JP5832343B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
そこで従来では、例えば風車ブレードの角度を変えるピッチ制御によって衝撃の軽減が図られている(例えば、特許文献1、2参照)。
風力トルクは、風車ブレード5から発電機に至る動力伝達系を介して発電機に伝達される。風力トルクが変動すると、動力伝達系にかかるトルク(以下、伝達トルクと称する)も変動する。伝達トルクは例えば歯車などの動力伝達系の構成要素にかかるトルクである。
なお、第1トルク低減手段を動作させない場合よりも動作させる場合のほうが伝達トルクは小さくなるが、第1トルク低減手段を動作させたからといって伝達トルクの絶対値が低下するとは限らない。例えば、風力トルクの上昇が比較的急な場合、第1トルク低減手段のトルク低減動作によっても伝達トルクは上昇を続けるかもしれない。しかしながらそのような場合でも、第1トルク低減手段により伝達トルクの上がり方はより緩やかになる。
第1トルク低減手段は、風車ブレード5のピッチ制御により伝達トルクを低減するよう動作する。
図3(a)、(b)は、ピッチ制御を説明するための模式図である。図3(a)、(b)は共に風車ブレード5の翼断面を示す。図3(a)を参照し、風車ブレード5の断面と風車ブレード5の回転面70とのなす角度をピッチ角度θpと呼ぶ。ピッチ角度θpが大きくなると、風車ブレード5が風72から受ける揚力は減少する。すると風車ブレード5の回転は失速する。例えば、図3(b)のピッチ角度θpは図3(a)のピッチ角度θpよりも大きく、したがって、図3(b)の風車ブレード5が風72から受ける揚力は図3(a)の風車ブレード5が風72から受ける揚力よりも小さい。
なお、第1トルク低減手段は、例えば特許文献1、2に記載される公知のピッチ制御技術を使用して構成されてもよい。
風力発電装置1は、風力トルクが大きくなると、第1トルク低減手段および第2トルク低減手段を並行して動作させる。これにより、ピッチ制御に伴う初動の遅れを第2トルク低減手段によってカバーすることができる。
図5は、ナセル3の内部を示す模式図である。増速機10は動力伝達系に含まれ、風車ブレード5から発電機20へのトルクの伝達の経路上に設けられる。ロータヘッド4と増速機10とは入力シャフト12によって機械的に接続されており、入力トルクQin(=風力トルク)は入力シャフト12の回転の形で増速機10に入力される。伝達トルクは、例えば遊星歯車や太陽歯車などの増速機10の構成要素にかかるトルクである。
発電機20は、出力シャフト14の回転を使用して発電する。
第1アクチュエータ104および第2アクチュエータ108は協働して入力シャフト12に対する増速機10の姿勢を制御可能に構成される。
図9は、制御部114の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウエア的には、マイコンやコンピュータのCPU(central processing unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
測定結果取得部130は、第1加速度計120および第2加速度計122から加速度の測定結果を取得する。測定結果取得部130は、測定された加速度から、第1アクチュエータ104や第2アクチュエータ108による寄与分を除去する。そのように処理された加速度は測定時点での風力トルクに対応する。
変動率演算部132は、測定結果取得部130によって処理された加速度の時系列データを保持し、その時系列データから加速度の変動率を演算する。
風車ブレード5は電気信号を受け取ると、風車ブレード5のピッチ角度を受け取った電気信号に示されるピッチ角度とするための動作を開始する。
図10は、風力発電装置1における一連の処理の一例を示すフローチャートである。制御部114は、風力トルクの大きさと第1しきい値とを比較し(S202)、それらの大小関係を判定する。制御部114は、風力トルクの大きさが第1しきい値以下である場合(S202のN)、所定の待機時間待機し、再度ステップS202における比較、判定を行う。制御部114は、風力トルクの大きさが第1しきい値よりも大きい場合(S202のY)、ピッチ角度の上昇を開始させる(S204)。すなわち、制御部114は、伝達トルクを軽減させる方向へのピッチ制御を開始させる。制御部114は、風力トルクの変動率と第4しきい値とを比較し(S206)、それらの大小関係を判定する。制御部114は、風力トルクの変動率が第4しきい値以下である場合(S206のN)、後述のステップS208をスキップし、処理を後述のステップS210に渡す。制御部114は、風力トルクの変動率が第4しきい値より大きい場合(S206のY)、アクチュエータ104、108の駆動を開始させる(S208)。すなわち、制御部114は、アクチュエータ104、108の、伝達トルクを軽減させる方向への伸縮を開始させる。
ステップS204およびステップS208の両方が実行された場合、ピッチ制御および増速機の姿勢制御が並行して行われるすなわち実質的に同時に進行する状態が実現される。
Claims (4)
- 風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクを発電機で電力に変換する風力発電装置であって、
前記風車ブレードから前記発電機に至る動力伝達系と、
風向に対する風車ブレードの姿勢を変えることで、前記動力伝達系にかかるトルクを低減するよう動作する第1トルク低減手段と、
前記動力伝達系の支持に関与するアクチュエータを駆動することで、前記動力伝達系にかかるトルクを低減するよう動作する第2トルク低減手段と、
前記風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクに関連する情報が所定のしきい値を上回る場合、前記第1トルク低減手段および前記第2トルク低減手段を並行して動作させる制御部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記制御部は、前記風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクに関連する情報が、前記しきい値よりも小さい別のしきい値を下回る場合、前記第1トルク低減手段および前記第2トルク低減手段のうちの少なくとも一方を、次のトルク低減動作のための準備が行われる状態とすることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記動力伝達系は、入力シャフトの回転の形でトルクが入力される増速機を含み、前記アクチュエータは前記増速機の姿勢を制御し、
前記制御部は、前記風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクに関連する情報が前記しきい値を上回る場合、前記入力シャフトの回転の向きにしたがって前記増速機が傾くよう前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の風力発電装置。 - 前記発電機には入力シャフトの回転の形でトルクが入力され、前記アクチュエータは前記発電機の姿勢を制御し、
前記制御部は、前記風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクに関連する情報が前記しきい値を上回る場合、前記入力シャフトの回転の向きにしたがって前記発電機が傾くよう前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の風力発電装置。
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