JP2023088263A - 風力タービンの運転方法及び、補助電源の充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、風力タービンを動作させ、１つ以上の風力タービンに補助電力を供給するために１つ以上の補助電源を充電するための方法に関する。【解決手段】方法は、風力タービンの発電機（４２）が所定の風速以上で１つ以上の補助電源（８４）を充電するための電力を生成するように、風力タービンブレードを所定のアイドリングピッチ角にピッチングする。この方法は、ブレードのピッチ角をアイドリングピッチ角に維持することと、卓越風速が所定の風速に達するかそれを超えるときに補助電源（８４）を充電することとをさらに含む。【選択図】図２

Description

本開示は、風力タービンを運転する方法に関し、特に、１つまたは複数の風力タービンに補助電力を供給するための補助電源の充電を含む方法に関する。本開示は、さらに、風力タービンに関する。

今日、風力タービンは、電力網（グリッド、送電網）に電力を供給するために使用される。この種の風力タービン（風力発電機）は、一般に、タワーと、タワー上に配置されたローターから構成されている。ロータは、通常、ハブと複数のブレードから構成され、ブレードに吹く風の影響を受けて回転する。この回転によりトルクが発生し、通常、ローターシャフトを通じて、直接（「直接駆動」または「ギアレス」）またはギアボックスの使用により発電機に伝達される。このようにして、発電機は電力を生成し、電力網に供給することができる。

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得る。風力タービンハブは、ローターシャフトに接続されてもよく、ローターシャフトは、ナセル内のフレームに配置された１つ以上のローターシャフトベアリングを用いてナセルに回転可能に取り付けられてもよい。ナセルは、風力タービンタワーの上に配置されるハウジングで、ギアボックス（存在する場合）および発電機（ナセルの外に配置されない場合）、さらに風力タービンによっては、電力変換器（電力コンバータ）、補助システムなどのさらなるコンポーネントを収容および保護することができる。

風力タービンは、一般に、ピッチ制御システム、換気・温度調節システム、通信システム、オイルポンプシステムなど、動作に電力を必要とする電気システムで構成されている。これらのシステムを動作させるための電力は、電力網から得ることも、風力タービン発電機から得ることもできる。

グリッドロス（電力網の電力喪失）が発生した場合、すなわち、風力タービンが何らかの理由で電力網から電力を得ることや電力網に電力を供給することとが妨げられ場合、風力タービンの電気システムの一部が動作しなくなる可能性がある。電力網が利用できないときに風力タービンの少なくとも一部の電気システムの動作を延長する（長く動作させる）ために、１つまたは複数のエネルギー貯蔵および／またはエネルギー供給装置が提供され得る。例えば、バッテリー（蓄電池）ベースのシステム、無停電電源装置（ＵＰＳ）、スーパーキャパシタ、または１つまたは複数のディーゼル発電機が提供されてもよい。

ウインドファーム（風力発電所）の１つまたは複数の風力タービンが電力網から切り離された場合、切り離された風力タービンは、いわゆるアイランドモードになるように構成されることがある。風力タービンがアイランドモードにある間、いくつかの関連する風力タービンの電気システム、例えば通信システムおよび換気システムは、補助電源によって提供される電力がなくなるまで同様に動作し続けることができる。

電力網から切り離されている間、そして風力タービンを過度の負荷から保護するために、風力タービンは一般的にアイドリング状態となる。すなわち、風力タービンのブレードは、例えば１ＲＰＭでゆっくりと回転するために、例えばロータ平面に対して約９０°のフェザー位置（feathered position）に配置されてもよい。風力タービンは、利用可能な補助電力の量が再始動に十分であることを条件として、電力網の接続が回復するまでこのようなアイランドモードにあることができる。

重要な補助システムを長時間動作させるためには、多数の電力供給／貯蔵装置および／または比較的大きなエネルギー供給／貯蔵装置が必要となる場合がある。例えば、長時間電力を供給するために、ディーゼル発電機や太陽電池パネルを用意することが知られている。さらに、補助電源のサイズおよび／または数が、例えば数日または数週間の間電力を供給するためにまだ十分でない場合、風力タービンサイトに行き、例えばディーゼル発電機を充電／給油（recharging/refueling）することが必要になることがある。特に洋上風力発電では、時間とコストがかかる場合がある。

風力タービンが電力網から電力を得ることを妨げられ、及び／又は風力タービンの補助電源が少なくとも部分的に枯渇・消耗し、それらを充電することが有益である他のシナリオが存在する可能性がある。例えば、電力網に供給される電力が多すぎる場合（過大である場合）、一部の風力タービンは、電力網へのエネルギー供給を減らすか停止することが求められる場合がある。風力タービンを停止させるのではなく、アイドリング状態にすることもある。風力タービンの関連電気システムを作動させるために電力網から電力を得ることができるかどうかに応じて、エネルギー貯蔵装置を使用することが必要な場合がある。

本開示は、必要なときに十分な供給量の補助電力を、より長い時間利用できるようにするための改善を提供することを目的とする。

本開示の一態様では、風力タービンを運転するための方法が提供される。風力タービンは、複数のブレードを含む風力発電ローターと、風力発電機とを備える。風力タービンは、自律モード（autonomous mode）で発電機から１つまたは複数の補助電源に電力を供給するように構成される。本方法は、風力タービンのアイドリング運転のための所定の条件が満たされているか否かを判断することを含む。アイドリング運転のための所定の条件が満たされる場合、本方法は、所定の風速を超えるアイドリング中に風力タービン発電機が補助電源の充電のための電力を生成するように、ブレードをアイドリングピッチ角にピッチさせる。本方法は、アイドリング中にブレードのピッチ角をアイドリングピッチ角に維持し、卓越風速（prevailing wind speed：卓越風の風速）が所定の風速以上になったときに補助電源を充電することをさらに含む。

この態様によれば、アイドリング運転のための一定の条件が満たされた場合、風力タービンは所定のアイドリングピッチ角にピッチングされ、このピッチ角は卓越風速に関係なく維持される。卓越風速が所定の風速以上である場合、アイドリング時のロータの回転速度が充電を開始するのに十分な速度であるため、１つ以上の風力タービンに補助電力を供給するための補助電源は充電され得る。しかし、卓越風速が所定風速以下である場合には、充電を可能にするのに十分な回転速度が得られないため、補助電源が充電されない場合がある。このように、アイドリング運転を維持するための電力の使用を最小限に抑え、同時に補助電源の充電と風力タービンの負荷を許容レベルに保つことができる固定ピッチアイドリング運転が提供される。

このようにして、すぐにではない場合もあるが、補助電源が充電され、風力タービンの関連する電気系統がより長い時間作動し続けることができる。また、風力タービンは、電力網と風の条件が再稼働を可能にするときに再稼働できるように、より良い位置とすることができる。風力タービンまたはウインドファームでは、必要な補助電源の数を減らし、補助電源のサイズを小さくすることができる。

本開示を通じて、アイドリング運転の条件は、風力タービンが検出し得る条件として理解されてもよく、例えば、風速、ロータの回転速度、そこからエネルギーを得るための電力網の利用可能性、負荷、振動などの１つまたは複数のパラメータを測定することによって風力タービンが検出し、風力タービンブレードを所定のアイドリングピッチ角までピッチングするためのトリガとして機能する条件として役立つ。いくつかの例では、アイドリング運転のための条件は、風力タービンの損傷の過度のリスクに関連している場合がある。例えば、危険条件と呼ばれることがあるそのようなアイドリング運転の条件が検出された場合、風力タービンは、損傷することを避けるか、または少なくともそのリスクを低減するためにそのブレードをピッチングするように構成される。他の例では、ブレードを所定のアイドリングピッチ角までピッチングさせるトリガーとなる他の状況が検出されることもある。

本開示を通じて、補助電源は、例えば電力網が利用できない場合に、風力タービンの特定の構成要素に電力を供給することができる電気エネルギーを蓄積するように少なくとも部分的に構成されたシステム又は装置を指す場合がある。無停電電源装置（ＵＰＳ）などのバッテリー（蓄電池）やスーパーキャパシタのうち、少なくとも１つ以上を使用することができる。補助電源、貯蔵エネルギー源、エネルギー貯蔵装置／システムなどの用語は、本明細書において互換的に使用することができる。

本開示を通じて、風力タービンブレードのピッチ角は、断面において、基準線とブレードのコードとの間で測定され得る角度として理解され得る。基準線は、いくつかの例において、風力タービンローター平面において実質的に平行であってもよく、例えば、含まれていてもよい。ここで、アイドリングピッチ角は、アイドリング運転のために選択されるピッチ角として理解され得る。実施例によれば、アイドリングピッチ角は、９０゜またはブレードの「フェザー」位置ではなく、風力タービンブレードがこの角度に配置されると、風力タービン発電機は、所定の風速に達すると補助電力源に電力を供給できるようになり、所定の風速以下では風力発電機は発電できない。アイドリングピッチ角は、特定の風速で発電できる／できないかという能力で選択されてもよい。また、アイドリングピッチ角は、強風時に風力タービンが損傷しないように選択されてもよい。高い風速は、カットアウト風速（cut-out wind speed）を上回る風速、例えば２５ｍ／ｓより速い風速を指す場合があり、特に本開示を通じてカットアウト風速よりもかなり高い風速、例えば５０ｍ／ｓ以上、６０ｍ／ｓ以上、又は７０ｍ／ｓ以上の風速を指す場合がある。

したがって、所定の風速とは、ブレードがアイドリングピッチ角にある風力タービンが補助電源に電力を供給することができる風速以上であり、風力タービンがそうすることができない風速未満である閾値のことを指す場合がある。風力タービンの１つ以上の補助電源が充電される風速の範囲を最大化し、かつ風速が過度に速い場合の風力タービンの損傷を避けるために、適切なアイドリングピッチ角が選択され得る。このようにして、ウインドファームまたは風力タービンの１つまたは複数の貯蔵エネルギー源を充電するために利用できる期間と、風が強すぎるときに風力タービンが損傷するリスクを最小限に抑えることとの間の良好なバランスが達成され得る。

本開示を通じて、風力タービンは、そのロータが電力を生成するのに十分な速度で回転しており、電力網が利用可能であり、風力タービンの発電機が電力を生成して電力網に送っているとき、運転中（「通常運転：normal operation」）であると理解され得る。本明細書において、「通常運転」という用語は、そのような状況を明示的に指し、例えば自律モードでの風力タービンの運転と明示的に区別するために使用される場合がある。

本開示を通じて、「自律モード：autonomous mode」という用語は、風力タービンが電力網から切り離され、風力タービンが電力網の動作から独立して動作するように構成された風力タービンの運転モードを指す場合がある。このモードでは、風力タービンの重要な電気システム、例えば、通信システム、温度及び換気調節システム、軸受潤滑剤システム、コントローラシステム及びナビゲーションライト（communication systems, temperature and ventilation regulation systems, bearing lubrication systems, controller systems and navigation lights）の１つ以上を動作可能に保つために、補助電源から電力を得ることができる。

本開示において、風力タービンが電力網から（電気的に）切り離されるという事実が言及される場合、風力タービンは電力網との間で電力を供給することも得ることもできないようになっていると理解してもよい。

本開示において、アイドリング運転とは、ローターが比較的ゆっくりと回転しているが、電力網に電力を供給していない風力タービンを指す場合がある。したがって、風力タービンは、自律モードでアイドリングしていてもよい。いくつかの例では、アイドリング運転中の風力タービンは、補助電源システムを充電することができる場合がある。

本開示のさらなる態様では、風力タービンを運転するための方法が提供される。風力タービンは、複数のブレードを含むロータと、発電機とを備える。風力タービンは、自律運転モードで発電機から１つ以上の補助電源に電力を供給するように構成される。本方法は、発電機が自律運転モードにあるとき、ブレードをアイドリングピッチ角にピッチングし、アイドリングピッチ角に対応する固定ピッチ角で風力タービンのロータをアイドリングさせることを備える。そして、この方法は、アイドリング中のロータ回転速度が回転速度閾値以上である場合に補助電源を充電し、所定の運転条件が満たされた場合にブレードのピッチ角を変更することをさらに備える。

本開示のさらに別の態様では、本明細書に記載された方法の例を実行するように構成された制御システムを含む、風力タービンが提供される。

風力タービンの一例を示す斜視図である。 図１の風力タービンのナセルの一例を簡略化して示す内部図である。 風力タービンの運転方法の一例を示すフローチャートである。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、一実施例による風力タービンブレードの異なるピッチ角を模式的に示している。 電力網および１つ以上の補助電源に接続された風力タービンの例を模式的に示す図である。 風力タービンの運転方法の他の実施例を示すフローチャートである。

ここで、本開示の実施形態について詳細に参照し、その１つ以上の実施例を図面に示す。各実施例は、説明のためにのみ提供され、限定として提供されるものではない。実際、本開示において様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示又は説明された特徴は、別の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るような修正および変形をカバーすることが意図される。

図１は、風力タービン１０の一実施例を示す斜視図である。本実施例では、風力タービン１０は、水平軸型風力発電機である。あるいは、風力タービン１０は、垂直軸型風力発電機であってもよい。実施例では、風力タービン１０は、地面１２上の支持システム１４から延びるタワー１５と、タワー１５に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合されるロータ１８とを含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合され、ハブ２０から外側に延びる少なくとも１つのロータブレード２２とを含む。例では、ローター１８は、３つのローターブレード２２を有する。代替の実施形態では、ローター１８は、３つよりも多いまたは少ないローターブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６との間に空洞（図１には示されていない）を画定するために管状鋼から作製されてもよい。代替の実施形態において、タワー１５は、任意の好適な高さを有する任意の好適なタイプのタワーである。代替案によれば、タワーは、コンクリート製の部分と管状の鋼鉄製の部分とからなるハイブリッドタワーとすることができる。また、タワーは、部分的または完全なラティスタワーとすることができる。

ローターブレード２２は、ローター１８を回転させて運動エネルギーを風から使用可能な機械エネルギー、ひいては電気エネルギーに変換できるようにするために、間隔を空けてハブ２０に配置されている。ローターブレード２２は、ブレード根元部分２４を複数の荷重伝達領域２６においてハブ２０に結合することによって、ハブ２０に嵌合される。荷重伝達領域２６は、ハブ荷重伝達領域とブレード荷重伝達領域（共に図１には示されていない）とを有していてもよい。ロータブレード２２に誘起された荷重は、荷重伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

例では、ローターブレード２２は、約１５ｍ（ｍ）～約９０ｍ以上の範囲の長さを有してよい。ローターブレード２２は、風力タービン１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な長さを有していてもよい。例えば、ブレードの長さの非限定的な例としては、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ、または９１ｍを超える長さが挙げられる。風が風向２８からローターブレード２２に当たると、ローター１８はローター軸３０を中心に回転させられる。ローターブレード２２が回転して遠心力を受けると、ローターブレード２２にも様々な力およびモーメントが作用する。そのため、ローターブレード２２は、中立位置、すなわち非偏向位置から偏向位置まで偏向及び／又は回転することがある。

さらに、ローターブレード２２のピッチ角、例えば風向きに対するローターブレード２２の向きを決定する角度をピッチシステム３２によって変更し、風ベクトルに対する少なくとも１つのローターブレード２２の角度位置を調整することによって、風力タービン１０によって発生する負荷および電力を制御してもよい。ローターブレード２２のピッチ軸３４が示されている。風力タービン１０の動作中、ピッチシステム３２は、特に、ローターブレードの（一部の）迎え角（angle of attack）が減少するようにローターブレード２２のピッチ角を変化させてもよく、これにより、回転速度の低下が容易になり、及び／又はローター１８の失速を容易にする。

好適な実施例では、各ローターブレード２２のブレードピッチは、風力タービン制御装置（風力タービンコントローラ）３６またはピッチ制御システム８０によって個別に制御される。あるいは、全てのローターブレード２２のブレードピッチは、これらの制御システムによって同時に制御されてもよい。

さらに、本実施例では、風向２８が変化すると、ナセル１６のヨー方向をヨー軸３８を中心に回転させて、ロータブレード２２を風向２８に対して位置決めするようにしてもよい。

例では、風力タービン制御装置３６は、ナセル１６内に集中化されているように示されているが、風力タービン制御装置３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、ウインドファーム内、及び／又は遠隔制御センターでの分散制御システムであってよい。風力タービン制御装置３６は、本明細書に記載される方法のステップのうちの１つまたは複数を実行するように構成された１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。さらに、本明細書に記載される他の構成要素の多くは、１つまたは複数のプロセッサを含む。風力タービン制御装置３６は、メモリ、例えば、１つ以上のメモリデバイスを含んでもよい。本明細書で使用されるように、メモリは、コンピュータ可読媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、フロッピーディスク（商標）、コンパクトディスク－リードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）及び／又は他の適切なメモリ要素を含むがこれらに限定されない１つまたは複数のメモリ要素からなる場合がある。

図２は、風力タービン１０の一部を示す拡大断面図である。本実施例では、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合されたロータ１８とを含む。より具体的には、ロータ１８のハブ２０は、メインシャフト４４、ギアボックス４６、高速シャフト４８、及びカップリング５０によって、ナセル１６内に配置された電動発電機４２に回転可能に結合される。実施例では、メインシャフト４４は、ナセル１６の長手方向軸（図示せず）と少なくとも部分的に同軸上に配置される。メインシャフト４４の回転は、ロータ１８およびメインシャフト４４の比較的遅い回転運動を高速シャフト４８の比較的速い回転運動に変換することにより、その後高速シャフト４８を駆動するギアボックス４６を駆動する。後者は、カップリング５０の助けを借りて、電気エネルギーを生成するための発電機４２に接続される。さらに、例えば４００Ｖ～１０００Ｖの間の電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（例えば１０～３５ＫＶ）を有する電気エネルギーに変換するために、ナセル１６内に変圧器９０及び／又は適切な電子機器、スイッチ、及び／又はインバータを配置してもよい。洋上風力タービンは、例えば６５０Ｖ～３５００Ｖの発電機電圧を有し、変圧器電圧は、例えば３０ｋＶ～７０ｋＶであってもよい。この電気エネルギーは、ナセル１６からタワー１５に電力ケーブルを介して伝導される。

いくつかの例では、風力タービン１０は、１つまたは複数のシャフトセンサ（軸センサ）５１を含んでもよい。シャフトセンサは、メインシャフト４４及び／又は高速シャフト４８に作用するトルク負荷、並びにシャフト４４、４８の回転速度のうちの少なくとも１つを監視するように構成されてもよい。いくつかの例では、風力タービン１０は、１つ又は複数の発電機センサ５３を含んでもよい。発電機センサは、発電機４２の回転速度及び発電機トルクのうちの少なくとも１つを監視するように構成されてもよい。シャフトセンサ５１及び／又は発電機センサ５３は、例えば、１つ以上のトルクセンサ（例えば、歪みゲージ又は圧力センサ）、光学センサ、加速度計、磁気センサ、速度センサ及びマイクロ慣性計測ユニット（ＭＩＭＵ：Micro-Inertial Measurement Units）を含んでもよい。

ギアボックス４６、発電機４２及び変圧器９０は、任意にメインフレーム５２として具現化されるナセル１６の主支持構造フレームによって支持されてもよい。ギアボックス４６は、１つまたは複数のトルクアーム１０３によってメインフレーム５２に接続されるギアボックスハウジングを含んでもよい。好適な実施例では、ナセル１６は、主前方支持軸受６０及び主後方支持軸受６２も含む。さらに、発電機４２は、特に発電機４２の振動がメインフレーム５２に導入されて騒音放出源となることを防止するために、デカップリング支持手段５４によってメインフレーム５２に取り付けられることもできる。

任意選択的に、メインフレーム５２は、ロータ１８及びナセル１６の構成要素の重量によって、並びに風荷重及び回転荷重によって生じる荷重全体を担持し、更に、これらの荷重を風力タービン１０のタワー１５に導入するように構成されている。ロータ軸４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速シャフト４８、カップリング５０、及び支持体（サポート）５２、並びに前方支持軸受６０及び後方支持軸受６２を含むがこれらに限定されない任意の関連する締結、支持、及び固定装置は、駆動系６４と称されることがある。

いくつかの例では、風力タービンは、ギアボックス４６のないダイレクトドライブ風力タービンであってもよい。発電機４２は、ダイレクトドライブ風力タービンにおけるロータ１８と同じ回転速度で動作する。したがって、それらは一般に、ギアボックスを有する風力タービンよりも同程度の電力を提供するために、ギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きな直径を有している。

ナセル１６は、風向２８に対するローターブレード２２の遠近を制御するために、ナセル１６を回転させ、それによってローター１８もヨー軸３８を中心に回転させるために使用され得るヨー駆動機構５６を含むことができる。

風向２８に関してナセル１６を適切に位置決めするために、ナセル１６は、風向計および風速計を含み得る少なくとも１つの気象学的測定システムも含み得る。気象測定システム５８は、風向２８及び／又は風速を含んでもよい情報を風力タービン制御装置３６に提供することができる。

この実施例では、ピッチシステム３２は、少なくとも部分的に、ハブ２０内にピッチアセンブリ６６として配置されている。ピッチアセンブリ６６は、１つ以上のピッチ駆動システム６８と、少なくとも１つのセンサ７０とを含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ったローターブレード２２のピッチ角を変調するために、それぞれのロータブレード２２（図１に示す）に結合される。図２には、３つのピッチ駆動システム６８のうちの１つだけが示されている。

実施例では、ピッチアセンブリ６６は、それぞれのローターブレード２２をピッチ軸３４を中心に回転させるために、ハブ２０に結合された少なくとも１つのピッチベアリング７２と、それぞれのローターブレード２２（図１に示す）とを含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを含む。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動ギアボックス７６に機械的な力を付与するように、ピッチ駆動ギアボックス７６に結合される。ピッチ駆動ギアボックス７６は、ピッチ駆動ギアボックス７６によってピッチ駆動ピニオン７８が回転されるように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合されている。ピッチベアリング７２は、ピッチドライブピニオン７８の回転がピッチベアリング７２の回転を引き起こすように、ピッチドライブピニオン７８に結合される。

ピッチ駆動システム６８は、風力タービン制御装置３６からの１つ以上の信号を受けてローターブレード２２のピッチ角を調整するために、風力タービン制御装置３６に結合される。実施例では、ピッチ駆動モータ７４は、ピッチアセンブリ６６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、電力及び／又は油圧システムによって駆動される任意の適切なモータである。あるいは、ピッチアセンブリ６６は、油圧シリンダ、ばね、および／またはサーボ機構など（これらに限定されない）の任意の適切な構造、構成、配置、および／または構成要素を含んでもよい。特定の実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性及び／又は風力タービン１０の構成要素にエネルギーを供給する貯蔵エネルギー源（図示せず）から抽出されるエネルギーによって駆動される。

ピッチアセンブリ６６は、特定の優先された状況の場合、および／またはロータ１８の速度超過の間、風力タービン制御装置３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための１つまたは複数のピッチ制御システム８０を含むこともできる。実施例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービン制御装置３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するために、それぞれのピッチ駆動システム６８に通信可能に結合された少なくとも１つのピッチ制御システム８０を含む。実施例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８と、センサ７０とに結合されている。風力タービン１０の通常運転中、風力タービン制御装置３６は、ロータブレード２２のピッチ角度を調整するためにピッチ駆動システム６８を制御してもよい。

実施形態によれば、例えばバッテリ及び電気コンデンサからなる電力発生器（Power generator）８４は、ハブ２０上に又はハブ２０内に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０、及びピッチ駆動システム６８に結合されて、これらの構成要素に電力源を提供する。実施例では、電源（power source）８４は、風力タービン１０の動作中にピッチアセンブリ６６に継続的な電力源を提供する。代替の実施形態では、電源８４は、風力タービン１０の電気的電力損失事象の間のみ、ピッチアセンブリ６６に電力を供給する。電力損失事象は、電力網の損失またはディップ、風力タービン１０の電気システムの誤動作、および／または風力タービン制御装置３６の故障を含み得る。電力損失事象の間、電力発生器８４は、ピッチアセンブリ６６が電力損失事象の間に動作できるように、ピッチアセンブリ６６に電力を供給するために動作する。

例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル、及び電源８４はそれぞれ、ハブ２０の内面８８によって画定された空洞８６内に配置される。代替の実施形態では、これらの構成要素は、ハブ２０の外面に対して位置決めされ、外面に直接又は間接的に結合されてもよい。

本明細書において、「プロセッサ」という用語は、当該技術分野においてコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路を広く指し、これらの用語は、本明細書において交換可能に使用される。

本開示の一態様では、風力タービン１０を動作させるための方法１００が提供される。風力タービン１０は、複数のブレード２２を含む風力タービンローター１８と、風力タービン発電機４２（例えば図１及び図２に図示されるようなもの）とを備える。風力タービン１０は、少なくとも自律モードにおいて、発電機４２から１つ以上の補助電源(auxiliary power sources)８４に電力を供給するように構成される。方法１００は、図３のフローチャートに模式的に示されている。

風力タービンは、少なくとも自律モードにおいて、発電機４２から補助電源に電力を供給するように構成されている。つまり、いくつかの例では、風力タービンは、さらに、通常運転時にも補助電源に電力を供給するように構成されている。

本方法は、ブロック１１０において、風力タービン１０のアイドリング運転のための所定の条件が満たされているか否かを判断することを備える。本方法は、ブロック１２０において、アイドリング運転のための所定の条件が満たされる場合、風力タービン発電機４２が所定の風速以上の補助電源の充電のための電力を生成するようにブレード２２をアイドリングピッチ角２５にピッチさせることをさらに備える。この方法は、ブロック１３０において、ブレード２２のピッチ角２５をアイドリングピッチ角２５に維持することと、ブロック１４０において、卓越風速が所定の風速に達するかそれを超える場合に補助電源８４を充電することとをさらに備える。

したがって、例えば風力タービン１０の全部または一部を危険にさらす可能性がある特定の状態が検出されると、風力タービンブレード２２は、発電機４２が１つまたは複数の補助電源８４を充電するための電力を生成できる所定のアイドリングピッチ角２５にピッチングされる。例えば、１つ以上のエネルギー貯蔵源（energy storage sources）８４は、ナセル１６内に設けられていてもよく、発電機４２に電気的に接続されていてもよい。所定のアイドリングピッチ角２５は、風速がある値に達すると補助電源８４が充電されるように（風速がどの値以下では充電されないように）選択されてもよい。ブレード２２のアイドリングピッチ角２５は、実質的に一定に保たれる。このようにすれば、風速がある風速以下であれば、風力発電機４２は補助電源の充電のための電力を供給することができなくなる。すなわち、低い風速では、発電機によって電力が生成されないか、生成される電力が補助電源に供給するのに適していない。適切な波形の電力を生成し、補助電源に（例えば適切な電力変換器を介して）供給するためには、ロータの回転速度がある程度低いことが必要であることが分かっている。しかし、風速がある風速に達すると、例えばそれを乗り越えると、発電機４２は電力を発生できるようになり、補助電源８４の充電が開始される。

このようにして、方法１００を実行することができない風力タービン１０と比較して、エネルギー貯蔵源、例えばバッテリー、キャパシタ、ＵＰＳまたはディーゼル発電機の数および／またはサイズを低減させることができる。

１つ以上の補助電源８４は、風力タービン１０に関して任意の適切な場所に配置されてもよい。いくつかの例では、１つまたは複数のエネルギー貯蔵装置８４は、ナセル１６内に配置されてもよい。図２において、補助電源８４は、ブレード２２のピッチシステム３２のために示されている。そのようなエネルギー貯蔵源は、他の実施例では、他の場所、例えば、タワー内、タワーの基部またはその近傍、移行ピースおよびその他に配置されてもよいことが理解されるべきである。また、図２の実施例または他の実施例において、さらなるエネルギー貯蔵装置８４を設けてもよいことが理解されるべきである。補助電源は、複数の風力タービン１０に電力を供給することができるように、ウインドファーム内に配置されることもある。

「所定の（予め定められた）：predetermined」は、アイドリング運転の条件、アイドリングピッチ角２５、補助電源の充電を可能にする閾値風速が、予め、例えば、アイドリング運転の条件が検出される前及び／又はアイドリングピッチ角を採用しなければならない前に決定又は知られていることを意味すると理解され得る。また、「所定の」は、アイドリングピッチ角および閾値風速が連続的に決定、適合、調整または特定されないことを意味することが理解されよう。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角２５は、特定の風速に達すると充電が開始されるように選択されてもよい。ピッチ角２５はまた、風力タービン１０が高い風速で損傷しないように選択されてもよい。高い風速は、本明細書では、カットアウト風速を超える風速、例えば２５ｍ／ｓを超える風速として理解されてよく、特にカットアウト風速よりもかなり高くてもよい。ブレード２２は、卓越風速に関係なく所定のピッチ角２５に維持されるので、ピッチ角２５は、高い風速、例えば３０ｍ／ｓ、４０ｍ／ｓ以上において、風力タービン１０に損傷を与えないように選択されることが望ましい。この点に関して、方法１００では、アイドリングピッチ角２５は、一旦適用されると、能動的または受動的に制御されず、固定される。

アイドリング運転の条件は、一般に、風力タービンを設置する前に決定、特定、または知られてよい。いくつかの例では、所定の風速及びアイドリングピッチ角は、風力タービンを設置する前に、又は風力タービンの設置若しくは試運転の間に決定されてもよい。他の例では、所定の風速とアイドリングピッチ角は、風力タービンの通常運転中または自律運転中に決定されてもよい。例えば、通常運転中又は自律運転中にアイドリング運転の条件が検出された場合、又はアイドリング運転の条件がある時間、例えば数時間又は数日後に満たされることが知られている又は疑われる場合、天気予報が、所定の風速及びアイドリングピッチ角度を決定するために使用されてもよい。このような所定の風速は、いくつかの例では、遠隔操作センターから受信されてもよい。

いくつかの例では、ある期間にわたる風力タービンサイトでの風速の統計的分布が知られている場合がある。例えば、数週間又は数ヶ月間の風力タービンの設置場所における風速の推移が知られている場合がある。風速分布を考慮して、風力タービンがアイドリング中に１つ以上の補助電源８４への電力供給を開始することになる適切な閾値風速が選択されてもよい。例えば、ある期間にわたる最も確率の高い風速である。他の例では、一定期間内に少なくとも一定回数、例えば１週間に１回、１つ以上の補助電源８４を充電するための最低風速が、風速分布から決定されてもよい。そして、選択された風速に到達したときに発電機４２が発電を開始するために必要なロータ速度が計算されてもよい。最後に、算出されたロータ速度を達成するためのブレード２２のピッチ角が決定されてもよい。所定のアイドリングピッチ角が強風時に風力タービンの損傷を引き起こす可能性があると考えられる場合、例えば、最初に選択されたアイドリングピッチ角でコンピュータシミュレーションを行った後、代わりに別のアイドリングピッチ角が選択されることがある。

別の例では、風速閾値および対応するアイドリングピッチ角度を選択する際に、安全性への配慮、例えば強風時の過剰な風力タービン負荷の回避または低減が優先される場合がある。風の統計的分布に基づいて、例えば２週間の電力網からの切断の間に非常に高い風速が発生する可能性があることを確率的に計算することができる。このような確率計算に基づいて、そのような強風が発生しても、負荷とアイドリング風速が許容できるようなピッチ角を決定することもできる。この方法により、ピッチ角が大きくなり、アイドリング中の補助電源の充電頻度が少なくなる可能性がある。

気象予報を利用して所定の風速と所定のアイドリングピッチ角度を決定する場合も、同様の配慮が必要である。

本開示を通じて、風力タービンブレード２２のピッチ角は、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを参照して、基準線２６とブレードのコード２７との間で、断面において測定され得る角度２５として理解され得る。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃにおいて点線で示される基準線２６は、風力タービン１０のロータ平面に実質的に平行であってよい。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ブレード２２を断面で模式的に示している。矢印「ＴＷ」を参照した風は、これらの図において左から右へ吹いていてもよい。風力タービンブレード２２は、ロータ１８面内で回転し、本図では、下方向に移動するため、見かけ上の風の流れ、矢印「ＡＷ」参照は、上方向になる。見かけ上の風ＡＷは、ブレードの回転による風と、ブレード２２に対して軸方向ＴＷに吹き付ける風とで構成される。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃに示すプロファイルの右側は、ブレードの吸引側と理解することができ、一方、左側は、ブレードの圧力側と理解することができる。

図４Ａにおいて、ブレードは、ピッチ角２５の基準位置にある。基準位置において、ブレードのコード２７は、基準線２６に実質的に平行である。図４Ａでは、ブレードのコード２７と基準線２６とが重なっている。したがって、ピッチ角２５は、０°または「デフォルトのピッチ角：default pitch angle」であってもよい。デフォルトのピッチ角、又は「基準位置：reference position」は、風力タービンブレード２２が、低い風速の範囲、例えば公称以下の風速の範囲にわたって維持する位置であってよい。

図４Ｂでは、ブレードが基準位置から離れる方向にピッチしている。したがって、図４Ｂのピッチ角２５は、図４Ａよりも図４Ｂの方が高い（大きい）。図４Ｃでは、ピッチ角２５は、基準位置に対してさらに大きくなっている。ピッチ角２５を大きくすることは、一般に、風力タービンロータを減速させ得るすなわち風力タービンブレードが、風力タービンロータの空気力学的トルクを低減するために、より少ない揚力及びより多くの抗力を生成するように構成される位置に設定される。ブレード２２を基準位置から約９０°にピッチングさせると、風力タービンがフェザー状態になり、場合によっては完全に停止するか、少なくともその回転速度が大幅に低下する可能性がある。ブレードのフェザー位置は、風力タービンが例えばメンテナンスのために停止（Park）されているときにブレードが置かれる可能性がある位置である。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、５５°と８０°の間、具体的には６０°と７５°の間であってもよい。この間隔のピッチ角２５は、頻繁に発生する風速で既に補助電源の充電を可能にし、したがって充電が発生する時間期間を最大化し、また高い風速、例えばカットアウト風速以上での風力タービンの損傷を回避し得る。他の実施例では、他のピッチ角２５が適切とみなされ、したがって、アイドリングピッチ角として設定されてもよい。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、ブレード２２がアイドリングピッチ角にあり、卓越風が所定の風速であるときに、ロータ１８が少なくとも１．５ＲＰＭで、具体的には少なくとも１．８ＲＰＭで、より具体的には少なくとも２ＲＰＭで回転するようになってもよい。発電機４３が発電を開始し、エネルギー貯蔵装置を充電するために、ロータ１８の最小回転速度が必要であってよい。このような最小回転速度は、２ｒｐｍ程度であってもよく、特定（所定）の風速で最小回転速度になるように所定のピッチ角が設定されてもよい。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、所定の風速が少なくとも８ｍ／ｓ、具体的には少なくとも１０ｍ／ｓ、より具体的には少なくとも１２ｍ／ｓとなるようなものであってよい。これらの例のいくつかでは、所定の風速は、８、１０または１２ｍ／ｓと２０ｍ／ｓとの間であってもよい。少なくとも８ｍ／ｓの風速で、例えば８ｍ／ｓと２０ｍ／ｓの間の風速で充電を開始できるピッチ角を設定することにより、充電が可能な時間帯と、強風時の風力タービンの損傷を回避することのバランスがよくなる場合がある。

いくつかの例では、アイドリング運転の所定の条件が満たされているかどうかを判断することは、危険な状態が存在するかどうかを判断することを含んでいてもよい。危険な運転条件が判断され、風力タービンが動作しない場合、風力タービンが損傷する可能性がある。損傷を回避するために、風力タービンのブレードは、アイドリングピッチ角までピッチングされる。

１つ以上の危険指標が検出されてもよい。いくつかの例では、卓越風速がカットアウト風速以上であるかどうかが判断されてもよい。卓越風速は、例えば、気象測定システム５８、例えば、風速計によって決定されてもよい。いくつかの例では、ロータ１８の速度がロータ速度最大閾値以上であるか否かが判断されてもよい。ロータ速度の現在値は、例えば、シャフトセンサ５１又は発電機センサ５１によって決定されてもよい。いくつかの例では、風力タービンの負荷が負荷閾値以上であるか否かが判断されてもよい。負荷は、力、応力、及び振動のうちの少なくとも１つを含んでもよい。風力タービンの負荷を判定するために、軸センサ５１が使用されてもよい。一般に、当技術分野で知られている異なる風力タービンの位置に配置された異なる種類のセンサが使用されてもよい。これらの危険な条件のうちの１つ以上が満たされた場合、ブレード２２はアイドリングピッチ角までピッチングされる。ピッチングは、風力タービン及び／又はウインドファームのエネルギー貯蔵システムを充電する機会を得ながら、風力タービンの損傷を回避するのに役立つ場合がある。

いくつかの例では、アイドリング運転のための所定の条件が満たされたかどうかを判断することは、電力網への電力供給を減らすための条件または停止するための条件が満たされたかどうかを判断することを含んでいてもよい。これは、例えば、電力網がアンバランスであり、電力網が過剰に電力を受け取っている場合、または、例えば、風力タービンローター１８が速く回転しすぎる場合、風力タービンが損傷するリスクが高い場合であってもよい。この判断が肯定的である場合、ブレード２２をアイドリングピッチ角にピッチングさせる以外に、方法は、電力網への電力供給を低減または停止することをさらに含んでいてもよい。

さらに、本方法は、いくつかの例において、電力網から電力を得ることを停止することをさらに含むことができる。風力タービンは、それに応じて、電力を電力網に供給することができないだけでなく、電力網から電力を受信することもある。本開示を通じて、風力タービン１０が電力網に電力を供給せず、また電力網から電力を取得しない場合、風力タービンは電力網から（電気的に）切り離されていると言うことができる。ブレード１２０をアイドリングピッチ角にピッチングすることが最初に行われ、その後、風力タービンが電力網から切り離されてもよい。

いくつかの例では、アイドリング運転の所定の条件が満たされているかどうかを判断することは、風力タービン１０が電力網から電力を引き出すことができないかどうかを判断することを含んでいてもよい。いくつかの例では、例えば、母線又はいくつかのケーブルが損傷又は破損しているため、風力タービンと電力網との間の物理的接続が欠落している可能性がある。他の例では、風力タービンと電力網との間の物理的な接続は存在しても、他の理由、例えば電気的な欠陥によって、風力タービンが電力網から電力を得ることができないことがあり得る。いくつかの例では、所定の動作条件が満たされているかどうかを判断することは、風力タービンが電力網への接続を失ったかどうか、すなわち、電力網から電力を引き出すことができないことに加えて、風力タービンが電力網に電力を供給することができない場合を判断することを含んでいてよい。

アイドリング運転のための所定の条件を満たすか否かの判断は、いくつかの例では、風力タービンの通常運転中、すなわち風力タービンが電力網に電力を供給している間に実行されてもよい。例えば、風力タービンの危険な状態の存在と、風力タービンが電力網に電力を供給及び／又は電力網から電力を引き出すことができるか否かとが、風力タービンの通常運転中に確認されてもよい。

風力タービンが通常の運転モードである間に決定するステップ１１０が実行される場合、風力タービン１０は、いくつかの例では、自律運転モードを開始することができる。このモードでは、風力タービンの関連する電気システムは、運転を維持するために補助電源によって給電される場合がある。例えば、通信システム及び温度調節システム及び換気システムを動作状態に維持することが必要である場合がある。ブレードはアイドリングピッチ角で配置されているため、補助電源は、卓越風速が少なくとも所定の風速に達したときにのみ充電される。重要な電気システムは、より長い時間、作動し続けることができる。代替的または追加的に、エネルギー貯蔵システムの数および／またはサイズを減少させることができる。

いくつかの例では、「通常運転」中である代わりに、風力タービンは、決定ステップ１１０が実行されるときにすでに自律運転モードであってもよい。これらの例では、アイドリング運転の所定の条件が満たされているかどうかを判断することは、補助電源のうちの１つまたは複数のエネルギーレベルがエネルギー閾値を下回っているかどうかを判断することを含んでもよい。この条件が満たされる場合、風力タービンブレード２２は、蓄電装置を充電するために所定のピッチ角までピッチングされてもよい。より大きい又はより小さいエネルギー閾値は、例えば、風力タービンの位置、予想される風速、電力網接続のない予想時間等に応じて選択されてもよい。アイドリングピッチ角度になると、ピッチ角度は実質的に一定に保たれる。言い換えれば、能動的または受動的なピッチ制御は行われない。他の適切な条件は、他の実施例で確認することができる

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、少なくともアイドリング動作を停止するための条件が検出されるまで維持されてもよい。例えば、卓越風速が風力タービンに危険を及ぼさなくなると、風力タービンブレード２２は、アイドリングピッチ角から離れるようにピッチングされてもよい。いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、少なくとも風力タービン１０が電力網から電力を取り出すことができるまで、例えば、少なくとも風力タービンが電力網との接続を回復するまで維持されてもよい。例えば、風力タービンが自律モードで運転している場合、風力タービンは、電力網の故障が解消されたとき又は電力網の状況が変化したときにいつでも系統との接続を回復することができるようにしてもよい。その後、ブレードのピッチ角度を維持するか変更するかを決定してもよい。風力発電が自律モードで運転しているときに補助電源が枯渇してしまった場合、補助電源に十分なエネルギーが戻れば自律モードを再開することができる。すなわち、この方法は、補助電源が枯渇した後に自律モードを再始動し、その後、所定の風速以上で充電することをさらに含むことができる。アイドリングピッチ角は、必要な限り維持されてもよい。風力タービンが電力網から少なくともエネルギーを引き出すことができるようになるまでに、自律モードが複数回再始動されることがある。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、少なくとも、１つ以上の電源８４の貯蔵エネルギー閾値が達成されるまで維持されてもよい。例えば、アイドリングピッチ角は、いくつかの、あるいはすべての、電力源が８０％、９０％、９５％、あるいはそれ以上のエネルギー貯蔵レベルに到達するまで維持されてもよい。これらの例のいくつかでは、貯蔵エネルギーの閾値が達成されると、例えば、電力源が実質的に完全に再充電されると、ブレード２２は、フェザー位置、例えば、約９０゜にピッチングされてもよい。

いくつかの例では、アイドリングピッチ角は、所定の期間が満了するまで維持されてもよい。例えば、ブレードのピッチ角は、第１の所定の期間の間、アイドリングピッチ角で維持されてもよく、ブレードは、第２の所定の期間の間、フェザー位置に変更され、かつ、その位置で維持されてもよい。第１の期間と第２の期間とは、アイドリング運転中に含まれる。第２の期間は、第１の期間が終了した直後に開始されてもよい。また、第１の期間と第２の期間とが交互に繰り返されてもよい。例えば、ブレードは、第１の期間の間、所定のアイドリングピッチ角で維持され、その後、ブレードは、第２の期間の間、フェザリングされて維持され、その後、ブレードは、第１の期間の間、再びアイドリングピッチ角に位置し、そのように維持されても良い。

いくつかの例では、方法は、ブレードがアイドリングピッチ角で配置されている間に危険な状態が検出された場合、アラームをトリガーすることをさらに含んでもよい。アラームは、任意の適切な形態で伝達されてもよい。例えば、アラームは、出力メッセージであってもよく、出力メッセージは、風力タービンのオペレータまたは遠隔操作センターに送信されてもよい。出力メッセージは、危険な状態、例えば、過度の風速または荷重を示すことができる。アラームに応答して、ブレード２２のピッチ角２５は、いくつかの例において、風力タービンの損傷のリスクを低減するために（わずかに）修正されてもよい。これは、アクティブピッチ制御（active pitch control）としてではなく、非常に強い風、負荷またはその他が風力タービンを危険にさらす場合の固定ピッチ制御のわずかな適応として対応することもできる。

図５は、ウインドファームの風力タービン１０、例えば洋上風力タービンがウインドファームのバスバー（母線）１０１に接続され、さらに第１のスイッチ１０３によって電力網１０２に接続される例を模式的に示している。ウインドファームのバスバー１０１には、ウインドファームの全ての風力タービン（図示せず）が接続されている。電力網１０２とウインドファームのバスバー１０１との接続は、第１のスイッチ１０３によって管理（regulate）される。

風力タービンの発電機４２は、風の状態の変化により周波数が変動する交流（交流）電力を発生する。発電機４２から出力される電力を、電力網１０２に適したもの、例えば固定周波数を有する交流電力に調整するための電力変換器１０４が設けられていてもよい。電力変換器１０４は、機械側変換器と、ライン側変換器と、機械側変換器とライン側変換器を接続するＤＣ（直流）リンク（図示せず）とから構成されてもよい。

風力タービンの発電機４２は、いくつかの例では、複数の永久磁石を担持する発電機ロータと、固定子とからなる永久磁石発電機であってもよい。永久磁石発電機は、風力タービンのロータ１８によって直接駆動されてもよい。発電機の固定子は、機械側変換器に接続されてもよく、この変換器は、受け取ったＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧はその後ＤＣ－リンクに供給されるように構成されてもよい。ライン側変換器は、ＤＣ－リンクからのＤＣ電圧を固定周波数のＡＣ電圧に変換するように構成されてもよい。

ライン側変換器は、主変圧器１０５を介してウインドファームのバスバー１０１に接続されてもよい。主変圧器１０５は、電力変換器１０４によって供給される電圧を、例えば３．３ｋＶにステップアップするように構成されてもよい。主変圧器１０５は、いくつかの例では、風力タービンのナセル１６またはタワー１５内に設置されてもよい。主変圧器１０５は、他の実施例では、他の適当な場所に配置されてもよい。

風力タービンはまた、風力タービンのいくつかの電気要素に低電圧電力源、例えば約４００Ｖを供給するように構成された補助変圧器１０７を含んでもよい。補助変圧器１０７は、例えば、換気システム及び温度調節システムなどの風力タービンの重要な電気部品１０８に電力を供給することができる。補助変圧器１０７は、風力タービンのナセル１６内に収容されてもよく、主変圧器１０５に接続されてもよい。

ウィンドファームは、ウィンドファーム電圧から電力網のグリッド電圧に電力を変換する例えばウィンドファーム変圧器を含む変電所から構成されてもよい。いくつかの例では、補助変圧器１０７もまた、変電所に配置されてもよい。補助変圧器１０７は、それに応じて、複数の風力タービンに補助電力を供給してもよい。補助変圧器１０７は、一般に、ウィンドファーム内の任意の適切な場所に配置されてもよい。

１つ以上の補助電源８４は、図５の例のように、第２のスイッチ１０６を介してウインドファームのバスバー１０１に接続されてもよい。１つ以上の補助電源８４は、いくつかの例では、ウィンドファームの変電所に備えられてもよい。したがって、補助電力は、複数の風力タービンに同時に供給されてもよい。他の実施例では、１つ以上の補助電源８４は、各風力タービンに個別に電力を供給するために、個々の風力タービンの近く又は内部に設置されてもよい。単一の風力タービンに補助電力を供給するための１つまたは複数の補助電源だけでなく、２つ以上の風力タービンに補助電力を供給するための１つまたは複数の補助電源も提供されてもよい。一般に、補助電源８４の任意の適切な数および位置が選択されてもよい。

図５の例では、主変圧器１０５は、電力網１０２から第１の電圧で電力を受け取り、１つ以上の補助電源８４から第１の電圧とは異なる第２の電圧、例えば第１の電圧よりも低い電圧で電力を受け取るように構成される。電力網１０２は、通常運転時にウインドファームのバスバー１０１に電力を供給するように構成され、補助電源（複数可）８４は、例えば電力網の損失の場合にバスバー１０１に電力を供給するように構成される。風力タービンは、風力タービンの通常運転時に、第１の電圧で電力網１０２に電力を供給し、任意選択で第２の電圧で補助電源８４に電力を供給するように構成される。風力タービンは、風力タービンの自律的な運転モードにおいて、第２の電圧で補助電源８４に電力を供給するように構成されている。

風力タービンが電力網１０２から電力をもはや受け取ることができない場合、風力タービンは１つまたは複数の補助電源８４から電力を引き出し始めてもよい。風力タービン１０の重要な電気コンポーネント１０８は、したがって、風力タービンの補助変圧器１０７を介して電力を供給されてもよい。補助風力タービン変圧器１０７は、風力タービンの主変圧器１０５から受け取った電力を、それが給電する風力タービンの電気部品が必要とする電圧レベル、例えば３．３ｋＶから０．４ｋＶに変圧してもよい。したがって、風力タービンのロータ１８が所定の風速以上で回転し、ブレード２２がアイドリングピッチ角のときに、電源８４の蓄電池を充電することができる。

以上の説明は、主変圧器１０５、補助変圧器１０７、補助電源８４の数や位置、電圧レベル、電力を引き出す／送る風力タービン１０の数などに適応することができる。

いくつかの例では、無停電電源装置（図示せず）が、いくつかの重要な電気部品１０８と共に配置されてもよい。電力網の損失の場合、いくつかの補助電源（複数可）８４から重要な電気構成要素に電力が供給されるまでに時間がかかることがある。例えば、ディーゼル発電機は、フルパワーを供給できるようになる前に始動し、ウォームアップする必要がある。無停電電源装置（図示せず）は、例えば最大約３０分以上、電力を供給する能力がある場合がある。しかしそれまでに、利用可能な補助電源８４からの電力供給が確立される必要がある。

本開示のさらなる態様では、風力タービン１０を動作させるための方法２００が提供される。風力タービン１０は、複数のブレード２２を含むロータ１８と、発電機４２とを備える。風力タービン１０は、少なくとも風力タービンの自律的な運転モードにおいて、発電機４２から１つ以上の補助電源８４に電力を送るように構成される。方法２００は、図６のフローチャートに示されている。方法１００に関する態様および説明は、方法２００に組み合わせて適用することができ、その逆もまた可能である。

本方法は、ブロック２１０で、風力タービン１０が自律運転モードにあるとき、ブレード２２をアイドリングピッチ角までピッチングさせることを備える。本方法は、ブロック２２０において、アイドリングピッチ角に対応する固定ピッチ角で風力タービンのロータをアイドリングすることをさらに備える。すなわち、ブレード２２のピッチ角２５は、アイドリング・ピッチ角に維持される。本方法は、ブロック２３０において、アイドリング中のロータ回転速度が回転速度閾値以上であるとき、すなわち、発電機において発電され（電力変換器で変換され）、補助電源及び／又は補助構成要素に供給される電力のためにロータが十分に高い速度でアイドルするように卓越風速が十分に高いとき、補助電源に充電することをさらに備える。

本方法は、ブロック２４０において、所定の（動作）条件が満たされたときに、ブレードのピッチ角を変更することをさらに含む。

いくつかの例では、ピッチング２１０のステップが実行される前に、アイドリング運転のための所定の条件が検出されてもよい。例えば、補助電源８４の１つ以上のエネルギーレベルがエネルギー閾値以下であるか否かが判断されてもよい。他の例では、ピッチング２１０は、電力網から電力を引き出す能力が失われ、これが検出されることに応じて実行されてもよい。さらに別の例では、ピッチング２１０は、電力網から電力を得ることができないことが検出された後、ある期間、例えば数分などの所定時間の後に、実行されてもよい。

いくつかの例では、風力タービン１０は、ブレード２２が補助電源の充電を可能にする所定のピッチ角、例えば約７０゜にピッチされる前に、ブレードがフェザー位置、例えば約９０゜のピッチ角でアイドリングされてもよい。

所定の動作条件は、電力網から電力を引き出す能力を回復すること、例えば電力網への接続を回復すること、及び例えば高い風速に起因するアラームのトリガーを１つ以上含んでもよい。いくつかの例では、所定のピッチ角は、風速が少なくとも８ｍ／ｓ、具体的には少なくとも１０ｍ／ｓ、より具体的には少なくとも１２ｍ／ｓであるようなピッチ角である。

いくつかの例では、所定のピッチ角は５５°から８０°の間である。

本開示のさらなる態様では、本明細書に開示される方法１００、２００のいずれかを実行するように構成された風力タービン１０が提供される。風力タービン１０は、複数のブレード２２を含むローター１８と、発電機４２と、任意選択で１つ以上の補助電源８４とを備える。風力タービンは、少なくとも風力タービンの自律的な運転モードにおいて、発電機４２から１つ以上の補助電源８４に電力を供給するように構成される。このように、一定のアイドリング条件が検出され、ブレード２２が所定のピッチ位置に位置決めされて保持された場合に、補助電源が充電されるようにしてもよい。なお、風力タービン１０は、陸上風力発電装置であってもよいし、洋上風力発電装置であってもよい。

風力タービン１０は、本明細書で説明した方法のいずれかを実行するように構成された制御システムを含んでいてもよい。

この書面の説明は、好ましい実施形態を含む教示を開示し、また、当業者であれば誰でも、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む、教示を実践することができるように、例を用いて説明するものである。特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。説明した様々な実施形態からの側面、及びそのような各側面に対する他の既知の等価物は、当業者であれば、本願の原理に従って追加の実施形態及び技術を構築するために混合及びマッチングすることが可能である。請求項において、図面に関連する参照符号が括弧内に配置されている場合、それらは、単に請求項の明瞭性を高めようとするためのものであり、請求項の範囲を限定するものと解釈してはならない。

１０：風力タービン １２：地面 １４：支持システム １５：タワー １６：ナセル １８：ロータ ２０：ハブ ２２：ロータブレード ２４：ブレード根元部分 ２５：ピッチ角 ２６：基準線 ２６：荷重伝達領域 ２７：コード ２８：風向 ３０：ロータ軸 ３２：ピッチシステム ３４：ピッチ軸 ３６：風力タービン制御装置 ３８：ヨー軸 ４２：発電機 ４３：通信モジュール ４４：メインシャフト ４５：ロータ速度基準曲線 ４６：ギアボックス ４８：高速シャフト ５０：カップリング ５１：軸センサ ５２：メインフレーム ５３：発電機センサ ５４：デカップリング支持手段 ５６：ヨー駆動機構 ５８：気象測定システム ６０：主前方支持軸受 ６２：後方支持軸受 ６４：駆動列 ６６：ピッチアセンブリ ６８：ピッチ駆動システム ７０：センサ ７２：ピッチベアリング ７４：ピッチ駆動モータ ７６：ピッチ駆動ギアボックス ７８：ピッチ駆動ピニオン ８０：ピッチ制御システム ８４：発電機 ８６：キャビティ ８８：内面 ９０：変圧器 １０１：バスバー １０２：電力網 １０３：トルクアーム １０４：電力変換器 １０５：主変圧器 １０７：補助変圧器 １０８：電気部品

Claims (15)

1. 複数のブレード（２２）を備える風力タービンローター（１８）と、風力タービン発電機（４２）とを含む風力タービン（１０）を運転するための方法（１００）であって、風力タービン（１０）が、自律運転モードにおいて、発電機（４２）から１つ以上の補助電源（８４）に電力を供給するように構成され、方法は、
   風力タービン（１０）のアイドリング運転のための所定の条件が成立しているか否かを判定するステップ（１１０）と、
   アイドリング運転のための所定の条件が満たされる場合、所定の風速以上のアイドリング中に風力発電機（４２）が補助電源（８４）を充電するための電力を生成するように、ブレード（２２）をアイドリングピッチ角へピッチングするステップ（１２０）と、
   アイドリング中にブレード（２２）のピッチ角（２５）をアイドリングピッチ角に維持するステップと、
   卓越風速が所定風速以上となったときに、補助電源（８４）を充電するステップと、
   を含む、方法。
2. アイドリングピッチ角が５５゜～８０゜、具体的には６０゜～７５゜である、請求項１に記載の方法。
3. ブレード（２２）がアイドリングピッチ角にあり、卓越風速が所定の風速であるとき、アイドリングピッチ角は、ロータ（１８）がアイドリング時に少なくとも１．５ＲＰＭで回転し、具体的には少なくとも１．８ＲＰＭで、さらに具体的には少なくとも２ＲＰＭで回転する、請求項１または２に記載の方法。
4. アイドリングピッチ角は、所定の風速が少なくとも８ｍ／ｓ、具体的には少なくとも１０ｍ／ｓ、より具体的には少なくとも１２ｍ／ｓとなるようにする、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. アイドリング運転のための条件を満たすか否かを判断することは、危険な状態が存在するか否かを判断することを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. アイドリング運転のための条件を満たすか否かを判断することは、電力網（１０２）への電力供給を低減する条件または停止する条件が満たされたかどうかを判断することを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 電力網（１０２）への電力の供給をさらに減少または停止するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. アイドリング運転のための条件を満たすか否かを判断することは、風力タービン（１０）が電力網（１０２）から電力を引き出すことができないかどうかを判断することを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. アイドリング運転のための条件を満たすか否かを判断することは、風力タービン（１０）の通常運転中に行われる、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 自律運転モードを開始するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. アイドリング運転のための条件を満たすか否かを判断することは、風力タービン（１０）が自律運転モードにあるときに実行される、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
12. 補助電源（８４）の枯渇後に自律モードを再開し、その後、所定の風速以上で充電するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 少なくともアイドリング運転停止条件が検出されるまで、アイドリングピッチ角が維持される、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. アイドリングピッチ角は、少なくとも風力タービン（１０）が電力網（１０２）との接続を回復するまで維持される、請求項１２に記載の方法。
15. 複数のブレード（２２）を備える風力タービンのローター（１８）と、
    発電機（４２）と、
    制御システム（３６）と、
    を含み、
    制御システム（３６）は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法を実行するように構成されている、風力タービン（１０）。

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