data from the anemometer and
A method for measuring wind conditions of a wind power generator, which comprises reading the yaw error corresponding to a plurality of acquired wind direction data from a database in which the relationship between the wind direction data and the yaw error is stored in advance.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に複数配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
A method for measuring wind conditions in a wind power generation device, wherein a plurality of the anemometers are arranged outside the nacelle of the wind power generation device.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル上部において風向に対して前記ナセルの左右に少なくとも2台配置されており、かつ、前記ナセル上部から略同じ高さに配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
The anemometer is characterized in that at least two anemometers are arranged on the left and right sides of the nacelle with respect to the wind direction in the upper part of the nacelle of the wind power generator, and are arranged at substantially the same height from the upper part of the nacelle. Wind condition measurement method for wind power generators.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル上部において風向に対して前記ナセルの前後に少なくとも2台配置されており、かつ、風上側の風向計は風下側の風向計よりも低い位置に配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
At least two anemometers are arranged in front of and behind the nacelle with respect to the wind direction in the upper part of the nacelle of the wind power generator, and the anemometer on the wind side is arranged at a position lower than the anemometer on the leeward side. A method of measuring the wind condition of a wind power generator, which is characterized by the fact that it is used.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に配置された単一の風向計であり、時刻の異なる複数の風向データを取得することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
The anemometer is a single anemometer arranged outside the nacelle of the wind power generator, and is a method for measuring wind conditions of the wind power generator, characterized in that a plurality of wind direction data at different times are acquired.
風速計から風速データを取得し、
風速データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した風速データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
Obtain wind speed data from the anemometer and
A method for measuring wind conditions of a wind power generator, which comprises reading the yaw error corresponding to the acquired wind speed data from a database in which the relationship between the wind speed data and the yaw error is stored in advance.
前記風力発電装置の運転状態に関するデータを取得し、
風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した風力発電装置の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
Obtain data on the operating status of the wind power generator
Wind condition measurement of a wind turbine generator, which is characterized by reading the yaw error corresponding to the acquired data on the operating condition of the wind turbine generator from a database that stores the relationship between the data on the operating condition of the wind turbine generator and the yaw error in advance. Method.
前記風力発電装置の近傍に設置された風況計測装置により計測した風向データに基づき前記データベースを作成することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
A method for measuring wind conditions of a wind power generator, which comprises creating the database based on wind direction data measured by a wind condition measuring device installed in the vicinity of the wind power generator.
前記風向計により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析により前記データベースを作成することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。 The method for measuring wind conditions of a wind power generator according to claim 1.
A method for measuring wind conditions of a wind power generator, which comprises creating the database by a model test of wind direction data measured by the anemometer or numerical fluid analysis.
前記風向計から複数の風向データを取得する計測値取得部と、
風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部と、
前記計測値取得部により取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取るヨー誤差演算部と、を備え、
前記ヨー誤差演算部により読み出したヨー誤差に基づきヨー角を制御することを特徴とする風力発電装置。 Anemometer and
A measurement value acquisition unit that acquires a plurality of wind direction data from the anemometer,
A storage unit that stores the relationship between wind direction data and yaw error in advance,
A yaw error calculation unit that reads a yaw error corresponding to a plurality of wind direction data acquired by the measurement value acquisition unit from the storage unit is provided.
A wind power generator characterized in that the yaw angle is controlled based on the yaw error read by the yaw error calculation unit.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に複数配置されていることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 10.
A plurality of the anemometers are arranged outside the nacelle of the wind power generation device.
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に配置された単一の風向計であり、時刻の異なる複数の風向データを取得することを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 10.
The anemometer is a single anemometer arranged outside the nacelle of the wind power generator, and is a wind power generator characterized by acquiring a plurality of wind direction data at different times.
風速計をさらに備え、
前記記憶部は、風速データとヨー誤差の関係を予め記憶しており、
前記ヨー誤差演算部は、前記計測値取得部により取得した風速データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取ることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 10.
Equipped with an anemometer
The storage unit stores in advance the relationship between the wind speed data and the yaw error.
The yaw error calculation unit is a wind power generation device characterized in that the yaw error corresponding to the wind speed data acquired by the measured value acquisition unit is read from the storage unit.
前記計測値取得部は、前記風力発電装置の運転状態に関するデータを取得し、
前記記憶部は、前記風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶しており、
前記ヨー誤差演算部は、前記計測値取得部により取得した前記風力発電装置の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取ることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 10.
The measured value acquisition unit acquires data on the operating state of the wind power generator, and obtains data.
The storage unit stores in advance the relationship between the data relating to the operating state of the wind power generator and the yaw error.
The wind power generation device is characterized in that the yaw error calculation unit reads from the storage unit the yaw error corresponding to the data related to the operating state of the wind power generation device acquired by the measurement value acquisition unit.
前記風向計により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析により前記記憶部の風向データとヨー誤差の関係を作成することを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 10.
A wind power generator characterized in that the relationship between the wind direction data of the storage unit and the yaw error is created by a model test of the wind direction data measured by the anemometer or numerical fluid analysis.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112022002453T5 (en) | 2021-12-23 | 2024-03-14 | Green Power By Accelerated Flow Research Limited Liability Company | Wind turbine power generating device |
-
2019
- 2019-05-30 JP JP2019101018A patent/JP2020193605A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE112022002453T5 (en) | 2021-12-23 | 2024-03-14 | Green Power By Accelerated Flow Research Limited Liability Company | Wind turbine power generating device |
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