JP4585151B2

JP4585151B2 - 風力発電機の運転制御方法

Info

Publication number: JP4585151B2
Application number: JP2001225639A
Authority: JP
Inventors: 茂雄吉田
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003035248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電機の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無公害な発電機として風力発電機が普及しつつある。風力発電機は、例えば図４に水平軸型の概略構成を示すように、タワー５１の上端に、発電機等を収容するナセル５２を回動可能に取り付け、このナセル５２にハブ５３及びブレード５４を有するロータ５５を回転自在に支承して構成され、特に大型の風力発電機では、ブレード５４のピッチを可変として起動トルクの増大が図られていると共に、風速に応じた回転数の制御が行われ、かつ強風時にはブレード５４を風向と平行にするフェザリングにより出力を減少させる制御が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、風力発電機はロータが回転することから、日照時においてはブレードの影がちらつく、いわゆるシャドウフリッカが生じることになる。このため、例えば市街地近傍への設置にあたっては、住民の生活環境に影響を与えることが懸念される一方、導入時にシャドウフリッカの影響を受ける住民の了解が得がたく、導入普及の障害となっている。
【０００４】
特に、最近の風力発電機は、スケールメリットの観点から、タワーの高さが高く、ロータの直径も大きくなっているため、市街地近傍に設置しようとすると、シャドウフリッカの影響を受ける領域が広くなって設置がより困難となっている。
【０００５】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、市街地近傍に設置してもシャドウフリッカが問題となる特定領域へのシャドウフリッカの発生を確実に回避でき、風力発電機の導入普及を大幅に促進できる風力発電機の運転制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の風力発電機の運転制御方法の発明は、少なくとも、風力発電機の設置位置の経度及び緯度を含むサイト情報、上記風力発電機のロータ直径及びその中心となるハブの高さを含む風車情報、月日及び時刻を含む時間情報を用いて上記ロータの影が形成され得るシャドウ領域を検出するシャドウ領域検出工程と、上記風力発電機の設置位置における日射量を検出する日射量検出工程と、上記シャドウ領域検出工程で検出したシャドウ領域の少なくとも一部が予め設定した特定領域に位置するか否かを判定する判定工程とを有し、上記判定工程での判定結果及び上記日射量検出工程で検出した日射量に基づいて、上記シャドウ領域の少なくとも一部が上記特定領域に位置し、かつ上記日射量が予め設定した閾値以上の時は、上記ロータの回転を停止させることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によると、ロータのシャドウ領域の少なくとも一部が予め設定した特定領域に位置し、かつ日射量が閾値以上の時すなわち日照時は、ロータの回転が停止して特定領域へのシャドウフリッカの発生が確実に回避されるので、風力発電機を市街地近傍に設置する際にも住民の生活環境への影響が抑制され、かつ住民の了解が得易くなり、風力発電機の導入普及を大幅に促進することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１の風力発電機の運転制御方法において、上記シャドウ領域検出工程では、更に上記ロータの方位角を用いて上記シャドウ領域を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明によると、ロータの方位角も考慮してシャドウ領域が検出されるので、特に水平軸型の風力発電機においてシャドウ領域をより正確に検出することができ、これによりロータの停止時間を最小限に抑えて発電量の低下を低減することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による風力発電機の運転制御方法の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施の形態）
図１及び図２は第１実施の形態を示すもので、図１は運転制御装置の概略構成を示すブロック図、図２はその動作を説明するためのフローチャートである。
【００１２】
本実施の形態は、図４と同様の構成の風力発電機１の運転を遠隔制御するもので、サイト情報メモリ２、風車情報メモリ３、太陽情報メモリ４、特定領域情報メモリ５、時計６、日射センサ７、及び演算制御回路８を有している。
【００１３】
サイト情報メモリ２には風力発電機１の設置位置の経度及び緯度を含むサイト情報を格納し、風車情報メモリ３には風力発電機１のロータ直径及びハブ高さを含む風車情報を格納し、太陽情報メモリ４には太陽の高度角及び方位角を求めるためのデータ等の太陽情報を格納し、特定領域情報メモリ５にはシャドウフリッカを回避する特定領域の情報として風力発電機１の設置位置からの水平距離及び方位角を領域に対応する範囲で格納し、これらのサイト情報、風車情報、太陽情報および特定領域情報を演算制御回路８に供給するようにする。なお、サイト情報メモリ２、風車情報メモリ３、太陽情報メモリ４、及び特定領域情報メモリ５は、必ずしも独立して設ける必要はなく、一つのメモリの異なる領域に設けてもよい。
【００１４】
時計６は、月日及び時刻を含む時間情報を出力するよう構成し、この時間情報を演算制御回路８に供給する。
【００１５】
また、日射センサ７は、風力発電機１の適宜の個所、或いはその近傍に設け、その出力を演算制御回路８に供給する。
【００１６】
演算制御回路８は、サイト情報メモリ２、風車情報メモリ３及び太陽情報メモリ４に各々格納されたサイト情報、風車情報及び太陽情報と、時計６からの時間情報とに基づいてロータの影が形成され得るシャドウ領域を検出するシャドウ領域検出工程、その検出したシャドウ領域の少なくとも一部が特定領域情報メモリ５に格納されている特定領域に位置するか否かを判定する判定工程を有し、その判定結果と日射量検出工程で検出した日射センサ７からの日射量とに基づいて、シャドウ領域の少なくとも一部が特定領域に位置し、かつ日射量が予め設定した閾値以上の時すなわち日照時は、風力発電機１へロータの回転を停止させる停止信号を出力し、これにより風力発電機１においてロータの回転を停止させるようにする。
【００１７】
なお、演算制御回路８からの停止信号によるロータの回転停止は、例えば風力発電機１がロータのブレーキ装置を内蔵する場合には、そのブレーキ装置を駆動してロータ回転を停止させ、ブレーキ装置を内蔵していない場合には、新たにブレーキ装置を設けてロータ回転を停止させるようにする。この際可変ピッチ機構を備えた場合には、ブレードを風向と平行にするフェザリングにより風に対する抵抗を減少させた状態でロータを停止することが好ましい。
【００１８】
次に、演算制御回路８での処理の一例について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００１９】
先ず、サイト情報、太陽情報及び時間情報に基づいて太陽の高度角及び方位角を演算する（ステップＳ１）。ここで、太陽の高度角及び方位角は、公知の方法により例えば、太陽情報の予め算出された緯度及び経度における月日及び時刻における太陽の高度角及び方位角データ等からサイト情報の緯度及び経度の地点における対応する時刻の太陽の高度角及び太陽の方位角を求める。
【００２０】
次に、演算した太陽の高度角及び方位角と、風車情報のロータ直径及びハブ高さとに基づいてシャドウ領域を演算して（ステップＳ２）、特定領域情報と比較する（ステップＳ３）。
【００２１】
ここで、シャドウ領域の少なくとも一部が特定領域に位置する場合（Ｙｅｓの場合）には、次に日射センサ７からの日射量が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ４）、閾値以上の時（Ｙｅｓの時）は、天候が晴れで特定領域にシャドウフリッカが生じるものとして風力発電機１へ停止信号を出力してロータの回転を停止させ（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。
【００２２】
これに対し、ステップＳ３でシャドウ領域の少なくとも一部が特定領域に位置しない場合（Ｎｏの場合）、或いはステップＳ４で日射量が閾値未満の時（Ｎｏの時）すなわち晴れていない時は、特定領域にシャドウフリッカが生じないものとして、ロータの回転を停止させることなく運転を継続し、またその時点でロータが停止制御されている時はその制御を解除して運転を再開させ、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
このように、本実施の形態では、ロータのシャドウ領域の少なくとも一部が予め設定した特定領域に位置し、かつ日射量が閾値以上で晴れの時は、ロータの回転を停止させるようにしたので、特定領域へのシャドウフリッカの発生を確実に回避することができ、風力発電機を市街地近傍に設置する際の住民の了解が得易くなると共に、ロータ停止による発電量損失も僅かに抑えることができ、風力発電機の導入普及を大幅に促進することができる。
【００２４】
例えば、本発明者によるシミュレーションによると、定格出力４０ｋＷ、ハブ高さ２４ｍ、ロータ径１５ｍの風力発電機を、北緯０度、東経０度に設置し、その設置位置から東方に水平距離１００ｍ以上を特定領域に設定した場合、設置位置における晴れの確率を５０％、風力発電機の設備利用率を２０％（時間・季節で一定を想定）、年間総発電量を７０．１ＭＷｈ（利用率２０％より）とすると、ロータの影が特定領域に入る時間の割合（運転可能で停止する時間の割合）は２．３％で、設備利用率は１９．５％（−０．５％）、年間総発電量は６８．５ＭＷｈ（−１．６ＭＷｈ）となり、僅かな発電量の損失で設置が可能となる。
【００２５】
（第２実施の形態）
図３は本発明の第２実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
本実施の形態は、第１実施の形態において、風力発電機１にロータの方位角を検出するロータ方位角検出センサ１１を設け、このロータ方位角検出センサ１１で検出したロータ方位角を演算制御回路８に取り込んでシャドウ領域を演算する際に用いるようにしたもので、その他の構成及び動作は第１実施の形態と同様である。
【００２７】
このように、シャドウ領域を演算する際に、ロータ方位角も考慮すれば、シャドウ領域をより正確に検出することができるので、ロータの停止時間を最小限に抑えて、発電量の低下を低減することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１実施の形態は、水平軸型の風力発電機に限らず、垂直軸型の風力発電機の運転制御にも適用することができる。また、第２実施の形態では、ロータ方位角を検出するのに代えて風向を検出してシャドウ領域の演算に供することもできる。更に、上記実施の形態では、演算制御回路８等を外部に設けて風力発電機の運転を遠隔制御するようにしたが、上述した運転制御装置を風力発電機に組み込んで制御することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によると、ロータのシャドウ領域の少なくとも一部が予め設定した特定領域に位置し、かつ日射量が閾値以上の時すなわち日照時は、ロータの回転を停止させるようにしたので、特定領域へのシャドウフリッカの発生を確実に回避することができ、風力発電機を市街地近傍に設置する際の住民の生活環境への影響が抑制でき、かつ住民の了解が得易くなって、風力発電機の導入普及を大幅に促進することができる。また、請求項２の発明のように、シャドウ領域の検出にあたってロータの方位角も考慮すれば、特に水平軸型の風力発電機の場合にはシャドウ領域をより正確に検出することができるので、ロータの停止時間を最小限に抑えて発電量の低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による運転制御方法を実施し得る風力発電機の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
１風力発電機
２サイト情報メモリ
３風車情報メモリ
４太陽情報メモリ
５特定領域情報メモリ
６時計
７日射センサ
８演算制御回路
１１ロータ方位角検出センサ

Claims

少なくとも、風力発電機の設置位置の経度及び緯度を含むサイト情報、上記風力発電機のロータ直径及びその中心となるハブの高さを含む風車情報、月日及び時刻を含む時間情報を用いて上記ロータの影が形成され得るシャドウ領域を検出するシャドウ領域検出工程と、
上記風力発電機の設置位置における日射量を検出する日射量検出工程と、
上記シャドウ領域検出工程で検出したシャドウ領域の少なくとも一部が予め設定した特定領域に位置するか否かを判定する判定工程とを有し、
上記判定工程での判定結果及び上記日射量検出工程で検出した日射量に基づいて、上記シャドウ領域の少なくとも一部が上記特定領域に位置し、かつ上記日射量が予め設定した閾値以上の時は、上記ロータの回転を停止させることを特徴とする風力発電機の運転制御方法。
上記シャドウ領域検出工程では、更に上記ロータの方位角を用いて上記シャドウ領域を検出することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の運転制御方法。