JP4953469B2 - 風力発電装置のローターを制動する方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置のローターハブに回転するように取り付けられた回転翼を回転させる設備に関し、この設備は、回転翼を回転させるためのアクチュエーターのようなローターハブ内の電気装置を有し、回転翼に連結されたロックであって、アクチュエーターの電源の故障の場合又はアクチュエーター自体の機能停止の場合に作動させかつローターを制動しかつ非常用電力を供給することにより回転翼が運転モードにおいて回転することを防止し得ることを特色とする。

更に、本発明は、ローターハブに配置されたローターブレーキにより、回転翼を回転させるためのアクチュエーターのようなローターバブ内の電気装置を有する風力発電装置に属するローターを制動するための方法であって、回転翼に連結されアクチュエーターの電源の故障の場合又はアクチュエーター自体の機能停止の場合に作動させ、そして回転翼が運転モードにおいて回転することを防止できるロックを特色とする方法に関する。
世界公開第９９／２３３８４ Ａ１号 明細書

かかる装置は特許文献１より知られる。この装置では、回転翼調整ユニットにロックが設けられ、電源が故障した場合にこれが作動して、回転翼は、風力発電装置が停止しかつ電源が復活されるまで、フェーザー位置（ｆｅａｔｈｅｒｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に回転し、この位置に保持されるだけである。この設備は電源の一部分が故障した場合に風力発電装置の確実な制動を提供するが、これは、この装置の信頼し得る機能のためには、アクチューエーターなしの回転翼をフェザー位置に回転させねばならない不都合な場合でも比較的大きなスイープを必要とする欠点がある。スイープは回転翼の長手方向及び回転軸線からの角度である。即ち、大きいスイープは、正常運転において比較的大きな負荷を招き、これは回転翼用の大きい調整用アクチュエーターの実施を必要とする。これがより大きい設備費及び増加した電力消費を生じ、かつアクチュエーターのより大きい慣性モーメントのためアクチュエーターの動的特性を劣化させる。要約すれば、特許文献１に相当する設備では、回転翼アクチューエーターの手段により回転翼をフェザー位置に戻す回転のための大きいスイープによる設備費及び運転費の増加又はハブ内に電池の必要性のいずれかが生ずる。そこで、本発明の基本的なタスクは、本明細書の導入部分において説明された形式の設備であって、スイープがない場合又はごく僅かなスイープがある場合でもローターの制動が確実に機能しかつ各回転翼の各アクチューエーターに個別の非常用電源のないような設備を提供することを含む。

このタスクは、請求項１の特徴を有する設備により解決される。

本発明の更なる基本的タスクは、本発明の設備により、風力発電装置のローターを制動する方法であって、これにより、各回転翼の各アクチューエーターについて個別の非常用電源が設けられないことに加えてスイープがないか又は僅かである方法を提供することを含む。

このタスクは、請求項６の特徴を有する方法により解決される。

本発明は、風力発電装置内に本来的に常在するローターブレーキを使用するが、これは
、風力発電装置の整備中は適用規則に従ったパーキングブレーキとして使用され、或いは回転翼のフェザー位置への回転に対するロックと関連して、発電装置の構成要素の故障の場合の非常ブレーキとして使用されるだけである。本発明は、ローターブレーキを使用する手段により回転翼にトルクを加える実用性を明らかにする。このトルクが前記回転翼をフェザー位置に回転させる。同時に、重力及び風力が回転翼に作用し、これが回転翼のフェザー位置への回転を支持する。これら特徴を全て組み合わせた手段により、かなり大きいスイープなしで或いは電池からの冗長な非常用電源を必要とする回転翼アクチューエーターの援助なしに回転翼はフェザー位置へ特に迅速かつ確実な回転を達成することができる。回転翼を回転するためのアクチューエーターのようなハブ内に設置された電気装置の電力供給は、スリップリングのような回転電気コネクターを介してローター軸において限定的に行うことができる。ハブの外部、例えば風力発電装置のナセル又はタワーにおける非常用電源は、例えば短時間の配電網の停電の場合の回転アクチューエーターの連続給電に見ることができ、発電装置は常に通常の方法で停止させることができる。しかし、例えば、非常用電源の部品、スリップリング、接続線又はアクチューエーターのいずれかの故障の場合は、緊急停止が必要であり、回転翼の慣性に関連したローターブレーキの制動トルクが、回転翼の、フェザー位置への迅速かつ確実な回転、更に発電装置の安全な停止を確保する。

ローターハブを回転させるために冗長な非常用電源は不必要であり、これはハブの外部に置くことができ、最終的により安価な発電装置及び又は維持費がもたらされる。

本発明の更なる特徴及び便益が、付属図面を参照した本発明の簡単な構成の以下の説明から生ずる。

図面において、風力発電装置のナセル１が図式的に表され、これにナセル２が回転可能に取り付けられる。図式的に表された回転翼３が、回転軸の手段によりナセル２に取り付けられる。回転軸３を回転させるために、各回転軸３に対してモーター４と周波数変換器５とから構成されるアクチュエーターが設けられる。各モーター４にはロックが設けられ、これは、活性化されたときの運転位置における回転翼３の回転は防止するがフェザー位置における回転翼３の連続的又は断続的な回転は許す。モーター駆動状態でないときは、ロックは作動せず、即ち、あらゆる方向における回転翼３の回転が可能である。ロックは、例えば特許文献１において説明されたように構成されかつ機能することができる。ロックは、フェザー位置における回転翼３を捕らえて、これが運転位置に戻ることを防ぐように構成することもできる。

各周波数変換器５は、線６を介してモーター４に接続される。周波数変換器５への電力供給は接続線７を介してなされ、この線はローター軸上のスリップリング８に接続される。例えば、電池及び／又は蓄電装置の様相の非常用電源１０が、追加の接続線９を介してナセル端部のスリップリング８に接続される。最後に、ローター及び／又はローターハブ２に制動をかけてこれを止めるために、追加のローターブレーキ１１が設けられる。

風力発電装置の残りの構成要素の全ては、知られる現在技術に基づいて構成することができる。

発電装置及びモーター４のロックの制御は、緊急事態を引き起こす、例えば、線６、７、９におけるモーター４、スリップリング８又はブレーキの部品の故障、或いは周波数変換器５の欠陥による電力供給の中断の場合に、ローターブレーキ１１並びにアクチュエーター４上のロックが作動させられるように構成される。ローターのブレーキを使用して発電装置をできるだけ速やかに非活動化させることが必要である。結果として、ローターはローターブレーキ１１により制動され、同時にロックは、回転翼３が運転位置に回転することを防止する。回転翼３の慣性及び回転軸線から外れた重心の位置の手段により、回転翼は、ローターブレーキ１１の制動モーメントによりフェザー位置に回転させられ、この際、風及び重心の力が、回転翼３のフェザー位置への回転を少なくもある期間支持する。これに関連して、ローターブレーキ１１の制動モーメントのために、蓄電装置４、５の非常用電源又は回転翼３のかなり大きいスイープのような追加の対策を提供することは不必要である。同時に、例えば、発電装置と電力を供給する配電網との間の電気接続に対する妨害の場合に、必要であるならば発電装置の管理された非活動化のために、発電装置の制御ユニット、周波数変換器５及びモーター４の間に存在する機能用電流／制御接続を提供する非常用電力をアクチューエーター４に供給することが、ナセル１内の非常用電源１０の手段により可能である。

ローターブレーキ１１は、これを高性能ブレーキとして構成することができるが、これは、緊急時、即ち、ロックに関連した回転翼３の範囲がスイープ及び／又は回転翼３の回転軸の外側に置かれた回転翼３の重心の手段により自分でフェザー位置に動かないように特定された構成要素の故障の場合、及びローターが臨界回転数を越えたときにのみ、使用されるローターブレーキ１１のような非常用及び整備用のブレーキとして構成することもできる。

本発明によるブレーキを有する風力発電装置のナセルの断面図である。

Claims (12)

1. ローターハブ（２）と、ローターハブ（２）に取り付けられて作動位置とフェザー位置との間を回転するように回転軸線の外側に重力中心を各々有する回転翼（３）とを特色とする風力発電装置のローター（２、３）を制動するための設備において、
   回転翼（３）の回転のためのアクチュエーター（４、５）を有するローターハブ（２）内の電気装置、
   アクチューエーター（４、５）の電源又はアクチュエーター（４、５）自体の故障の場合に作動させることができ、作動される時に回転翼（３）を作動位置への回転を防止するように回転翼（３）に連結されたロック、
   ローターブレーキ（１１）、及び
   ローターブレーキ（１１）の制動トルク及び回転軸線の外側にある各回転翼（３）の重力中心に基づく慣性力によってフェザー位置に回転翼（３）が回転される制御器、を具備することを特徴とする設備。
2. 回転翼（３）の長手方向軸線が回転翼（３）の回転軸線に対して傾けられることを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 接続されるグリッドへの風力発電装置の電気接続の故障の場合に電力をアクチュエーター（４、５）に供給するために、ローターハブ（２）の外部に配設された非常用電源（１０）を特徴とする請求項１又は２に記載の設備。
4. 非常用電源（１０）が、風力発電装置のナセル又は軸内に配置された電池又は電池相当品であり、スリップリング（８）を介して電気装置に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の設備。
5. ロックが、回転翼（３）のフェザー位置への連続的又は断続的な回転を許すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の設備。
6. ローターハブ（２）、及び作動位置とフェザー位置の間を回転するようにローターハブ（２）に取り付けられた回転翼（３）、並びに回転翼（３）の回転のためのアクチュエーター（４、５）と回転翼（３）に連結されたロックとを有するローターハブ（２）内の電気装置、を具備し、該ロックは、アクチュエーター（４、５）のための電力供給又はアクチユーエーター（４、５）自体の故障の場合に、作動でき、該ロックが作動される時に、該ロックは、回転翼が作動位置に回転されるのを防止する、風力発電装置のローターの制動方法において、
   アクチュエーター（４、５）のための電源又はアクチュエーター（４、５）自体の故障の場合に、ローターブーレーキ（１１）が作動させられる過程と、
   ローターブレーキ（１１）の制動トルクに基づく慣性力及び回転軸の外側の各回転翼（３）の重力によってフェザー位置に回転翼（３）が回転される過程と、を具備することを特徴とする方法。
7. ローターブレーキ（１１）は、ローター回転数が所定の臨界値を越えたときだけ作動することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. ローター回転数が所定の臨界値を下回る時の、アクチュエーター（４、５）のための電源又はアクチュエーター（４、５）自体の事故の場合の、回転翼（３）は、単にロックの支援により、回転翼（３）に作用する風及び／又は重力の手段によってフェザー位置に回転されることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 接続された配電網への風力発電装置の電気接続が故障した時に、ロータハブ（２）の外側に配置された非常用電源（１０）によってアクチュエーター（４、５）に電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１に記載の方法。
10. アクチュエーター（４、５）のための電源又はアクチュエーター（４、５）自体の故障の場合に、ロックが作動される時に、回転翼（３）がフェザー位置に回転されることを特徴とする請求項６記載の方法。
11. 作動させられたロックが、回転翼（３）のフェザー位置への連続的又は断続的な回転を許すことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１に記載の方法。
12. 非常用電源（１０）として使用される電池又は同等物が風力発電装置のナセル又は軸内に設けられて、スリップリング（８）を電気回転接続部として電気装置に接続されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１に記載の方法。

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