JP5550501B2 - Horizontal axis windmill - Google Patents
Horizontal axis windmill Download PDFInfo
- Publication number
- JP5550501B2 JP5550501B2 JP2010204997A JP2010204997A JP5550501B2 JP 5550501 B2 JP5550501 B2 JP 5550501B2 JP 2010204997 A JP2010204997 A JP 2010204997A JP 2010204997 A JP2010204997 A JP 2010204997A JP 5550501 B2 JP5550501 B2 JP 5550501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- yaw
- angle
- azimuth
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Description
本発明は、水平軸風車のヨー制御に関する。 The present invention relates to yaw control of a horizontal axis wind turbine.
一般に、水平軸風車は１枚又は２枚以上のブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを回転自在に軸支するナセルと、ナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。そして主軸に連結する発電機が搭載されて風力発電機が構成されることにより、水平軸風車は風力発電に利用されている。
水平軸風車には、ロータに発電等の仕事をさせるための稼動時に、タワーよりロータを風上側に配置してロータを回転させる形態のアップウィンド型と、タワーよりロータを風下側に配置してロータを回転させる形態のダウンウィンド型とがある。
In general, a horizontal axis wind turbine is configured such that one or two or more blades are radially attached from a hub, and the rotor is rotatable through a main shaft that is connected to the hub and extends in a substantially horizontal direction. A nacelle that supports the shaft and a tower that supports the nacelle in a yaw-rotating manner are configured. And the horizontal axis windmill is utilized for wind power generation by installing the generator connected with a main axis | shaft and comprising a wind power generator.
The horizontal axis wind turbine has an upwind type in which the rotor is rotated on the windward side from the tower during operation for causing the rotor to perform power generation and the like, and the rotor is arranged on the leeward side from the tower. There is a downwind type in which the rotor is rotated.
このような水平軸風車では、風力によりロータを効率よく回転させるためにロータを風向にできるだけ正対させることが重要となる。そのためにタワーに対してナセル従ってロータのヨー角を変角制御するヨー制御が行われる。
ヨー制御は、動力を用いないパッシブヨー制御と、動力を用いて能動的にヨー角を制御するアクティブヨー制御とに分けられる。
パッシブヨー制御としては、例えば、アップウィンド型で小型の風車では、尾翼により風向に対してロータがほぼ正対するようにヨー角を安定化させる技術が用いられていることがある。また、ダウンウィンド型で小型の風車では、ナセルをヨー回転自由にしてロータを風下に靡かせるフリーヨーにより風向に対してロータがほぼ正対するようにヨー角を安定化させる技術が用いられていることがある。
In such a horizontal axis wind turbine, it is important to make the rotor face the wind direction as much as possible in order to efficiently rotate the rotor by wind power. For this purpose, yaw control is performed for the tower to change the yaw angle of the rotor, that is, the rotor.
Yaw control is divided into passive yaw control that does not use power and active yaw control that actively controls the yaw angle using power.
As the passive yaw control, for example, in an upwind type small windmill, there is a technique in which the yaw angle is stabilized by the tail so that the rotor is almost directly opposed to the wind direction. In addition, downwind type small windmills use technology that stabilizes the yaw angle so that the rotor is almost directly opposed to the wind direction by free yaw that allows the nacelle to rotate freely and wind the rotor downwind. There is.
アクティブヨー制御としては、主に中・大型の商業風車において、ナセルに設置された風向計により風向に対するナセル方位角の差（ヨー角）を計測し、この計測値が所定の閾値以内に収束するように、タワーに対してナセルを旋回駆動するヨー駆動装置によりナセルのヨー角を制御する技術が用いられている。
ヨー駆動装置によるヨー角制御は、例えば特許文献１，３，４に記載されている。
In active yaw control, mainly in medium and large commercial wind turbines, the difference in the nacelle azimuth (yaw angle) with respect to the wind direction is measured by an anemometer installed in the nacelle, and this measured value converges within a predetermined threshold. As described above, a technique is used in which the yaw angle of the nacelle is controlled by a yaw drive device that turns the nacelle with respect to the tower.
The yaw angle control by the yaw driving device is described in
また、ヨー駆動装置によらずとも、アクティブヨー制御を行うことができる。ロータのブレードのピッチ角をロータ回転中に回転位相（アジマス角）に応じて変角制御することより、ロータにヨー軸周りのモーメントを発生させることができるから、これを利用してヨー角を制御する。
特許文献１では、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御と、ヨー駆動装置によるアクティブヨー制御とが使い分けられている。
特許文献１記載の発明にあっては、風向きと方位角とのずれが第１の閾値を越えると、そのずれが無くなるようにブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を行う。また、風向と方位角とのずれが第２の閾値を越えると、そのずれが無くなるようにヨー駆動装置によるアクティブヨー制御を行う。
特許文献２記載の発明にあっては、歪みゲージなどからなる回転モーメント・センサによってヨー軸回りの回転モーメントを検出し、その回転モーメントの不均衡を補償するようにブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を行う。
なお、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を行うには、複数のブレードは、そのピッチ角を個々独立に制御される必要があるから、ブレードのピッチ角を個々独立に駆動・制御する機械・制御構成が必要となる。
Further, active yaw control can be performed without using the yaw driving device. By controlling the change in the pitch angle of the rotor blade according to the rotation phase (azimuth angle) during rotor rotation, the rotor can generate a moment around the yaw axis. Control.
In
In the invention described in
In the invention described in
In order to perform active yaw control by controlling the pitch angle of the blade, it is necessary to control the pitch angle of each blade independently. A control configuration is required.
本発明は、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御における目標方位角を、風向に対するナセルのヨー角を計測する風向計によらずに決定でき、さらにヨー駆動装置によるアクティブヨー制御に適正に移行できる水平軸風車を提供することを課題とする。 The present invention can determine the target azimuth angle in active yaw control by blade pitch angle control without using an anemometer that measures the nacelle yaw angle with respect to the wind direction, and can appropriately shift to active yaw control by a yaw drive device. An object is to provide a horizontal axis wind turbine.
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ブレードとこれを保持するハブとを有するロータと、前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルとを備え、前記ナセルがヨー回転自在に支持されて構成された水平軸風車において、
前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動する独立ピッチ駆動装置と、
前記ナセルの方位角を計測するナセル方位角計測装置と、
前記ブレードのアジマス角を計測するアジマス角計測装置と、
前記ナセル方位角計測装置の計測値及び前記アジマス角計測装置の計測値に基づき、前記独立ピッチ駆動装置に各ブレードのピッチ角制御指令値を与えて、当該ブレードのピッチ角を当該アジマス角に応じて変角制御することにより前記ロータにヨー軸周りのトルクを発生させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、パッシブヨー制御時の所定期間における前記ナセル方位角計測装置の計測値の平均値を目標方位角として、前記所定期間経過後に前記トルクにより当該目標方位角と実時間の前記ナセル方位角計測装置の計測値との差が減少するように前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を実行する水平軸風車である。
The invention according to
An independent pitch driving device for independently driving the pitch angles of the blades;
A nacelle azimuth measuring device for measuring the azimuth of the nacelle;
An azimuth angle measuring device for measuring the azimuth angle of the blade;
Based on the measured value of the nacelle azimuth measuring device and the measured value of the azimuth angle measuring device, a pitch angle control command value of each blade is given to the independent pitch driving device, and the pitch angle of the blade is set according to the azimuth angle. A control device for generating torque around the yaw axis in the rotor by performing variable angle control,
The control device uses the average value of the measured values of the nacelle azimuth measuring device in a predetermined period during passive yaw control as a target azimuth, and the target azimuth and real time nacelle azimuth by the torque after the predetermined period has elapsed It is a horizontal axis windmill which performs active yaw control by the pitch angle control of the said blade so that the difference with the measured value of a measuring device may decrease.
請求項２記載の発明は、前記制御装置により制御されるヨー駆動装置を備え、
前記制御装置は、前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御時において、前記トルクを発生させるための前記ブレードのアジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさが、所定の閾値を超えたか否かを判断し、当該判断により所定の閾値を超えたと判断した場合に、前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を中断して、前記ヨー駆動装置にヨー角制御指令値を与えて、前記目標方位角と実時間の前記ナセル方位角計測装置の計測値との差が減少するように前記ヨー駆動装置によるアクティブヨー制御を実行する請求項１に記載の水平軸風車である。
アジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさは、例えば、ロータ回転の一周期、すなわち、アジマス角３６０degの変化におけるピッチ角の最大値と最小値との差として計算する。このピッチ角の大きさは、ピッチ角制御指令値に基づき計算したものでもよいし、ピッチ角計測値に基づき計算したものでもよい。
The invention according to
In the active yaw control based on the pitch angle control of the blade, the control device determines whether the magnitude of the change in the pitch angle according to the change in the azimuth angle of the blade for generating the torque exceeds a predetermined threshold value. And determining that the predetermined threshold is exceeded, interrupting active yaw control by pitch angle control of the blade, giving a yaw angle control command value to the yaw driving device, 2. The horizontal axis wind turbine according to
The magnitude of the change in the pitch angle according to the change in the azimuth angle is calculated, for example, as a difference between the maximum value and the minimum value of the pitch angle in one cycle of the rotor rotation, that is, a change in the azimuth angle 360 deg. The magnitude of the pitch angle may be calculated based on the pitch angle control command value or may be calculated based on the pitch angle measurement value.
請求項３記載の発明は、前記制御装置は、前記所定の閾値を超えたか否かを判断するにあたり、前記ピッチ角制御指令値に基づいてピッチ角の変化の大きさを計算する請求項２に記載の水平軸風車である。 According to a third aspect of the present invention, the control device calculates a magnitude of a change in pitch angle based on the pitch angle control command value when determining whether or not the predetermined threshold is exceeded. It is a horizontal axis windmill of description.
請求項４記載の発明は、前記ブレードのピッチ角を計測するピッチ角計測装置を備え、
前記制御装置は、前記所定の閾値を超えたか否かを判断するにあたり、前記ピッチ角計測装置の計測値に基づいてピッチ角の変化の大きさを計算する請求項２に記載の水平軸風車である。
The invention according to
3. The horizontal axis wind turbine according to
本発明によれば、パッシブヨー制御時の所定期間におけるナセル方位角計測装置の計測値の平均値を目標方位角として、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を実行するので、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御における目標方位角を、風向に対するナセルのヨー角を計測する風向計によらずに決定できるという効果がある。
さらに本件請求項２記載の発明によれば、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御時において、ブレードのアジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさが、所定の閾値を超えたか否かを判断し、当該判断により所定の閾値を超えたと判断した場合に、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を中断して、ヨー駆動装置によるアクティブヨー制御を実行するので、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御が過剰になる前に、ヨー駆動装置によるアクティブヨー制御に適正に移行できるという効果があり、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御とヨー駆動装置によるアクティブヨー制御とを適正に使い分けて、ヨー駆動装置の使用頻度を低減しつつ、ロータを風向に追従させることができる。
According to the present invention, the active yaw control by the blade pitch angle control is executed with the average value of the measurement values of the nacelle azimuth measuring device in the predetermined period during the passive yaw control as the target azimuth angle. There is an effect that the target azimuth angle in the active yaw control can be determined without using an anemometer for measuring the nacelle yaw angle with respect to the wind direction.
Furthermore, according to the invention of
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
本水平軸風車は、３枚のブレードを有する水平軸風車である。本水平軸風車は、アップウィンド型又はダウンウィンド型であり、風力発電機として構成される。
本水平軸風車は、ブレードとこれを保持するハブとを有するロータと、ハブに接続された主軸を介してロータを軸支するナセルとを備える。
さらに本水平軸風車には、ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動する独立ピッチ駆動装置と、ナセルの方位角を計測するナセル方位角計測装置と、ブレードのアジマス角を計測するアジマス角計測装置と、電動モータによりロータのヨー角を変角駆動するヨー駆動装置と、これらを制御する制御装置とが備えられている。
本水平軸風車を、ナセルがタワーに対してヨー回転自在にして当該タワーに支持された構成としてもよいし、ナセルが浮体上に支持されて浮体ごとヨー回転する浮体式洋上風車としてもよい。したがって、ヨー駆動装置として、タワーに対してロータをナセルとともにヨー回転させる駆動装置や、ロータ及びナセルを浮体ごとヨー回転させる駆動装置の形態が適用され得る。
The horizontal axis wind turbine is a horizontal axis wind turbine having three blades. The horizontal axis wind turbine is an upwind type or a downwind type, and is configured as a wind power generator.
The horizontal axis wind turbine includes a rotor having blades and a hub that holds the blades, and a nacelle that supports the rotor via a main shaft connected to the hub.
The horizontal axis wind turbine further includes an independent pitch driving device that independently drives the pitch angle of the blade, a nacelle azimuth measuring device that measures the azimuth angle of the nacelle, and an azimuth angle measuring device that measures the azimuth angle of the blade. A yaw driving device that changes the yaw angle of the rotor by an electric motor and a control device that controls these yaw driving devices are provided.
This horizontal axis windmill may be configured such that the nacelle is supported by the tower so that the nacelle can rotate with respect to the tower, or the nacelle may be supported on the floating body and may be a floating offshore windmill that rotates yaw together with the floating body. Therefore, as the yaw driving device, a driving device that yaw rotates the rotor together with the nacelle with respect to the tower, or a driving device that yaw rotates the rotor and nacelle together with the floating body can be applied.
制御装置は、図１に示すように独立ピッチ制御によるヨー制御Ａと、ヨー駆動装置によるヨー制御Ｃと、判断処理Ｂによるヨー制御Ａとヨー制御Ｃとの切り替え制御を基本アルゴリズムとしたヨー制御を実行する。 As shown in FIG. 1, the control device is based on yaw control A based on independent pitch control, yaw control C based on the yaw driving device, and switching control between yaw control A and yaw control C based on the determination process B. Execute.
まず、独立ピッチ制御によるヨー制御Ａが以下のように実行される。独立ピッチ制御によるヨー制御Ａの具体例は図２のブロック線図に示すとおりである。図２に示す制御対象ブロックＷＴＧに本風車本体、独立ピッチ駆動装置、ナセル方位角計測装置及びアジマス角計測装置が含まれる。
（１）制御装置は、ヨー駆動装置をオフにし、ヨーブレーキがある場合はヨーブレーキを解除又は半制動状態として、ロータが受ける風の風向の変化に従ってナセルのヨー角が追従する状態に保持したパッシブヨー制御を行う。
制御装置は、このパッシブヨー制御を所定期間（例えば、１分間）行って、同期間におけるナセル方位角計測装置の計測するナセル方位角の平均値を計算し、当該平均値を独立ピッチ制御時の目標方位角Ψrefとする。
First, yaw control A by independent pitch control is executed as follows. A specific example of yaw control A by independent pitch control is as shown in the block diagram of FIG. The wind turbine main body, the independent pitch driving device, the nacelle azimuth measuring device, and the azimuth angle measuring device are included in the control target block WTG shown in FIG.
(1) The control device turns off the yaw drive device, and when there is a yaw brake, releases the yaw brake or puts it in a semi-brake state, and maintains the state in which the yaw angle of the nacelle follows the change in wind direction of the wind received by the rotor. Perform passive yaw control.
The control device performs this passive yaw control for a predetermined period (for example, 1 minute), calculates an average value of the nacelle azimuth angle measured by the nacelle azimuth measuring device during the same period, and calculates the average value as a target for independent pitch control. Let it be the azimuth angle Ψref.
（２）制御装置は、パッシブ制御期間の終了とともに以下のような独立ピッチ制御によるアクティブヨー制御に移行する。
まず、制御装置は、目標方位角Ψrefと実時間のナセル方位角計測装置の計測値Ψとの差ΔΨDを計算する。
次に制御装置は差ΔΨDに応じて、この差を減少させるための独立ピッチの振幅を規定するゲインＫＹＣを計算する（ブロックＡ１）。本制御例では、比例ゲインＫＰ、積分時定数Ｔを有するＰＩ制御を適用している。
次に制御装置は、ゲインＫＹＣ及びアジマス角計測装置の計測するアジマス角φから、この差ΔΨDが減少するように独立ピッチ駆動装置に与えるべき各ブレードのピッチ角制御指令値ｅＹＣｎを計算する（ブロックＡ２）。なお、ブロックＡ２においてφ０は、制御系の遅れを補償するための値である。
独立ピッチ駆動装置にピッチ角制御指令値ｅＹＣｎが入力され、以上の演算に基づく独立ピッチ制御が行われる。かかる制御により、ブレードのピッチ角をアジマス角に応じて変角制御することとなり、ロータにヨー軸周りのトルクを発生させる。いわゆるサイクリックピッチ制御が行われる。このトルクや風の影響によりロータのヨー角が変化する。さらに制御装置は、上記（１）に戻って上記（１）→上記（２）の制御を繰り返す。但し、以下の場合は中断する。
(2) The control device shifts to active yaw control by independent pitch control as described below with the end of the passive control period.
First, the control device calculates a difference Δψ D between the target azimuth angle ψref and the measured value ψ of the real-time nacelle azimuth measuring device.
Next, in accordance with the difference ΔΨ D , the control device calculates a gain KYC that defines the amplitude of the independent pitch for reducing this difference (block A1). In this control example, PI control having a proportional gain K P and an integration time constant T is applied.
Next, the control device calculates the pitch angle control command value e YCn of each blade to be given to the independent pitch drive device from the gain KYC and the azimuth angle φ measured by the azimuth angle measurement device so that the difference ΔΨ D decreases. (Block A2). Incidentally, phi 0 in block A2 is a value for compensating a delay of the control system.
A pitch angle control command value eYCn is input to the independent pitch driving device, and independent pitch control based on the above calculation is performed. By such control, the pitch angle of the blade is controlled according to the azimuth angle, and the rotor generates torque around the yaw axis. So-called cyclic pitch control is performed. The yaw angle of the rotor changes due to the influence of torque and wind. Further, the control device returns to the above (1) and repeats the control of (1) → (2). However, it will be suspended in the following cases.
制御装置は、上記（２）の制御中には、判断処理Ｂを行う。判断処理Ｂとして制御装置は、ブレードのアジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさが、所定の閾値を超えたか否かを判断する。但し、上記トルクを発生させるためのサイクリックピッチ制御におけるピッチ角の変化を対象とする。全ブレードのピッチ角を一斉に等しく変角させる制御については、上記トルクは生じないからこの制御による変角量を算入しない。
アジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさは、ロータ回転の一周期、すなわち、アジマス角３６０degの変化におけるピッチ角の最大値と最小値との差（振幅）として計算する。そして制御装置は、例えば１分間の平均化時間によりこの振幅の平均値を算出して、この平均値が閾値を超えたか否か判断する。本制御における所定の閾値の例を図３に示す。図３に示す閾値はこのときの平均化時間の関数とされる。
ピッチ角の大きさは、ピッチ角制御指令値ｅＹＣｎに基づき計算したものでもよいし、ブレードのピッチ角を計測するピッチ角計測装置を備えておき、同ピッチ角計測装置の計測値に基づき計算したものでもよい。
The control device performs the determination process B during the control of (2) above. As the determination process B, the control device determines whether or not the magnitude of the change in the pitch angle according to the change in the azimuth angle of the blade exceeds a predetermined threshold value. However, the change of the pitch angle in the cyclic pitch control for generating the torque is targeted. In the control for changing the pitch angles of all the blades at the same time, the above torque is not generated, so the amount of change by this control is not included.
The magnitude of the change in the pitch angle according to the change in the azimuth angle is calculated as a difference (amplitude) between the maximum value and the minimum value of the pitch angle in one cycle of the rotor rotation, that is, the change in the azimuth angle 360 deg. Then, the control device calculates an average value of the amplitude based on, for example, an averaging time of 1 minute, and determines whether or not the average value exceeds a threshold value. An example of the predetermined threshold in this control is shown in FIG. The threshold shown in FIG. 3 is a function of the averaging time at this time.
The size of the pitch angle may be calculated based on the pitch angle control command value eYCn , or may be calculated based on the measured value of the pitch angle measuring device provided with a pitch angle measuring device that measures the pitch angle of the blade. You may have done.
判断処理Ｂにより所定の閾値を超えたと判断した場合には、制御装置は、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を中断して、ヨー駆動装置にヨー角制御指令値を与えて、目標方位角と実時間のナセル方位角計測装置の計測値との差が減少するようにヨー駆動装置によるアクティブヨー制御Ｃを実行する。
その際、制御装置はヨー駆動装置により駆動する変角ゲインを、判断処理Ｂで対象とされたピッチ角変化量の平均値に応じて決定する。ピッチ角変化量（振幅）の平均値とヨー駆動装置により駆動する変角ゲインとの関係を図４に示す。制御装置は、この変角ゲインに基づきヨー角制御指令値を算出してヨー駆動装置に与えてヨー角を変角制御する。
かかるアクティブヨー制御Ｃの導入により、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御時のピッチ変角量を低減することができる。
If it is determined by the determination process B that the predetermined threshold value has been exceeded, the control device interrupts the active yaw control by the pitch angle control of the blade, gives a yaw angle control command value to the yaw drive device, and the target azimuth angle The active yaw control C by the yaw driving device is executed so that the difference between the measured value of the nacelle azimuth measuring device and the real time nacelle azimuth measuring device decreases.
At this time, the control device determines the variable gain that is driven by the yaw drive device in accordance with the average value of the pitch angle change amounts targeted in the determination process B. FIG. 4 shows the relationship between the average value of the pitch angle change amount (amplitude) and the variable angle gain driven by the yaw driving device. The control device calculates a yaw angle control command value based on this variable angle gain and gives it to the yaw driving device to control the variable yaw angle.
By introducing the active yaw control C, it is possible to reduce the amount of pitch change during active yaw control by blade pitch angle control.
以上のようにして、風向に対するナセルのヨー角を計測する風向計なしでも、ロータを風向に正対させるためのヨー制御が可能となる。また、ヨー駆動装置の使用頻度を低減することができる。 As described above, yaw control for causing the rotor to face the wind direction can be performed without an anemometer that measures the yaw angle of the nacelle with respect to the wind direction. In addition, the frequency of use of the yaw drive device can be reduced.
〔シミュレーション〕
以上の実施形態に従った本発明例と、比較例とにつき比較計算したシミュレーション結果を以下に開示する。
本発明例及び比較例ともに、1.5ＭＷの定格発電規模の浮体式洋上風車を想定し、同風車の姿勢角（ロール角、ピッチ角、ヨー角）を計算した。比較例にあっては、ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を行わないものとした。
図５に本発明例及び比較例の６００秒間における姿勢角（ロール角（a）、ピッチ角(b)、ヨー角(c)）の変化が示される。図５のグラフは、平均風速２１〔ｍ／ｓ〕の風況下を想定して計算したものである。同図に示されるように、本発明例にあってはヨー角及びロール角の変化が著しく低減されることが確認できた。
図６に５〜２５〔ｍ／ｓ〕の風速域に対する姿勢角（ロール角（a）、ピッチ角(b)、ヨー角(c)）の変化の（平均値＋標準偏差）及び（平均値−標準偏差）の分布が示される。同図に示されるように、ほぼ全風速域において本発明により姿勢角の変化の抑制効果が得られることが確認できた。
〔simulation〕
The simulation results calculated by comparing the inventive example according to the above embodiment and the comparative example are disclosed below.
In both the inventive example and the comparative example, a floating offshore wind turbine having a rated power generation scale of 1.5 MW was assumed, and the attitude angles (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the wind turbine were calculated. In the comparative example, active yaw control by blade pitch angle control is not performed.
FIG. 5 shows changes in posture angles (roll angle (a), pitch angle (b), yaw angle (c)) in the present invention example and the comparative example for 600 seconds. The graph of FIG. 5 is calculated assuming a wind condition of an average wind speed of 21 [m / s]. As shown in the figure, it was confirmed that the change in the yaw angle and the roll angle was remarkably reduced in the example of the present invention.
Fig. 6 shows (average value + standard deviation) and (average value) of changes in attitude angles (roll angle (a), pitch angle (b), yaw angle (c)) with respect to a wind speed range of 5 to 25 [m / s]. -Standard deviation) distribution is shown. As shown in the figure, it was confirmed that the effect of suppressing the change in the posture angle can be obtained by the present invention in almost all wind speed regions.
φ アジマス角
Ψ ナセル方位角計測値
Ψref 目標方位角
φ Azimuth angle Ψ Nacelle azimuth measurement value Ψref Target azimuth
Claims (4)
前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動する独立ピッチ駆動装置と、
前記ナセルの方位角を計測するナセル方位角計測装置と、
前記ブレードのアジマス角を計測するアジマス角計測装置と、
前記ナセル方位角計測装置の計測値及び前記アジマス角計測装置の計測値に基づき、前記独立ピッチ駆動装置に各ブレードのピッチ角制御指令値を与えて、当該ブレードのピッチ角を当該アジマス角に応じて変角制御することにより前記ロータにヨー軸周りのトルクを発生させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、パッシブヨー制御時の所定期間における前記ナセル方位角計測装置の計測値の平均値を目標方位角として、前記所定期間経過後に前記トルクにより当該目標方位角と実時間の前記ナセル方位角計測装置の計測値との差が減少するように前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を実行する水平軸風車。 A horizontal axis wind turbine comprising: a rotor having a blade and a hub for holding the blade; and a nacelle that pivotally supports the rotor via a main shaft connected to the hub, the nacelle being supported for yaw rotation. In
An independent pitch driving device for independently driving the pitch angles of the blades;
A nacelle azimuth measuring device for measuring the azimuth of the nacelle;
An azimuth angle measuring device for measuring the azimuth angle of the blade;
Based on the measured value of the nacelle azimuth measuring device and the measured value of the azimuth angle measuring device, a pitch angle control command value of each blade is given to the independent pitch driving device, and the pitch angle of the blade is set according to the azimuth angle. A control device for generating torque around the yaw axis in the rotor by performing variable angle control,
The control device uses the average value of the measured values of the nacelle azimuth measuring device in a predetermined period during passive yaw control as a target azimuth, and the target azimuth and real time nacelle azimuth by the torque after the predetermined period has elapsed A horizontal axis wind turbine that performs active yaw control by pitch angle control of the blade so that a difference from a measurement value of a measurement device is reduced.
前記制御装置は、前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御時において、前記トルクを発生させるための前記ブレードのアジマス角の変化に応じたピッチ角の変化の大きさが、所定の閾値を超えたか否かを判断し、当該判断により所定の閾値を超えたと判断した場合に、前記ブレードのピッチ角制御によるアクティブヨー制御を中断して、前記ヨー駆動装置にヨー角制御指令値を与えて、前記目標方位角と実時間の前記ナセル方位角計測装置の計測値との差が減少するように前記ヨー駆動装置によるアクティブヨー制御を実行する請求項１に記載の水平軸風車。 A yaw driving device controlled by the control device;
In the active yaw control based on the pitch angle control of the blade, the control device determines whether the magnitude of the change in the pitch angle according to the change in the azimuth angle of the blade for generating the torque exceeds a predetermined threshold value. And determining that the predetermined threshold is exceeded, interrupting active yaw control by pitch angle control of the blade, giving a yaw angle control command value to the yaw driving device, The horizontal axis wind turbine according to claim 1, wherein active yaw control is performed by the yaw driving device so that a difference between a target azimuth angle and a measurement value of the nacelle azimuth measuring device in real time is reduced.
前記制御装置は、前記所定の閾値を超えたか否かを判断するにあたり、前記ピッチ角計測装置の計測値に基づいてピッチ角の変化の大きさを計算する請求項２に記載の水平軸風車。 A pitch angle measuring device for measuring the pitch angle of the blade;
The horizontal axis windmill according to claim 2, wherein the control device calculates a change in pitch angle based on a measurement value of the pitch angle measurement device when determining whether or not the predetermined threshold value is exceeded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010204997A JP5550501B2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Horizontal axis windmill |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010204997A JP5550501B2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Horizontal axis windmill |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012062757A JP2012062757A (en) | 2012-03-29 |
| JP5550501B2 true JP5550501B2 (en) | 2014-07-16 |
Family
ID=46058730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010204997A Expired - Fee Related JP5550501B2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Horizontal axis windmill |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5550501B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201223088D0 (en) | 2012-12-20 | 2013-02-06 | Statoil Asa | Controlling motions of floating wind turbines |
| CN105240213A (en) * | 2015-11-13 | 2016-01-13 | 天津瑞源电气有限公司 | Control system for wind turbine generating set and method for obtaining maximum-power wind direction through automatic tracking |
| JP2019094886A (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-20 | 株式会社日立製作所 | Floating type offshore wind power generation device |
| CN110608135B (en) * | 2019-10-29 | 2020-10-27 | 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 | Yaw control method, device and equipment for wind turbine generator and storage medium |
| CN113606086A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-05 | 中国科学院工程热物理研究所 | Periodic propeller change control device and method for wind turbine generator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5097729B2 (en) * | 2009-02-24 | 2012-12-12 | 株式会社日立製作所 | Horizontal axis windmill |
-
2010
- 2010-09-14 JP JP2010204997A patent/JP5550501B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012062757A (en) | 2012-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11098695B2 (en) | System and method to manage torsional oscillation of a wind turbine tower | |
| JP4914294B2 (en) | Horizontal axis windmill | |
| US9835137B2 (en) | Compensation for asymmetric load moment experienced by wind turbine rotor | |
| EP3067556B1 (en) | System and method for variable tip-speed-ratio control of a wind turbine | |
| US8529206B2 (en) | Wind turbine generator and yaw rotation control method for wind turbine generator | |
| EP2306007B1 (en) | Method and system for controlling a wind turbine | |
| US7175389B2 (en) | Methods and apparatus for reducing peak wind turbine loads | |
| US9523352B2 (en) | Methods and systems for alleviating the loads generated in wind turbines by wind asymmetries | |
| US20180066630A1 (en) | Damping oscillations in a wind turbine | |
| CN103742362A (en) | Independent variable pitch control system and method for direct-drive permanent magnet wind generating set | |
| JP5550501B2 (en) | Horizontal axis windmill | |
| JP2014513768A (en) | System for minimizing yaw torque required to control power output in a two-bladed swing hinge wind turbine controlling power output by yawing | |
| CN110067697B (en) | Twist correction factor for aerodynamic performance maps used in wind turbine control | |
| TW201602458A (en) | Wind power generation system | |
| JP6462388B2 (en) | Wind power generator | |
| JP2010159646A (en) | Wind turbine generator, and method and program for controlling blade pitch angle of the same | |
| JP6282187B2 (en) | Windmill and its stopping method | |
| US9759189B2 (en) | Wind power plant and method of controlling wind turbine generator in a wind power plant | |
| KR101363516B1 (en) | Method for controlling a generator of wind turbine generator | |
| JP5097729B2 (en) | Horizontal axis windmill | |
| JP6227490B2 (en) | Downwind type windmill and its stopping method | |
| JP4340496B2 (en) | Horizontal axis wind turbine and control method thereof | |
| JP4494813B2 (en) | Horizontal axis wind turbine and control method thereof | |
| JP6865672B2 (en) | Evaluation method and design method of wind power generation equipment | |
| JP2017155708A (en) | System for controlling plurality of wind power generation devices, wind farm or method for controlling plurality of wind power generation devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20120723 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130913 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140423 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140430 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5550501 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |