JP2022138118A - 風力タービン設定点低減 - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法を提供する。【解決手段】本開示は、風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法であって、周囲温度を決定するステップと、１つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとを含む方法に関する。本方法は、風力タービン構成要素の熱力学モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、最大出力設定点を決定するステップをさらに含む。本開示はさらに、設定点低減を決定するための方法、ならびにそのような方法のために構成された風力タービン制御システムおよび風力タービンに関する。【選択図】図３

Description

本開示は、風力タービンに関し、特に、風力タービン構成要素の温度に基づいて最大出力設定点を決定するための設定点低減および方法に関する。

一般に、現代の風力タービンは、送電網に電気を供給するために使用されている。この種の風力タービンは、一般に、タワーと、タワー上に配置されたロータとを含む。典型的にはハブおよび複数のブレードを備えるロータは、ブレードへの風の影響下で回転するようになっている。前記回転は、通常、ロータシャフトを介して発電機に直接またはギアボックスを介して伝達されるトルクを生成する。このようにして、発電機は、送電網に供給することができる電気を生産する。

風力タービンハブは、ナセルの前部に回転可能に結合されてもよい。風力タービンハブは、ロータシャフトに接続されてもよく、次いでロータシャフトは、ナセルの内側のフレームに配置された１つまたは複数のロータシャフト軸受を使用してナセル内に回転可能に装着されてもよい。ナセルは、例えば、ギアボックス（存在する場合）および発電機、ならびに風力タービンに応じて、電力変換器、および補助システムなどのさらなる構成要素を収容および保護する風力タービンタワーの上部に配置されたハウジングである。

可変速風力タービンでは、風力タービンコントローラが、様々な風況に適応するように風力タービンの制御設定を変更することができる。特に、ブレードのピッチ角および発電機トルクは、風況に適合するように変化させることができる。公称または「定格」風速を下回る風速では、制御の目標は、一般に、風力タービンの電力出力を最大にすることであり、すなわちピッチおよび発電機トルクを、最大電力出力を送電網に送達できるように変化させる。公称風速を超えると（および公称風速の周囲の状況に応じて）、制御の目標は、特に負荷を制御下に保つこと、すなわちピッチおよび発電機トルクを変化させて風力タービンの負荷を許容可能なレベルまで低減し、一方で出力は可能な限り最高のレベル（負荷の制約を考慮）に維持することであり得る。

風力タービンは、陸上、沖合、温暖な気候および寒冷な気候など、大きく異なる環境で使用することができる。周囲温度が上昇すると、風力タービン構成要素の温度も上昇する可能性がある。周囲温度が非常に高いか、または長期間高いままである場合、風力タービン構成要素の温度が高くなり過ぎる場合があり、風力タービンの動作は、風力タービン構成要素の温度を許容可能なレベルに保つように適合させることが必要な場合がある。

このような状況に対処するために、２つの異なる方法が知られている。１つの既知の解決策では、異なる周囲温度に対して、異なる最大出力設定点（すなわち、出力限界）が定義される。周囲温度の関数としてのそのような最大出力設定点は、風力タービン製造業者とオペレータとの間で契約して固定することができる。

動作中、周囲温度を監視することができ、周囲温度に応じて、所定の最大出力設定点が使用される。特に、この方法は、公称風速を超えると、定格出力が送電網に送達されなくなり、むしろ減少した量の電力が送達される場合がある。風力タービンの動作は、より低い風速では正常であることができ、周囲温度に基づいて最大出力設定点が決定された場合でも、卓越風の風況は、最適な動作であってもこの最大電力に到達できないようなものとすることができる。この手法の１つの欠点は、最大出力設定点が一般に非常に控えめに設定され、このことが電力出力に影響を及ぼすことである。

別の既知の解決策では、風力タービン構成要素の温度が動作中に測定され、風力タービン構成要素の対応する閾値が事前に定義される。風力タービン構成要素の温度が対応する閾値を下回ったままである場合、最大出力設定点は影響を受けない、すなわち、風況が良好であれば公称定格出力を送電網に送達することができる。風力タービン構成要素の温度のうちの１つが対応する閾値に達すると、出力は（一般に）大幅に低下して風力タービン構成要素を冷却する。この手法の１つの欠点は、出力が低減される場合、出力は、一般に、構成要素の安全な動作を保証するために迅速に低減される必要があることである。したがって、出力変動が大きくなる場合がある。別の欠点は、動作が（周囲温度ではなく）構成要素温度に基づく場合、風力タービンのオペレータは、風力タービンの寿命全体にわたって、または１年全体にわたって出力設定点の低減が必要となる頻度を事前に知ることができないか、または合理的に推測することができないことである。

本開示の一態様では、風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法が提供される。本方法は、周囲温度を決定するステップと、１つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとを含む。本方法は、風力タービン構成要素の熱力学モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、最大出力設定点を決定するステップをさらに含む。

この態様によれば、周囲温度だけでなく他も考慮する、最大出力設定点を決定するための方法が提供される。構成要素の実際の温度も考慮に入れられるため、慎重過ぎる手法は回避され、周囲温度が（一時的に）高い場合でも、風力タービン構成要素が構成要素の安全性または性能を損なうことなく実際に正常動作を継続できるならば、動作は過度に制限されない。実際の現在の温度だけでなく、予測も考慮するバランスのとれた手法が提供される。したがって、本方法は、現在の測定およびそれに対する反応だけでなく、風力タービン構成要素のモデル化された挙動にも基づく。

さらなる態様では、風力タービンを制御するための風力タービン制御システムが提供される。制御システムは、周囲温度を決定し、１つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定し、風力タービンの現在の出力を決定するように構成される。制御システムは、風力タービン構成要素の熱モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、最大出力設定点を決定するようにさらに構成される。

またさらなる態様では、風力タービンの設定点低減を決定するための方法が提供される。本方法は、風力タービンの第１の電気構成要素の第１の温度を測定するステップと、風力タービンの第２の電気構成要素の第２の温度を測定するステップとを含む。本方法は、周囲温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとをさらに含む。本方法はまた、測定された第１の温度、決定された周囲温度、および風力タービンの現在の出力に基づいて、第１の予測窓中に将来の第１の温度プロファイルを決定するステップと、測定された第２の温度、決定された周囲温度、および風力タービンの現在の出力に基づいて、第２の予測窓中に将来の第２の温度プロファイルを決定するステップとを含む。将来の第１の温度プロファイルが第１の電気構成要素に対して確立された第１の温度閾値に達するか、または将来の第２の温度プロファイルが第２の電気構成要素に対して確立された第２の温度閾値に達する場合に、風力タービンの設定点低減が決定される。

本開示を通して、公称出力または「定格出力」は、風力タービンの標準動作による最大出力として理解されるべきであり、すなわち、この公称出力または定格出力は、公称風速以上の風速時に送電網に送達される場合がある。

本開示を通して、最大出力設定点は、卓越風の風況から独立した風力タービンの最大出力として理解されるべきであり、すなわち、風速が、より多くの電力を送電網に送達することができるほど十分に高く、特に公称定格出力をグリッドに送達することができる場合でも、風力タービンの動作は、可能であるよりも少ない電力を生産するように制限される。

「設定点低減」は、公称または定格出力未満の発電および送電網への送達に限定される風力タービン動作として理解されるべきである。この動作上の制限は、卓越風の風況によるものではなく、他の状況によるものである。また、本開示内では、特に、この動作上の制限は、所定の周囲温度および構成要素温度を含む温度または熱的制限、ならびに周囲温度または構成要素温度のいずれかに関する熱的制限によるものである。

風力タービンの一例の斜視図を概略的に示す図である。 図１の風力タービンのナセルの一例の簡略化された内部図である。 周囲温度に基づく最大出力設定点曲線の一例を概略的に示す図である。 周囲温度に基づく最大出力設定点が出力を過度に低減し得る様子の一例を概略的に示す図である。 最大出力設定点を決定する方法の一例を示す図である。 最大出力設定点を決定する方法の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明を説明するものとして提示されており、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な改変および変更が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態と共に使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に入るそのような修正および変更を包含することが意図される。

図１は、風力タービン１６０の一例の斜視図を示している。図示するように、風力タービン１６０は、支持面１５０から延びるタワー１７０と、タワー１７０に装着されたナセル１６１と、ナセル１６１に結合されたロータ１１５とを含む。ロータ１１５は、回転可能なハブ１１０と、ハブ１１０に結合され、ハブ１１０から外側に延びる少なくとも１つのロータブレード１２０とを含む。例えば、図示の実施形態では、ロータ１１５は、３つのロータブレード１２０を含む。しかし、代替の実施形態では、ロータ１１５は、３つよりも多いまたは少ない数のロータブレード１２０を含んでもよい。各ロータブレード１２０は、ロータ１１５の回転を容易にし、風からの運動エネルギーが使用可能な機械的エネルギー、続いて電気エネルギーに変換され得るように、ハブ１１０の周りに間隔を置いて配置されてもよい。例えば、ハブ１１０は、電気エネルギーの生産を可能にするために、ナセル１６１内に位置決めされた発電機１６２（図２）に回転可能に結合されてもよい。

図２は、図１の風力タービン１６０のナセル１６１の一例の簡略化された内部図を示している。図示するように、発電機１６２は、ナセル１６１内に配置されてもよい。一般に、発電機１６２は、ロータ１１５によって生成された回転エネルギーから電力を生成するために、風力タービン１６０のロータ１１５に結合されてもよい。例えば、ロータ１１５は、ハブ１１０と共に回転するためにハブ１１０に結合された主ロータシャフト１６３を含むことができる。次に、発電機１６２は、ロータシャフト１６３の回転が発電機１６２を駆動するように、ロータシャフト１６３に結合されてもよい。例えば、図示の実施形態では、発電機１６２は、ギアボックス１６４を通してロータシャフト１６３に回転可能に結合された発電機シャフト１６６を含む。

ロータシャフト１６３、ギアボックス１６４、および発電機１６２は、一般に、風力タービンタワー１７０の頂部に位置決めされた支持フレームまたはベッドプレート１６５によってナセル１６１内に支持され得ることを理解されたい。

ナセル１６１は、ナセル１６１がヨー軸ＹＡを中心に回転することができるように、またはロータを風に対して所望の角度に位置決めするための他の方法が存在し得るように、ヨーシステム２０を通してタワー１７０に回転可能に結合されてもよい。ヨーシステム２０が存在する場合、そのようなシステムは、通常、他方に対して回転するように構成された２つの軸受構成要素を有するヨー軸受を備える。タワー１７０が軸受構成要素の一方に結合され、ナセル１６１のベッドプレートまたは支持フレーム１６５が他方の軸受構成要素に結合される。ヨーシステム２０は、環状ギア２１と、モータ２３を有する複数のヨー駆動装置２２と、ギアボックス２４と、軸受構成要素の一方を他方に対して回転させるように環状ギア２１と噛み合うためのピニオン２５とを備える。

上述のように、ブレード１２０は、ブレード１２０とハブ１１０との間にピッチ軸受１００によってハブ１１０に結合される。ピッチ軸受１００は、内側リング１０３と、外側リング１０４とを備える。風力タービンブレードは、軸受内側リングまたは軸受外側リングのいずれかに取り付けることができ、その一方で、ハブは他方に接続される。ブレード１２０は、ピッチシステム１０７が作動されると、ハブ１１０に対して相対回転運動を行うことができる。したがって、図２において、内側軸受リングは、外側軸受リングに対して回転運動を行うことができる。図２のピッチシステム１０７は、風力タービンブレードをピッチ軸ＰＡの周りで回転させるために内側軸受リングに設けられた環状ギア１０９と噛み合うピニオン１０８を備える。

図３は、周囲温度に基づく最大出力設定点曲線の一例を概略的に示す。様々な周囲温度に対して、最大出力が定義される。そのような契約は、風力タービン製造業者と風力タービンオペレータまたはクライアントとの間の契約に含めることができる。

比較的低い周囲温度では、最大出力は風力タービンの公称出力である場合がある。より低い周囲温度では、構成要素の温度が動作限界に達するリスクはなく、したがって出力の削減は必要ない。

より高い周囲温度では、特に風力タービンが、しばらくの間その最大容量で動作し続けている場合、構成要素の温度が動作限界に達する可能性がある。風力タービン構成要素を保護し、安全な動作を保証するために、風力タービンの出力が制限される場合があり、最大出力設定点が低減される場合がある。

しかしながら、周囲温度と構成要素温度との間に直接的または線形的な関係は存在しない。特に、構成要素温度は周囲温度より遅れる場合がある。さらに、構成要素温度は、周囲温度だけでなく、構成要素の熱履歴および慣性にも依存し、熱履歴および慣性は風力タービンの最近の動作における電力生産にも依存する。

図４は、周囲温度に基づく最大出力設定点が出力を過度に低減し得る様子の一例を概略的に示す。図４の上部は、周囲温度が１日を通して変動し得る様子を概略的に示している。図３に示す出力低下曲線のような曲線に基づいて、周囲温度が所定の（契約上の）制限に達し次第、出力設定点を低減する場合がある。設定点低減は、周囲温度が十分に低下するまで有効なままである場合がある。

図４の中央部は、構成要素温度がどのように進展していくかを示している。周囲温度が高い場合でも、構成要素の（安全または動作）温度限界に実際には達しない場合があることが分かる。前述のように、周囲温度は構成要素温度を示す重要な要因であるが、例えば最近の出力を含む他の要因も影響を及ぼす。例えばメンテナンスのために風力タービンがある期間中停止している場合、構成要素の温度は実際には予想よりも（はるかに）低くなる場合がある。

図４の中央部はまた、本開示の例において、出力設定点の過度の制限がどのように回避され得るかを概略的に示している。本開示の一態様では、風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法が提供され、この方法は、周囲温度を決定するステップと、１つまたは複数の風力タービン構成要素の（現在の）温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとを含む。周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力、ならびに風力タービン構成要素の熱力学モデルに基づいて、最大出力設定点を決定することができる。

特に、図４に示すように、風力タービン構成要素の温度予測を行ってもよい。温度予測は、予測窓中の温度プロファイルであってもよく、および／または時間窓内の風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最大温度を予測することを含んでもよい。図４の例では、予測において、風力タービンの構成要素は限界に達しておらず、したがって、周囲温度が高レベルに達したとしても出力設定点低減は必要ではなかったことが分かる。

そのような方法は、実質的に連続的に、例えば毎分、または５～３０分毎に実行されてもよく、温度が決定されてもよく、最大出力設定点が再計算されてもよい。本方法は、一定の頻度で実行されてもよく、または頻度が変動してもよい。例えば、決定、測定、および／または計算の頻度は、温度が限界温度に接近するのに従って増加してもよい。

いくつかの例では、風力タービン構成要素は、電力変換器、発電機、および変圧器のうちの１つもしくは複数、またはこれらの構成要素の部品を含む。風力タービンの動作限界を規定し得る構成要素は、一般には電気構成要素である。発電機では、発電機ステータおよび発電機ロータは別々に監視され、個々の閾値温度を有する場合がある。

いくつかの例では、本方法は、風力タービン構成要素のうちの第１の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、風力タービン構成要素のうちの第２の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、第１の風力タービン構成要素の温度、周囲温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて第１の最大出力設定点を決定するステップとを含んでもよい。本方法は、第２の風力タービン構成要素の温度、周囲温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて第２の最大出力設定点を決定するステップと、第１および第２の最大出力設定点のうちの低い方を風力タービンの最大出力設定点として選択するステップとをさらに含んでもよい。異なる構成要素は、異なる熱的限界および動作限界を有する可能性がある。状況に応じて、１つの構成要素（例えば、変圧器）が熱的限界に近くなる場合があり、その一方で、別の構成要素（例えば、電力変換器）が熱的限界に近くない。したがって、各電気構成要素は、異なる最大出力設定点を規定する場合がある。最大出力設定点のうちの最も低いものを選択して、風力タービンの動作を制限することができる。

例では、最大出力設定点を決定することは、時間窓内の風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最大温度を予測することを含んでもよい。時間窓は、５分～４時間、具体的には１０分～１時間であってもよい。

いくつかの例では、風力タービン構成要素の将来の最高温度は、風力タービン構成要素の１つまたは複数の対応する所定の温度閾値と比較されてもよい。例では、本方法は、風力タービン構成要素の将来の最大温度が対応する所定の温度閾値を下回る場合、風力タービンの最大出力設定点を定格公称出力として定義するステップと、風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最大温度が対応する所定の温度閾値を上回る場合、風力タービンの低減された出力設定点を定義するステップとをさらに含んでもよい。したがって、予測される将来の最高温度が所定の閾値を下回っている（したがって、許容可能な動作限界内にある）場合、最大出力設定点は影響を受けず、定格（設計）出力に従ったままでいる。予測に従って必要な場合にのみ、最大出力設定点は影響を受ける。風況に応じて、風力タービンの動作は、確立された最大出力設定点に従って出力を送達するように適合される。

図５および図６は、最大出力設定点を決定する方法の一例を示す図である。図５および図６は、風力タービンの第１の電気構成要素の第１の温度を測定するステップと、風力タービンの第２の電気構成要素の第２の温度を測定するステップとを含む、風力タービンの設定点低減を決定するための方法を概略的に示す。本方法は、周囲温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとをさらに含む。最後に、本方法は、測定された第１の温度、決定された周囲温度、および風力タービンの現在の出力に基づいて、第１の予測窓中に将来の第１の温度プロファイルを決定するステップと、測定された第２の温度、決定された周囲温度、および風力タービンの現在の出力に基づいて、第２の予測窓中に将来の第２の温度プロファイルを決定するステップとをさらに含む。最後に、本方法はまた、将来の第１の温度プロファイルが第１の電気構成要素に対して確立された第１の温度閾値に達するか、または将来の第２の温度プロファイルが第２の電気構成要素に対して確立された第２の温度閾値に達する場合に、風力タービンの設定点低減を決定するステップを含む。

図６に示すように、将来の第１および第２の温度プロファイルを決定することは、第１および第２の電気構成要素の熱力学モデルに基づいて第１および第２の温度プロファイルを計算することを含んでもよい。風力タービン構成要素の熱力学モデルは、電気構成要素の熱挙動を記述しようと試みる、経験的因子または定数を含む１つまたは複数の数学的方程式を含んでもよい。電気構成要素の特定の特性は、対応するモデルに含まれてもよい。モデルはまた、風力タービンの動作が個々の風力タービン構成要素の動作にどのように影響するかを反映する定数、因子、またはパラメータを含んでもよい。

熱力学モデルの入力は、周囲温度、構成要素自体の温度、風力タービンの出力を含んでもよい。さらなる入力は、予測時間窓であってもよい。例では、さらなる入力は、気象予測、例えば、将来の周囲温度プロファイルの予測、および／または風向、ウインドシア（ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ）、ウインドベア（ｗｉｎｄ ｖｅｅｒ）、風向、乱流などのうちの１つもしくは複数を含む将来の風プロファイルの予測であってもよい。これに加えて、またはこれに代えて、将来の風力タービン電力生産量を使用してもよい。そのような将来の風力タービン電力生産量は、推定または予測された将来の風速に基づいてもよい。

熱力学モデルは、経時的な温度の進展の予測を推定、計算、または他の方法で決定することができる。熱力学モデルの出力は、予測時間窓中の構成要素の最大温度、すなわちモジュールの入力に基づいた予測時間窓中に構成要素が到達する最高温度を含んでもよい。熱力学モジュールの出力は、例えば、経時的な構成要素温度の変動を含む予測窓中の構成要素の温度プロファイルを含んでもよい。

異なる構成要素は、異なる設定点低減を規定する場合がある。

図５に示すように、主風力タービン変圧器、風力タービン発電機、および電力変換器などの異なる構成要素の異なる設定点低減を考慮に入れて、風力タービンの設定点低減は、最も制限する設定点として決定されてもよい。図５の例では、個々の構成要素の設定点低減のうちの１つまたは複数が風力タービンの公称出力よりも低いと判定された場合にのみ、実際の設定点低減が起こる。

図５に示すように、結果として生じる設定点低減は、例えば、ピッチシステムや発電機トルクの動作設定を制御する風力タービンコントローラに供給することができる。他の動作設定は、例えば、ヨー角を含む。実際の動作設定は、設定点低減だけでなく、卓越風の風況にも依存する。例では、方法は、設定点低減に従って動作するために、ブレードをピッチするステップ、および／またはロータ速度を低減するステップをさらに含んでもよい。ブレードをピッチし、ロータ速度を低減させることによって、出力を低減することができる。

いくつかの例では、第１および第２の予測窓は同じであってもよい。他の例では、異なる構成要素が異なる予測窓を有してもよい。

いくつかの例では、方法は、予測窓中の周囲温度プロファイルを予測するステップと、予測された周囲温度プロファイルを考慮に入れて第１および第２の温度プロファイルを計算するステップとをさらに含んでもよい。予測窓中の予測された周囲温度プロファイルは、熱力学モデルの入力として使用することができる。同様に、予測された風速または対応する予測された将来の出力（通常の非制限動作時での）も入力として使用することができる。

いくつかの例では、本方法は、風力タービンの第３の電気構成要素の第３の温度を測定し、測定された第３の温度、決定された周囲温度、および風力タービンの現在の出力に基づいて、第３の予測窓中の将来の第３の温度プロファイルを決定するステップと、将来の第１の温度プロファイルが第１の電気構成要素に対して確立された第１の温度閾値に達した場合、または将来の第２の温度プロファイルが第２の電気構成要素に対して確立された第２の温度閾値に達した場合、または将来の第３の温度プロファイルが第３の電気構成要素に対して確立された第３の温度閾値に達した場合に、風力タービンの設定点低減を決定するステップとをさらに含んでもよい。第１、第２、および第３の電気構成要素は、電力変換器、発電機、および主変圧器を含む。

例では、将来の第１、第２、および第３の温度プロファイルがそれぞれ第１、第２、および第３の温度閾値に達しない場合、元の出力定格を維持することができる。

さらなる態様では、本明細書に記載の方法の例のいずれかを実行するように構成された、風力タービンを制御するための風力タービン制御システムが提供される。特に、風力タービン制御システムは、周囲温度を決定し、１つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定し、風力タービンの現在の出力を決定するように構成されてもよく、風力タービン構成要素の熱モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて最大出力設定点を決定するようにさらに構成されてもよい。

いくつかの例では、風力タービン制御システムは、決定された最大出力設定点を現在の風況に基づく理論出力と比較し、決定された最大出力設定点が現在の風況に基づく理論出力を下回る場合、決定された最大出力設定点に従って風力タービンを動作させるようにさらに構成されてもよい。

さらなる態様では、そのような制御システムを備える風力タービンが提供される。そのような風力タービンは、風力タービン構成要素の温度を決定するための１つまたは複数のセンサを備えてもよい。そのような風力タービンは、周囲温度を決定するためのセンサまたはシステムをさらに備えてもよい。周囲温度はまた、メットマストまたは隣接する風力タービンによって提供されてもよい。

当業者であれば、本明細書の開示に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得ることをさらに理解するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能性に関して一般的に上述されている。そのような機能性がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途およびシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者は、特定の用途毎に様々な方法で説明された機能性を実装することができる。

本明細書の開示に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、１つまたは複数の汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、クラウドコンピューティングアーキテクチャ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書に記載された機能を実現するように設計されたこれらの任意の組み合わせを用いて実装または実現され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代わりに、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成であるコンピューティングデバイスの組み合わせとして実装されてもよい。

本開示はまた、本明細書に開示される方法のいずれかを実行するように適合されたコンピューティングシステムに関する。

本開示はまた、実行されると本明細書に開示される方法のいずれかを実施する命令（コード）を含むコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品に関する。

コンピュータプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース、および部分的にコンパイルされた形態などのオブジェクトコードの形態、またはプロセスの実装における使用に適した任意の他の形態であってもよい。キャリアは、コンピュータプログラムを搬送することが可能な任意のエンティティまたはデバイスであってもよい。

ソフトウェア／ファームウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つもしくは複数の命令もしくはコードとして記憶され、またはそれを介して送信されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ／ＤＶＤもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコード手段を搬送もしくは記憶するために使用することができ、汎用もしくは専用コンピュータ、または汎用もしくは専用プロセッサによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続も適切にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、ソフトウェア／ファームウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

本明細書にはいくつかの例しか開示されていないが、他の代替、修正、使用および／または均等物が可能である。さらに、記載された例のすべての可能な組み合わせも網羅される。したがって、本開示の範囲は、特定の例によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。

２０ ヨーシステム
２１ 環状ギア
２２ ヨー駆動装置
２３ モータ
２４ ギアボックス
２５ ピニオン
１００ ピッチ軸受
１０３ 内側リング
１０４ 外側リング
１０７ ピッチシステム
１０８ ピニオン
１０９ 環状ギア
１１０ ハブ
１１５ ロータ
１２０ ロータブレード
１５０ 支持面
１６０ 風力タービン
１６１ ナセル
１６２ 発電機
１６３ 主ロータシャフト
１６４ ギアボックス
１６５ 支持フレーム、ベッドプレート
１６６ 発電機シャフト
１７０ 風力タービンタワー
ＰＡ ピッチ軸
ＹＡ ヨー軸

Claims (15)

1. 風力タービン（１６０）の最大出力設定点を決定するための方法であって、
   周囲温度を決定するステップと、
   １つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、
   前記風力タービン（１６０）の現在の出力を決定するステップと、
   前記風力タービン構成要素の熱力学モデル、前記周囲温度、前記風力タービン（１６０）の前記構成要素の温度、および前記風力タービン（１６０）の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、前記最大出力設定点を決定するステップと
   を含む、方法。
2. 前記風力タービン構成要素は、電力変換器、発電機（１６２）、および変圧器のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記風力タービン構成要素のうちの第１の風力タービン構成要素の温度を決定し、前記風力タービン構成要素のうちの第２の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、
   前記第１の風力タービン構成要素の前記温度、前記周囲温度、および前記風力タービン（１６０）の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて第１の最大出力設定点を決定するステップと、
   前記第２の風力タービン（１６０）の前記温度、前記周囲温度、および前記風力タービン（１６０）の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、第２の最大出力設定点を決定するステップと、
   前記第１の最大出力設定点および前記第２の最大出力設定点のうちの低い方を前記風力タービン（１６０）の最大出力設定点として選択するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記最大出力設定点を決定するステップが、前記熱力学モデルに基づいて時間窓内の前記風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最大温度を予測するステップを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記時間窓が５分～４時間、具体的には１０分～１時間である、請求項４に記載の方法。
6. 前記風力タービン構成要素の前記将来の最高温度を、前記風力タービン構成要素の１つまたは複数の対応する所定の温度閾値と比較するステップを含む、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記風力タービン構成要素の前記将来の最大温度が前記対応する所定の温度閾値を下回る場合、前記風力タービン（１６０）の最大出力設定点を定格公称出力として定義するステップと、前記風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最大温度が前記対応する所定の温度閾値を上回る場合、前記風力タービン（１６０）の低減された出力設定点を定義するステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記最大出力設定点が、予測される将来の風速および／または予測される将来の周囲温度にも基づく、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記低減された出力設定点に従って動作するために、ブレードをピッチングすること、および／またはロータ速度を低減するステップをさらに含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 風力タービン（１６０）を制御するための風力タービン制御システムであって、
    周囲温度を決定し、
    １つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定し、
    前記風力タービン（１６０）の現在の出力を決定し、
    前記風力タービン構成要素の熱力学モデル、前記周囲温度、前記風力タービン（１６０）の前記構成要素の温度、および前記風力タービン（１６０）の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、前記最大出力設定点を決定する
    ように構成された、風力タービン制御システム。
11. 前記決定された最大出力設定点を現在の風況に基づく理論出力と比較し、前記決定された最大出力設定点が前記現在の風況に基づく前記理論出力を下回る場合、前記決定された最大出力設定点に従って前記風力タービン（１６０）を動作させるようにさらに構成された、請求項１０に記載の風力タービン制御システム。
12. 前記熱力学モデルに基づいて時間窓内の前記風力タービン構成要素の１つまたは複数の将来の最高温度を予測するようにさらに構成される、請求項１０または１１に記載の風力タービン制御システム。
13. 前記風力タービン構成要素は、発電機（１６２）、電力変換器、および変圧器のうちの１つまたは複数を含む、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の風力タービン制御システム。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の風力タービン制御システムを備える風力タービン（１６０）。
15. 前記風力タービン構成要素の前記温度を決定するための１つまたは複数のセンサを備える、請求項１４に記載の風力タービン（１６０）。

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