JP2024035741A - 風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置 - Google Patents

風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置を提供する。【解決手段】風力発電装置制御システムは、風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出するブレード風検出装置と、ブレード風検出装置が検出した風向と風速の少なくとも１つに基づいて、少なくとも１つのブレードのピッチ角度と、風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明のいくつかの態様は、風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置に関する。
特許文献１では、複数枚のブレードと、ナセル、タワーなどを備える風力発電装置が開示されている。この特許文献１では、風向を検出するナセル風向検出装置をナセル上に設置している。そして、ナセル上に設置されるナセル風向検出装置が検出する風向のデータに基づいて、タワー上に取り付けられるナセルの回転角度（つまり、ヨー角度）を制御している。このような制御を行うことにより、特許文献１では、風力発電装置の発電量を向上させたり、ブレードを駆動する駆動部が、突風により衝撃を受けることを回避したりしている。
特開２０２０－１１８０７６号公報
特許文献１で開示されている風力発電装置では、風力発電装置に向かって吹く風により、複数のブレードが回転する。ナセル上に設けられているナセル風向検出装置は、複数のブレードの間を通り抜けた風を検出する。しかし、特許文献１で開示されている風力発電装置では、ナセル風向検出装置が、複数のブレードの後方に設けられており、複数のブレードと、ナセル風向検出装置との距離が離れている。そのため、ナセル上に設けられているナセル風向検出装置が検出する風向は、複数のブレード上での風向とは異なる場合がある。よって、特許文献１で開示されている風力発電装置では、複数のブレード上における風向を正確に把握して、風力発電装置のタワー上に取り付けられるナセルの回転角度（つまり、ヨー角度）を制御することができない場合がある。
本発明のいくつかの態様は、上記課題を解決するためになされたものであって、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置を提供することを目的とする。
（１） 上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムは、風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出するブレード風検出装置と、前記ブレード風検出装置が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのブレードのピッチ角度と、前記風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、を備える。
この構成によれば、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
（２） なお、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレード上に設けられる少なくとも１つの応力センサと、前記ブレード上に設けられ、前記応力センサの測定結果を前記ブレード制御装置に無線送信する送信部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードにおける風向や風速のデータを、ブレードが回転中であっても無線通信により取得することができ、取得したデータに基づいて、風力発電装置を駆動することができる。
（３） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記応力センサは、前記ブレードの円周方向に沿って設けられる複数の応力センサであってもよい。
この構成によれば、ブレードの円周方向に設けられる複数の応力センサにより、ブレードの周囲３６０度の方向から吹いてくる風の状態を把握することができるため、ブレードが受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
（４） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレードのピッチ角度を取得するピッチ角度取得部と、前記応力センサの測定時点における前記ピッチ角度に基づいて、前記複数の応力センサの内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果とに基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードのピッチ角度が変化する場合であっても、ブレードに取り付けられている複数の応力センサの位置を正確に特定することができ、風向と風速を正確に求めることができる。
（５） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレードが風を受けたことに起因して回転する際の回転中心軸における回転角度を取得する回転角度取得部と、前記応力センサの測定時点における前記回転角度に基づいて、前記複数の応力センサ内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果に基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードが回転している場合であっても、ブレードに取り付けられている複数の応力センサの位置を正確に特定することができ、風向と風速を正確に求めることができる。
（６） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、風速と前記応力センサの測定結果との対応関係を示す対応情報を記憶する対応情報記憶部と、前記複数の応力センサのそれぞれの測定結果を統計処理した指標値を算出する指標値算出部と、前記指標値と前記対応情報とに基づいて、前記ブレード上の風速を検出する風速検出部と、を備えてもよい。
この構成によれば、風速と前記応力センサの測定結果との対応関係を示す対応情報が予め作成され、それに基づき、風速が検出されるため、検出処理に要する負荷を軽減することができる。
（７） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記風力発電装置のナセルに取り付けられるナセル風向検出装置を更に備えてもよく、前記制御部は、前記ブレードが定格回転に到達するまでは、前記ナセル風向検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御し、前記ブレードが前記定格回転に到達している間は、前記ブレード風検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御してもよい。
この構成によれば、風力発電装置のブレードが定格回転に到達した後に、ナセルに取り付けられる風向検出装置で検出される風向から、ブレードに設けられる検出部で検出される風向などに基づいて、風力発電装置が駆動されるように切り替えられるため、風力発電装置が発電中の風の状態を適切に把握して、風力発電装置を駆動することができる。
（８） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備えてもよく、前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、前記駆動装置にかかる負荷が所定の閾値を超えた際に、前記ヨー駆動装置にかかる負荷が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置とを更に備えてもよい。
この構成によれば、負荷測定部で測定した負荷のデータや、ブレードに設けられる検出部の検出結果のデータを、風力発電装置で記憶し続ける必要が無いため、風力発電装置の記憶容量を少なくすることができ、外部に送信するデータを風力発電装置の状態を把握するために利用することができる。
（９） また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備えてもよく、前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、前記風向偏差が所定の閾値を超えた際に、前記風向偏差が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置とを更に備えてもよい。
この構成によれば、負荷測定部で測定した負荷のデータや、ブレードに設けられる検出部の検出結果のデータを、風力発電装置で記憶し続ける必要が無いため、風力発電装置の記憶容量を少なくすることができ、外部に送信するデータを風力発電装置の状態を把握するために利用することができる。
（１０） 本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムは、風力発電装置が備える少なくとも１つのブレードにかかる応力を測定する応力センサと、前記応力センサの測定結果に基づいて、前記ブレードのヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置の出力を停止し、且つ、前記ヨー駆動装置の回転駆動を制動する制動機構による制動を解除する解除部と、を備える。
この構成によれば、ブレードに強い力が加わった場合に、ヨー駆動装置の駆動が行われないため、ヨー駆動装置が故障するのを防ぐことができる。
（１１） 本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレードの根元から先端までの距離をＺとした場合に、前記応力センサは、前記ブレードの根元から０～Ｚ／８までの領域に設けられてもよい。
この構成によれば、ブレードが主軸回転する際のブレード風検出装置の移動距離が小さくなる。そのため、主軸回転に基づく影響をより少なくすることができ、風力発電装置が受ける風を、ブレードで、より正確に検出することができる。
（１２） 本発明の第２の態様によるブレード風検出装置は、風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出する検出部と、前記検出部が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つをブレードの回転によって発電する発電機を内蔵するナセル内に設けられたブレード制御装置に無線送信する送信部と、を備える。
この構成によれば、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
本発明のいくつかの態様によれば、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システムの一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置が備えるナセル及びの構造を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置が備えるブレードの構造を示す模式図である。 図３におけるＡ－Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システムが備えるブレード風検出装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システムが備えるブレード制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システムのブレード風検出装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの測定により得られるデータの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システムのブレード制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるブレード制御装置の制御部が生成するデータの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システムの一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システムが備えるブレード制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システムのブレード制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システムの処理について説明するグラフである。 本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムが備えるブレード制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムのブレード制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムの処理について説明するグラフである。
以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａの一例を示す斜視図である。風力発電装置制御システム１００ａは、風力発電装置２００、ブレード制御装置３００ａと、ブレード風検出装置４００（ブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃ）を備える。
風力発電装置２００は、タワー２１０と、ナセル２２０と、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃと、ハブ２４０とを備える。なお、図１では、風力発電装置２００が、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを備える場合について示しているが、これに限定されるものではなく、風力発電装置２００が、２つ以下のブレードを備えるようにしてもよいし、４つ以上のブレードを備えるようにしてもよい。タワー２１０は、円柱状の構造体である。タワー２１０の中心軸は、地面に垂直となるように設置される。ナセル２２０は、タワー２１０の上端に取り付けられる。ナセル２２０は、タワー２１０の中心軸を回転軸として回転（ヨー回転）することが可能である。ナセル２２０の内部には、ブレード制御装置３００ａが内蔵される。
ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれは、細長い平板上の形状をしている。ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、ハブ２４０を中心として放射状に固定されるように、ハブ２４０に取り付けられる。２つのブレードの長手方向は、１２０度で交わる。ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれの根元には、風速を検出するブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃが設置されている。
図２は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置１００ａ（図１）が備えるナセル２２０及びブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの構造を示す模式図である。ナセル２２０内には、発電機２６０が設置されている。ハブ２４０に連結された主軸２５０の回転は、増速器２７０により増速され、発電機２６０に伝達されることにより発電が行われる。なお、ナセル２２０内には、ブレード制御装置３００ａが内蔵されるが、図２では、ブレード制御装置３００ａの図示を省略している。風力発電装置１００ａでは、３つの回転が生じる。１つ目の回転は、ナセル２２０が、円柱状のタワー２１０の中心軸を回転軸として回転するヨー回転Ｒ１である。２つ目の回転は、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが取り付けられたハブ４０が、地面と水平な軸である主軸２５０を回転軸として回転する主軸回転Ｒ２である。３つ目の回転は、細長い平板上のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの長手方向を回転軸として回転するピッチ回転Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３である。
図３は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置１００ａ（図１）が備えるブレード２３０ａの構造を示す模式図である。なお、ブレード２３０ｂ及びブレード２３０ｃは、図３に示すブレード２３０ａと同様の構成を有する。ブレード２３０ａは、根元２３２から先端２３１まで、長手方向Ｄ１に伸びる細長い平板状の形状をしている。ブレード２３０ａの根元２３２は、ハブ２４０に取り付けられ、長手方向Ｄ１を軸として回転可能なように固定される。
ブレード２３０ａの根元２３２の近傍には、ブレード２３０ａの円周方向に沿ってブレード風検出装置４００ａが配置される。なお、ブレード２３０ａの根元２３２の近傍とは、例えば、ブレード２３０ａの先端２３１から根元２３２までの距離をＺとした場合に、根本２３２からの距離が、０～Ｚ／８までの領域を言う。ブレード２３０ａの根元２３２の近傍に、ブレード風検出装置４００ａを設けることにより、根元２３２の近傍以外の領域にブレード風検出装置４００ａを設ける場合と比べて、ブレード２３０ａが主軸回転Ｒ２（図２参照）する際のブレード風検出装置４００ａの移動距離が小さくなる。そのため、主軸回転Ｒ２に基づく影響をより少なくすることができ、風力発電装置２００が受ける風を、ブレード２３０ａで、より正確に検出することができる。なお、図３では、ブレード風検出装置４００ａを、ブレード２３０ａの根元２３２の近傍に設ける場合を示しているが、これに限定されるものではなく、ブレード２３０ａの根元２３２の近傍以外の領域に、ブレード風検出装置４００ａを設けるようにしてもよい。ただし、ブレード風検出装置４００ａを、ブレード２３０ａの先端に設けると、ブレード２３０ａ自身の回転による風の影響が大きくなるため、この風の影響によるノイズが応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌに含まれたり、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの故障に繋がったりしてしまう。
図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。ブレード２３０ａの根元２３２の近傍における断面は、円形をしている。円形の円周上に、ブレード風検出装置４００が設けられる。ブレード風検出装置４００は、外部から加わる力を検出する１２個の応力センサ４１０Ａ、４１０Ｂ、４１０Ｃ、４１０Ｄ、４１０Ｅ、４１０Ｆ、４１０Ｇ、４１０Ｈ、４１０Ｉ、４１０Ｊ、４１０Ｋ、４１０Ｌを備える。応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌとしては、同じセンサを用いている。応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌのそれぞれは、外部から受ける応力を検出する。
なお、図４では、ブレード２３０ａに、１２個の応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌを設ける場合を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、ブレード２３０ａに、１～１１個の応力センサを設けるようにしてもよいし、１３個以上の応力センサを設けるようにしてもよい。ブレード２３０ａに設ける応力センサの数を少なくすれば、ブレード風検出装置４００を製造するための費用を減らすことができる。一方、ブレード２３０ａに設ける応力センサの数を多くすれば、ブレード２３０ａが受ける風の風速や風向を、より細かく把握することができる。
図５は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）が備えるブレード風検出装置４００ａの構成を示す概略ブロック図である。なお、ブレード風検出装置４００ｂ、４００ｃは、ブレード風検出装置４００ａと同様の構成を有するため、それらの説明については省略する。ブレード風検出装置４００ａは、応力測定部４０１と、検出装置制御部４０２と、送信部４０３と、回転角度取得部４０４とを備える。応力測定部４０１は、１２個の応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌ（図４）を備える。応力測定部４０１は、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが外部から受ける応力を同時刻に測定し、検出装置制御部４０２に出力する。検出装置制御部４０２は、ブレード風検出装置４００ａの各部を制御する。制御部４０２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。検出装置制御部４０２は、風速検出部４０２１と、風向検出部４０２２を備える。送信部４０３は、無線送信機器により構成される。送信部４０３は、風速検出部４０２１が出力する風速に関するデータと、風向検出部４０２２が検出する風向のデータとを、無線通信により、ナセル２２０に内蔵されているブレード制御装置３００ａに送信する。回転角度取得部４０４は、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが風を受けたことに起因して回転する際の回転中心軸（主軸２５０）における回転角度を取得する。例えば、ブレード２３０ａが、上、右、下、左を向いているときには、回転角度取得部４０４は、回転角度として、それぞれ、０時、９０度、１８０度、２７０度という値を取得する。
図６は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）が備えるブレード制御装置３００ａの構成を示す概略ブロック図である。ブレード制御装置３００ａは、受信部３０１、記憶部３０２、ブレード制御部３０３ａ、主軸角度取得部３０４、ヨー角度取得部３０５、ピッチ角度取得部３０６を備える。受信部３０１は、無線通信機器により構成される。受信部３０１は、ブレード風検出装置４００の送信部４０３から送信される風速及び風向などに関するデータを受信し、ブレード制御部３０３ａに出力する。記憶部３０２は、メモリにより構成される。記憶部３０２は、ブレード制御部３０３ａにより取得されるデータであって、受信部３０１からブレード制御部３０３ａに出力されるデータや、主軸角度取得部３０４からブレード制御部３０３ａに出力されるデータや、ヨー角度取得部３０５からブレード制御部３０３ａに出力されるデータや、ピッチ角度取得部３０６からブレード制御部３０３ａに出力されるデータなどを記憶する。
ブレード制御部３０３ａは、ブレード制御装置３００ａの各部を制御する。ブレード制御部３０３ａは、ＣＰＵにより構成される。ブレード制御部３０３ａは、ヨー角度制御部３０３１、ピッチ角度制御部３０３２を備える。ヨー角度制御部３０３１は、タワー２１０とナセル２２０の間に設けられるヨー駆動装置に指示を出力することにより、ヨー回転Ｒ１（図２）でナセル２２０が回転する角度を制御する。ピッチ角度制御部３０３２は、ハブ２４０に取り付けられているブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに指示を出力し、ピッチ回転Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３（図２）により、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが回転する角度を制御する。
主軸角度取得部３０４は、主軸２５０（図２）の現在の回転角度のデータを取得し、ブレード制御部３０３ａに出力する。例えば、図１に示すブレード２３０ａが真上を向いている場合には、主軸角度取得部３０４は、ブレード２３０ａが回転角度０度の位置にあり、ブレード２３０ｂが回転角度１２０度の位置にあり、ブレード２３０ｃが回転角度２４０度の位置にあることを示すデータを、ブレード制御部３０３ａに出力する。
ヨー角度取得部３０５は、タワー２１０上で、ナセル２２０がどの方角を向いているかに関するデータを取得し、ヨー角度制御部３０３１に出力する。例えば、図１に示すブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが南の方角度を向いて発電している場合には、ヨー角度取得部３０５は、ヨー角度が、南（１８０度）であることを示すデータを、ヨー角度制御部３０３１に出力する。
ピッチ角度取得部３０６は、ハブ２４０に回転可能に取り付けられているブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが、ハブ２４０に対して、どの方向を向いているかに関するデータを取得し、ピッチ角度取得部３０６に出力する。例えば、図１に示すブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの風を受ける面が、いずれも正面を向いている場合には、ピッチ角度取得部３０６は、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのピッチ角度がいずれも０度であることを示すデータを、ピッチ角度制御部３０３２に出力する。
図７は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）のブレード風検出装置４００ａの処理を示すフローチャートである。なお、図７では、風力発電装置制御システム１００ａ（図１）が備えるブレード２３０ａに取り付けられているブレード風検出装置４００ａの処理について説明するが、他のブレード２３０ｂ、２３０ｃに取り付けられているブレード風検出装置４００ｂ、４００ｃにおいても、図７に示すフローチャートと同様の処理が行われる。
始めに、回転角度取得部４０４は、ブレード風検出装置４００ａが設けられているブレード２３０ａの回転角度を取得する（ステップＳ１０１）。ブレード２３０ａが上を向いている場合には、回転角度として０度が取得される。ブレード２３０ａが右を向いている場合には、回転角度として９０度が取得される。ブレード２３０ａが下を向いている場合には、回転角度として１８０度が取得される。ブレード２３０ａが左を向いている場合には、回転角度として２７０度が取得される。次に、ブレード風検出装置４００ａの検出装置制御部４０２は、ブレード風検出装置４００ａが回転軌道の最上部または最下部に来たか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。ブレード風検出装置４００ａは、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが主軸回転Ｒ２（図２参照）を行う場合であって、時計回りに回転する場合、ブレード２３０ａが真上を向いた状態（回転角度０度）、ブレード２３０ａが右を向いた状態（回転角度９０度）、ブレード２３０ａが真下を向いた状態（回転角度１８０度）、ブレード２３０ａが左を向いた状態（回転角度２７０度）、ブレード２３０ａが真上を向いた状態（回転角度０度）の順に変化する。ブレード風検出装置４００ａが真上を向いた状態（回転角度０度）と、ブレード２３０ａが真下を向いた状態（回転角度１８０度）のいずれかになるまでこの処理を繰り返し実行する。
なお、ブレード２３０ａが真上を向いた状態（回転角度０度）、または、ブレード２３０ａが真下を向いた状態（回転角度１８０度）にあるか否かは、例えば、ブレード風検出装置４００ａにＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を取り付けておき、ブレード風検出装置４００ａの高度が、ブレード風検出装置４００ａの回転軌道の最高地点と最低地点に来たか否かを判定することにより行うことができる。なお、主軸２５０の回転角度を、主軸角度取得部３０４（図６）から取得できるブレード制御部３０３ａの指示に基づいて、ブレード風検出装置４００ａの高度が、ブレード風検出装置４００ａの回転軌道の最高地点と最低地点に来たか否かを判定するようにしてもよい。
検出装置制御部４０２が、ステップＳ１０２で「ＹＥＳ」と判定した場合（つまり、ブレード２３０ａが真上を向いた状態や真下を向いた状態である場合）には、検出装置制御部４０２は、ステップＳ１０３の処理に進む。検出装置制御部４０２は、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌを制御することにより、応力を測定する（ステップＳ１０３）。具体的には、ブレード風検出装置４００ａが真上を向いた時刻と、ブレード２３０ａが真下を向いた時刻に、検出装置制御部４０２は、同時に応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌに、応力を測定させる。そして、風速検出部４０２１は、同時刻に、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌで測定された応力に基づいて、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌ上における風速を検出する（ステップＳ１０４）。具体的には、風速検出部４０２１は、応力センサで検出される応力の大きさと、風速と、の対応関係を予めデータとして記憶しておき、そのデータに基づいて、検出された応力に対応する風速を求める。
なお、検出装置制御部４０２は、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌのそれぞれで検出される応力を、統計処理した指標値（例えば、合計値、平均値、中央値、最大値と最小値の差）を予め記憶しているとデータと比較して、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上の風速を検出するようにしてもよい。例えば、風速検出部４０２１は、応力測定部４０１が備える応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが測定する応力のデータの合計を取得するようにしてもよい。そして、予め、応力のデータの合計と、風速の値とを対応付けて記憶しておき、その対応関係に基づいて、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが測定する応力のデータの合計に対応する風速を検出するようにしてもよい。このようにすれば、風速を検出するために、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの測定結果のそれぞれを風速に換算する必要が無くなるため、ブレード風検出装置４００ａによる演算量を削減することができる。
次に、風向検出部４０２２は、応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが応力を測定した時点の風向を検出する（ステップＳ１０５）。具体的には、風速検出部４０２１が検出した風速であって、応力測定部４０１を構成する応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌごとに検出された風速のうち、最も大きい風速が観測された応力センサの方位を、風向として検出する。なお、複数の応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの方位は、主軸２５０が回転すれば変化するため、風向検出部４０２２は、回転角度取得部４０４が取得した回転角度に基づいて、最も大きい応力を測定した応力センサが向いている方位を、風向として検出する。なお、風向検出部４０２２は、応力測定部４０１が備える応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが測定する応力のデータを取得し、取得した応力の中で、一番大きい応力を測定した応力センサが向いている向きを、風向として検出するようにしてもよい。このようにすれば、風向を検出するために、風速を検出する必要が無くなるため、ブレード風検出装置４００ａによる演算量を削減することができる。
次に、送信部４０３は、ステップＳ１０２で検出した風速および風向に関するデータを、ブレード制御装置３００ａ（図６）の受信部３０１に送信する（ステップＳ１０６）。具体的には、ブレード制御装置３００ａは、ステップＳ１０４で風速検出部４０２１により検出された応力と、その応力が検出されたブレード（ここでは、ブレード２３０ａ）を特定するためのブレード識別情報と、その風速が検出された時のブレード２３０ａの回転角度（ここでは、０度または１８０度）と、その風速が検出された時刻とを対応付ける。図７のフローチャートの処理は、ブレード２３０ａに取り付けられているブレード風検出装置４００ａだけでなく、ブレード２３０ｂ、２３０ｃに取り付けられているブレード風検出装置４００ｂ、４００ｃでも行われる。そのため、図７のフローチャートのステップＳ１０３による処理が行われると、図８に示すようなデータが蓄積される。
なお、ブレード２３０ａには、図４に示すように応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌが取り付けられている。この場合、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが南を向いている状態であり、ブレード２３０ａが真上を向いている状態であり、図４の応力センサ４１０Ａが北を向いている状態においては、応力センサ４１０Ｅが測定した応力に基づいて検出される風速は、東から吹いてくる風についてものであり、応力センサ４１０Ｊが測定した応力に基づいて検出される風速は、西から吹いてくる風についてものである。一方、この状況において、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが南を向いている状態であり、ブレード２３０ａが真下を向いている状態においては、応力センサ４１０Ｅが測定した応力に基づいて検出される風速は、西から吹いてくる風についてものであり、応力センサ４１０Ｊが測定した応力に基づいて検出される風速は、東から吹いてくる風についてものである。よって、ブレード制御部３０３ａは、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸２５０の回転角度に基づいて、複数の応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌのそれぞれの位置を特定し、特定した複数の応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの位置に基づいて、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上の風向と風速の少なくとも１つを決定する。
図７のフローチャートによる処理が行われることにより、図１０に示すようなデータが得られる。図１０に示すデータでは、最大風速（例えば、１０（ｍ／秒））、風速検出時刻（例えば、０時０分０秒）、風向（例えば、東南東（１２０度））が対応付けられている。なお、ここでは、北の角度を０度とし、東の角度を９０度とし、南の角度を１８０度とし、西の角度を２７０度として、風向を数値で表している。図１０に示すデータを参照することにより、何時何分何秒に、最大風速は何ｍ／秒であり、風向は何であるかを把握することができる。
なお、各応力センサ４１０Ａ～４１０Ｅが測定する応力と、各応力センサ４１０Ａ～４１０Ｅが向いている方位とを、ベクトルに換算し合力ベクトルの方向を求めることにより、風向を決定するようにしてもよい。なお、各応力センサ４１０Ａ～４１０Ｅが、どの方位を向いているかを正確に把握するために、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのピッチ角度やブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの回転角度が考慮される。
図８は、本発明の第１の実施形態における応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの測定により得られるデータの一例を示す図である。図８に示すデータでは、ブレード識別情報（例えば、ブレード２３０ａ）、主軸回転角度（例えば、０度）、応力検出時刻（例えば、０時０分０秒）、各ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれが備える応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌで測定された応力（例えば、０、０、１、２、３、２、１、０、０、０、０、０（ｍ／秒））が対応付けられている。
なお、図７のフローチャートでは、ブレード風検出装置４００が、回転軌道の最上部または最下部に来た場合に、ブレード風検出装置４００が風速及び風向を検出する場合について説明した。しかし、風速及び風向を検出するのは、ブレード風検出装置４００が、回転軌道の最上部または最下部に来た場合に限定されるものではない。ただし、風力発電装置２００が南を向いている場合であって、ブレード２３０ａが東を向いている場合（つまり、ブレード２３０ａの回転角度が９０度の場合）には、ブレード２３０ａにリング状に設けられている応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの中心軸が、東西方向を向いてしまい、東西から吹いてくる風を検出することが難しくなる。図７のフローチャートで説明したように、ブレード風検出装置４００ａが、回転軌道の最上部または最下部に来たときに風速を測定するようにすれば、リング状に設けられている応力センサ４１０Ａ～４１０Ｌの中心軸は、地面と垂直となり、東西南北のいずれから吹いてくる風も検出することができるため好ましい。
なお、図７のフローチャートでは、ブレード風検出装置４００が、回転軌道の最上部または最下部に来た場合に、風速及び風向を検出するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、ブレード風検出装置４００が、回転軌道の最上部に来た場合にのみ、風速及び風向を検出するようにしてもよいし、ブレード風検出装置４００が、回転軌道の最下部に来た場合にのみ、風速を検出するようにしてもよい。このようにすれば、風速及び風向を求める処理の回数が半分に減るため、ブレード制御装置３００ａにかかる負荷を軽減することができる。
図９は、本発明の第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）のブレード制御装置３００ａの処理を示すフローチャートである。始めに、ナセル２２０（図１）内に設けられるブレード制御装置３００ａ（図６）のブレード制御部３０３ａは、受信部３０１を介して、ブレード風検出装置４００から、風速及び風向に関するデータを受信する（ステップＳ２０１）。ブレード制御部３０３ａは、ステップＳ２０１で受信した風速及び風向に関するデータを、記憶部３０２に記憶させる（ステップＳ２０２）。次に、ブレード制御部３０３ａは、現在時刻が、ヨー回転Ｒ１（図２）又はピッチ回転Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を制御する時刻になったか否かについて判定する（ステップＳ２０３）。例えば、ヨー回転およびピッチ回転は、１０分毎に行われるため、前回、ヨー回転の制御が行われた時刻から１０分が経過したか否かを判定することにより、ブレード制御部３０３ａは、ステップＳ２０３の処理を行う。
現在時刻が、ヨー回転Ｒ１（図２）を制御する時刻になっていないと判定した場合には、ブレード制御部３０３ａは、ステップＳ２０３で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２０１の処理に進む。一方、現在時刻が、ヨー回転Ｒ１（図２）を制御する時刻になったと判定した場合には、ブレード制御部３０３ａは、ステップＳ２０３で「ＹＥＳ」と判定し、記憶部３０２に記憶されているデータ（図８参照）のうち、風向に関するデータに基づいて、ヨー回転角度を決定する（ステップＳ２０４）。具体的には、ヨー角度制御部３０３１は、ステップＳ２０１で受信する風向に対して、風力発電装置２００が正対するように、ヨー回転角度を決定する。次に、ヨー角度制御部３０３１は、ヨー角度取得部３０５から取得する現在のヨー角度が、ステップＳ２０４で決定したヨー回転角度となるように、ナセル２２０についてヨー回転を行う（ステップＳ２０５）。
次に、ピッチ角度制御部３０３２は、記憶部３０２に記憶されているデータ（図８参照）のうち、風速に関するデータ等に基づいて、ピッチ回転角度を決定する（ステップＳ２０６）。具体的には、ピッチ角度制御部３０３２は、ステップＳ２０１で受信する風速と、主軸２５０の回転角度に基づいて、ピッチ回転角度を決定する。より具体的には、ピッチ角度制御部３０３２は、風速に基づいてピッチ角度を決定して制御し、主軸回転角度から算出した回転速度をフィードバックして定格回転速度を維持するように、ピッチ回転角度を決定する。次に、ピッチ角度制御部３０３２は、ピッチ角度取得部３０６から取得する現在のピッチ角度が、ステップＳ２０６で決定したピッチ回転角度となるように、プレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃについてピッチ回転を行う（ステップＳ２０７）。
上述した第１の実施形態では、直接、風を受けるブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上の風向に基づいて、ヨー回転Ｒ１（図２）を行うことにより、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを、できるだけ風向に正対するように制御する。よって、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが主軸２５０（図２）の周りを回転することによって乱れた風を、風力発電装置２００のナセル２２０上に設けたナセル風向検出装置で検出する場合と比べて、風力発電装置２００が受ける風向を、より正確に求めることができる。よって、風力発電装置２００を、風速が強い方角度に向けることができるため、風力発電装置２００の発電効率を向上させることができる。
また、上述した第１の実施形態では、風を受けるブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上での風速に基づいて、ピッチ回転Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３（図２）を行う。つまり、検出された風速によって、より早くブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが定格運転に達するように、ピッチ角度を制御する。よって、風力発電装置２００が、より早く定格運転に達するようにすることができるため、風力発電装置２００の発電効率を向上させることができる。
なお、第１の実施形態では、複数のブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃを、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに設け、それらのブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃが検出する風向に関するデータを、無線通信により、ブレード制御装置３００ａに送信する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのいずれか１つに、風見鶏を設け、ナセル２２０上に、カメラなどの撮像装置を設けるようにしてもよい。そして、ナセル２２０上に設けられる撮像装置で、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのいずれか１つに設けられる風見鶏を撮像して、ブレード上の風向を検出するようにしてもよい。このような構成にすることにより、第１の実施形態におけるブレード制御装置３００ａの受信部３０１を設ける必要が無くなり、ブレード制御装置３００ａの構造を簡素化することができる。
なお、図９のフローチャートのステップＳ２０７では、ピッチ回転を行う場合について説明したが、風力発電装置２００が、ピッチ制御を行わない場合には、図９のフローチャートのステップＳ２０６及びステップＳ２０７の処理を行う必要はない。
また、図９のフローチャートでは、ヨー回転に関する処理（ステップＳ２０４及びＳ２０５）を行った後に、ピッチ回転に関する処理（ステップＳ２０６及びＳ２０７）を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。ピッチ回転に関する処理を行った後に、ヨー回転に関する処理を行ってもよい。また、ヨー回転に関する処理と、ピッチ回転に関する処理とを同時に行ってもよい。また、ヨー回転に関する処理と、ピッチ回転に関する処理とを、独立して行ってもよい。
なお、第１の実施形態では、ブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃに、応力測定部４０１、検出装置制御部４０２、送信部４０３、回転角度取得部４０４を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃは、応力測定部４０１および送信部４０３を備えていればよく、それ以外の部材を、ブレード制御装置３００ａや外部装置に設けることにより、ブレード風検出装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃ以外の装置で、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上の風速を検出するようにしてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂの一例を示す斜視図である。第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂは、ナセル風向検出装置５００を備えている点と、ブレード制御装置３００ａの代わりにブレード制御装置３００ｂを備えている点において、第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）と異なる。第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂ（図１１）のその他の構成は、第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）と同様であるため、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。ナセル風向検出装置５００は、カップ型の風向検出装置などであり、ナセル２２０上の領域であって、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃと離れた位置に設けられる。ナセル風向検出装置５００が検出した風向は、有線通信又は無線通信により、ナセル２２０内に設けられるブレード制御装置３００ｂに送信される。
図１２は、本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂ（図１１）が備えるブレード制御装置３００ｂの構成を示す概略ブロック図である。第２の実施形態におけるブレード制御装置３００ｂは、ナセル風向検出装置データ取得部３０７を備えている点と、ブレード制御部３０３ａの代わりにブレード制御部３０３ｂを備えている点において、第１の実施形態におけるブレード制御装置３００ａ（図６）と異なる。第２の実施形態におけるブレード制御装置３００ｂ（図１２）のその他の構成は、第１の実施形態におけるブレード制御装置３００ａ（図６）と同様であるため、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。ナセル風向検出装置データ取得部３０７は、ナセル２２０上に設けられるナセル風向検出装置５００から、ナセル風向検出装置５００が検出した風向に関するデータを受信する。ブレード制御部３０３ｂは、ＣＰＵなどにより構成される。ブレード制御部３０３ｂは、ナセル風向検出装置データ取得部３０７から出力された風向に関するデータに基づいて、後述する図１３に関する処理を行う。
図１３は、本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂ（図１１）のブレード制御装置３００ｂの処理を示すフローチャートである。始めに、ブレード制御部３０３ｂは、ナセル２２０上に設けられているナセル風向検出装置５００から、ナセル風向検出装置５００が検出した風向に関するデータを受信する（ステップＳ３０１）。次に、ブレード制御部３０３ｂは、ステップＳ３０１で、ナセル風向検出装置データ取得部３０７を介して、ナセル風向検出装置５００から受信した風向に関するデータを、記憶部３０２に記憶させる（ステップＳ３０２）。次に、ブレード制御部３０３ｂは、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの回転数が定格回転数に達したか否かについて判定する（ステップＳ３０３）。例えば、ブレード制御部３０３ｂは、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）の回転数が、定格回転数Ｎ（例えば、６（回転／分））に達したか否かについて判定する。
ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）の回転数が、定格回転数Ｎに達していない場合には、ブレード制御部３０３ｂは、ステップＳ３０３で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向に関するデータに基づいて、ヨー回転Ｒ１（図２）を行う。例えば、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが、現在向いている方角度が、ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向と一致しない場合には、ブレード制御部３０３ｂのヨー角度制御部３０３１は、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが、現在向いている方角度が、ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向と一致するように、ヨー回転Ｒ１（図２）を行う。
ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）の回転数が、定格回転数Ｎに達した場合には、ブレード制御部３０３ｂは、ステップＳ３０３で「ＹＥＳ」と判定し、ブレード制御部３０３ｂは、図１３に示されるフローチャートによる処理ではなく、図９に示されるフローチャートによる処理を開始する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向に関するデータに基づいて、ヨー回転Ｒ１（図２）を行う。例えば、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが、現在向いている方角度が、ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向と一致しない場合には、ブレード制御部３０３ｂのヨー角度制御部３０３１は、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが、現在向いている方角度が、ステップＳ３０１でナセル風向検出装置５００から受信した風向と一致するように、ヨー回転Ｒ１（図２）を行う。
図１４は、本発明の第２の実施形態における風力発電装置制御システム１００ｂの処理について説明するグラフである。図１４において、横軸は時間を示しており、縦軸はブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）による回転数を示している。図１４において、風力発電装置制御システム１００ｂ（図１１）の風力発電装置２００が備えるブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、時刻ｔＡで主軸回転Ｒ２（図２参照）を開始する。その後、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）の回転数は、時刻ｔＢで、定格回転数Ｎに達する。時刻ｔＡ～時刻ｔＢの間は、図１３のフローチャートによる処理が行われる。ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの主軸回転Ｒ２（図２参照）の回転数は、時刻ｔＢで、定格回転数Ｎに達する。時刻ｔＢ以降は、図１３のフローチャートによる処理に代えて、図９に示されるフローチャートによる処理が行われる。
第２の実施形態では、風力発電装置制御システム１００ｂの風力発電装置２００による発電量が十分ではない時刻ｔＡから時刻ｔＢまでは、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの後方のナセル２２０上に設けられている１つのナセル風向検出装置５００（図１１）に基づいて風向の検出を行う。一方、風力発電装置制御システム１００ｂの風力発電装置２００による発電量が十分になった時刻ｔＢ以降は、ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上に設けられているブレード風検出装置４００に基づいて風向の検出を行う。第２の実施形態では、風力発電装置２００による発電量が十分となる前よりも、風力発電装置２００による発電量が十分となった後に、より精度よく風向を検出することができるブレード風検出装置であって、ブレードに設置されたブレード風検出装置を用いてヨー角度などの制御を行う。よって、風力発電装置２００による発電量が十分となる前の風向検出の処理負荷を軽減することができる。
なお、図１３のフローチャートのステップＳ３０３では、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが定格回転に到達した場合に、図８のフローチャートを用いた処理に切り替える場合について説明したが、これに限定されるものではなない。例えば、風力発電装置２００のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが定格回転に到達している間は、図８のフローチャートを用いた処理に切り替えるようにしてもよい。これにより、風力発電装置２００が、一度、定格回転に到達した後、定格回転ではない状態になった場合に、図８のフローチャートではなく、図１３のフローチャートを用いた処理に切り替えることができ、ヨー駆動で行われる処理を、少なくすることができる。なお、図１３のフローチャートのステップＳ３０４では、ヨー角度を制御する場合について説明したが、これに限られるものではなく、ヨー角度の代わりにピッチ角度を制御したり、ヨー角度とともにピッチ角度を制御したりしてもよい。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムについて説明する。第３の実施形態における風力発電装置制御システムは、第１の実施形態における風力発電装置制御システム１００ａ（図１）と同様の構成を有するため、詳細については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図１５は、本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムが備えるブレード制御装置３００ｃの構成を示す概略ブロック図である。第３の実施形態におけるブレード制御装置３００ｃは、偏差算出部３０８と、負荷測定部３１０（負荷検出装置とも称する）と、出力部３１１（出力装置とも称する）とを備えている点と、ブレード制御部３０３ａの代わりにブレード制御部３０３ｃを備えている点において、第１の実施形態におけるブレード制御装置３００ａ（図６）と異なる。第３の実施形態におけるブレード制御装置３００ｃ（図１５）のその他の構成は、第１の実施形態におけるブレード制御装置３００ａ（図６）と同様であるため、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
ヨー駆動装置は、タワー１０２に対してナセル１０３を回転させてブレードをヨー駆動する。偏差算出部３０８は、所定期間（例えば、３秒）における風向の変化量である風向偏差を算出する。所定時間の間に、風向が大きく変化した場合（例えば、風向が９０度以上変化した場合）には、風向偏差は大きくなる。一方、所定時間の間に、風向が大きく変化しなかった場合には、風向偏差は小さくなる。負荷測定部３１０は、ボルトひずみセンサや、トルクセンサなどである。ボルトひずみセンサは、どの程度の負荷がかかっているかを調べるためのボルト型のセンサであり、ボルト内部に歪を検出するためのセンサが組み込まれている。このボルトひずみセンサは、ヨー駆動装置を、風力発電装置２００に固定する際に用いられることにより、ヨー駆動運転中に、どの程度の負荷が、ヨー駆動装置に加わっているかを把握することができる。トルクセンサは、回転軸にかかる回転方向の力（トルク）を計測するためのセンサである。トルクセンサは、ヨー駆動を行うための軸などに設置される。ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは主軸２５０を介して、ヨー駆動装置の駆動力が負荷測定部３１０は、タワー２１０と、ナセル２２０（図１参照）の間に設けられるヨー駆動装置（図示省略）であって、タワー２１０上でナセル２２０をヨー回転Ｒ１（図２）させるヨー駆動装置にかかるヨー負荷を検出する。出力部３１１は、ブレード制御部３０３ｃの制御に基づいて、記憶部３０２に記憶されるデータのうち、所定のデータを、外部装置に送信する。外部装置は、ブレード制御装置３００ａ内に設けられる不図示の記憶装置や風力発電装置制御システム外のクラウドサーバ等である。ブレード制御部３０３ｃは、ＣＰＵなどにより構成される。ブレード制御部３０３ｃは、負荷測定部３１０から出力された負荷に関するデータに基づいて、後述する図１６に関する処理を行う。
図１６は、本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システム１００のブレード制御装置３００ｃ（図１５）の処理を示すフローチャートである。始めに、ブレード制御部３０３ｃは、タワー２１０上でナセル２２０をヨー回転Ｒ１（図２）させるヨー駆動装置にかかるヨー負荷を、負荷測定部３１０から取得し、記憶部３０２に記憶させる（ステップＳ４０１）。また、偏差算出部３０８は、ブレード風検出装置４００（図１）から風向に関するデータを取得し、その風向のデータから風向偏差に基づくデータを生成し、記憶部３０２に記憶させる（ステップＳ４０２）。
次に、ブレード制御部３０３ｃは、ステップＳ４０１で負荷測定部３１０から取得したヨー負荷と、ステップＳ４０２で生成した風向偏差の少なくともいずれかに、異常が発生しているか否かについて判定する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０１で取得したヨー負荷と、ステップＳ４０２で生成した風向偏差の少なくともいずれかに、異常が発生しているか場合には、ブレード制御装置３０３ｃは、ステップＳ４０３で「ＹＥＳ」と判定し、異常が発生した時刻の前後所定期間のヨー負荷と、風向と、風向偏差に関するデータを、それらのデータが検出された時刻と対応付けて、出力部３１１を介して外部に送信する（ステップＳ４０４）。その後、ブレード制御部３０３ｃは、ステップＳ４０５の処理を行う。なお、ステップＳ４０４において、ブレード制御部３０３ｃは、ヨー負荷と、風向と、風向偏差に関するデータの全てではなく、それらの少なくとも一部を外部に送信するようにしてもよい。
例えば、ステップＳ４０１で取得したヨー負荷が、所定のヨー負荷閾値を超えた場合には、所定のヨー負荷閾値を超えた時刻の所定時間（例えば、２０秒）前から、所定時間（例えば、２０秒）後までのヨー負荷と、風向と、風向偏差に関するデータを、外部装置に送信する。あるいは、ステップＳ４０２で生成した風向偏差が、所定の風向偏差閾値を超えた場合には、所定の風向偏差閾値を超えた時刻の所定時間（例えば、２０秒）前から、所定時間（例えば、２０秒）後までのヨー負荷と、風向と、風向偏差に関するデータを、外部装置に送信する。
その後、ブレード制御部３０３ｃは、ヨー負荷または風向偏差に異常が発生した時刻から所定時間（例えば、２０秒）以前のデータを、記憶部３０２から削除する（ステップＳ４０５）。このようにすることにより、異常が発生した期間付近のデータについては外部装置に送信して残しつつ、異常が発生しておらず検証が不要なデータについては削除されるため、ブレード制御装置３０３ｃの記憶部３０２に記憶されるデータ量を削減することができる。その後、ブレード制御部３０３ｃは、ステップＳ４０１の処理を行う。なお、ステップＳ４０５において、ブレード制御部３０３ｃは、記憶部３０２に記憶してあるヨー負荷と、風向と、風向偏差に関するデータの全てではなく、それらの少なくとも一部のデータであって、異常が発生した時刻から所定時間（例えば、２０秒）以前のデータを削除するようにしてもよい。
図１７は、本発明の第３の実施形態における風力発電装置制御システムの処理について説明するグラフである。図１７において、横軸は時間を示しており、左側の縦軸はヨー負荷を示しており、右側の縦軸は風向偏差を示している。図１７では、ヨー負荷閾値は、ＴＸに設定されている。また、風向偏差閾値は、ＴＹに設定されている。グラフＧＸは、時間経過に伴うヨー負荷の変化を示している。グラフＧＹは、時間経過に伴う風向偏差の変化を示している。
図１６で示したグラフでは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に、風向偏差が風向偏差閾値ＴＹを超えているため、時刻ｔ２よりも所定時間（例えば、２０秒）前の時刻ｔ１から、時刻ｔ３よりも所定時間（例えば、２０秒）後の時刻ｔ４までのデータであって、ヨー負荷に関するデータと、風向偏差に関するデータが、クラウドサーバなどの外部装置に送信される。また、図１６で示したグラフでは、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間に、ヨー負荷がヨー負荷閾値ＴＸを超えているため、時刻ｔ６よりも所定時間（例えば、２０秒）前の時刻ｔ５から、時刻ｔ７よりも所定時間（例えば、２０秒）後の時刻ｔ８までのデータであって、ヨー負荷に関するデータと、風向偏差に関するデータが、クラウドサーバなどの外部装置に送信される。
これにより、ヨー負荷がヨー負荷閾値ＴＸを超える異常が発生している場合、または、風向偏差が風向偏差閾値ＴＹを超える異常が発生している場合に、異常が発生している時間帯ｔ２～ｔ３およびｔ６～ｔ７をカバーする時間帯ｔ１～ｔ４、ｔ５～ｔ８におけるヨー負荷および風向偏差に関するデータが、外部装置に送信される。そのため、利用者は、外部装置が受信した異常が発生したヨー負荷と風向偏差のいずれかに関するデータと、異常が発生していないヨー負荷と風向偏差のいずれか他方に関するデータを比較及び解析して、状況を分析することができる。
風向偏差が大きくなると、つまり、風向が急激に変わると、タワー２１０とナセル２２０の間に設けられるヨー駆動装置への負荷が大きくなって、風力発電装置２００が故障する原因となる。第３の実施形態では、ヨー負荷と風向偏差との関連性を検証することができ、その検証結果に基づいて、その風力発電装置２００の近くに新たな風力発電装置２００を設置するのか、あるいは、他の場所に設置した方がよいのかを検証することができる。
なお、図１６のフローチャートのステップＳ４０４では、ヨー負荷と風向偏差のいずれかに異常が発生した場合に、ブレード制御部３０３ｃが、異常が発生した時間帯付近のヨー負荷と風向偏差に関するデータを外部装置に送信する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ヨー負荷に異常が発生した場合に、異常が発生していない風向偏差に関するデータを外部装置に送信してもよい。また、風向偏差に異常が発生した場合に、異常が発生していないヨー負荷に関するデータを外部装置に送信してもよい。このようにすることにより、ブレード制御装置３００ｃから外部装置に対して送信するデータ量を減らすことができ、外部装置の利用者は、ヨー負荷と風向偏差について異常が発生している期間に、ヨー負荷と風向偏差について異常が発生していない方のデータを取得および解析することができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、ヨー駆動装置はブレードのヨー角度を駆動する駆動力を供給するモータと、モータからの駆動力を制動する制動機構と備える。また、複数のブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれに応力センサが１つずつ設けられる。ブレード２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ上の応力センサが閾値以上の応力を測定すると、解除部は、モータの駆動力の出力を停止し、且つ、制動機構による回転制動を解除する、所謂、フリーヨー制御を行う。この制御は、ナセル２２０及びタワー２１０間における自由な相対回転を許容する制御であり、ナセル２２０及びタワー２１０間の自由な相対回転を阻害しうる制動力及び駆動力を低減又は解除する。なお、モータに対する通電をコントロールしてモータ制動部からモータ駆動部に制動力が付与されないように制御することで、回転制動を解除してもよい。例えば、突風等の外力が負荷された場合、制動機構での制動力によってブレードの回転が規制されていると、モータとブレードを接続するギアの噛み合い部における負荷が過大となってしまう。そこで、ブレード上の応力センサが異常を検出した場合に、解除部により、駆動装置の制動機構による回転の制動を解除することで、噛み合い部における負荷の上昇を回避するだけでなく、噛み合い部に生じた負荷を解放することもできる。
なお、ブレード風検出装置４００（図５）、ブレード制御装置３００ａ（図６）、ブレード制御装置３００ｂ（図１２）、ブレード制御装置３００ｃ（図１５）における各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより図５、図６、図１２、図１５における各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
１００ａ、１００ｂ・・・風力発電装置制御システム、２００・・・風力発電装置、２１０・・・タワー、２２０・・・ナセル、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ・・・ブレード、２４０・・・ハブ、２５０・・・主軸、２６０・・・発電機、２７０・・・増幅器、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ・・・ブレード制御装置、３０１・・・受信部、３０２・・・記憶部、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ・・・ブレード制御部、３０３１・・・ヨー角度制御部、３０３２・・・ピッチ角度制御部、３０４・・・主軸角度取得部、３０５・・・ヨー角度取得部、３０６・・・ピッチ角度取得部、３０７・・・ナセル風向検出装置データ取得部、３０８・・・偏差算出部、３１０・・・負荷測定部、３１１・・・出力部、４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ・・・ブレード風検出装置、４０１・・・応力測定部、４０２・・・検出装置制御部、４０３・・・送信部、４０４・・・回転角度取得部、４１０Ａ～４１０Ｌ・・・応力センサ、５００・・・ナセル風向検出装置、４０２１・・・風速検出部、４０２２・・・風向検出部

Claims (12)

  1. 風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出するブレード風検出装置と、
    前記ブレード風検出装置が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのブレードのピッチ角度と、前記風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、
    を備える風力発電装置制御システム。
  2. 前記ブレード風検出装置は、
    前記ブレード上に設けられる少なくとも１つの応力センサと、
    前記ブレード上に設けられ、前記応力センサの測定結果を前記ブレード制御装置に無線送信する送信部と、
    を備える請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
  3. 前記応力センサは、前記ブレードの円周方向に沿って設けられる複数の応力センサである
    請求項２に記載の風力発電装置制御システム。
  4. 前記ブレード風検出装置は、
    前記ブレードのピッチ角度を取得するピッチ角度取得部と、
    前記応力センサの測定時点における前記ピッチ角度に基づいて、前記複数の応力センサの内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果とに基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、
    を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
  5. 前記ブレード風検出装置は、
    前記ブレードが風を受けたことに起因して回転する際の回転中心軸における回転角度を取得する回転角度取得部と、
    前記応力センサの測定時点における前記回転角度に基づいて、前記複数の応力センサ内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果に基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、
    を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
  6. 前記ブレード風検出装置は、
    風速と前記応力センサの測定結果との対応関係を示す対応情報を記憶する対応情報記憶部と、
    前記複数の応力センサのそれぞれの測定結果を統計処理した指標値を算出する指標値算出部と、
    前記指標値と前記対応情報とに基づいて、前記ブレード上の風速を検出する風速検出部と、
    を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
  7. 前記風力発電装置のナセルに取り付けられるナセル風向検出装置を更に備え、
    前記制御部は、前記ブレードが定格回転に到達するまでは、前記ナセル風向検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御し、
    前記ブレードが前記定格回転に到達している間は、前記ブレード風検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御する
    請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
  8. 前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備え、
    前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、
    前記駆動装置にかかる負荷が所定の閾値を超えた際に、前記ヨー駆動装置にかかる負荷が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置と
    を更に備える
    請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
  9. 前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備え、
    前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、
    前記風向偏差が所定の閾値を超えた際に、前記風向偏差が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置と
    を更に備える
    請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
  10. 風力発電装置が備える少なくとも１つのブレードにかかる応力を測定する応力センサと、
    前記応力センサの測定結果に基づいて、前記ブレードのヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置の出力を停止し、且つ、前記ヨー駆動装置の回転駆動を制動する制動機構による制動を解除する解除部と、
    を備える風力発電装置制御システム。
  11. 前記ブレードの根元から先端までの距離をＺとした場合に、前記応力センサは、前記ブレードの根元から０～Ｚ／８までの領域に設けられる
    請求項２に記載の風力発電装置制御システム。
  12. 風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出する検出部と、
    前記検出部が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つをブレードの回転によって発電する発電機を内蔵するナセル内に設けられたブレード制御装置に無線送信する送信部と、
    を備えるブレード風検出装置。
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