JP6370818B2 - 風車の制御装置、風車、ロータターニング用プログラム、及び風車のロータターニング方法 - Google Patents
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Description
風車にロータターニングを行わせるための制御装置であって、
前記風車のロータを停止させるべき目標アジマス角が入力される入力部と、
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記ロータを前記目標アジマス角で停止させるように構成されたピッチ制御部と、を備え、
前記ピッチ制御部は、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御するとともに、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する
ように構成される。
前記第1期間中における前記ピッチ角又は前記第1期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するための算出部をさらに備える。
よって、上記(2)の構成のように、第1期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するようにしたので、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点(ロータの制御切替アジマス角到達時点)を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータを停止させやすくなる。
前記ピッチ制御部は、前記制御切替アジマス角が予め記憶されたメモリから前記制御切替アジマス角を読み出すように構成される。
前記ピッチ制御部は、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるように構成される。
前記ピッチ制御部は、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させるように構成される。
前記規定回転数は、0.05rpm以上1.0rpm以下である。
前記ピッチ制御部は、前記第1期間内において、前記ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にて前記ピッチ角を制御するように構成される。
前記ロータが前記目標アジマス角に到達したとき、前記ロータを制動するためのブレーキを作動させるように構成されたブレーキ制御部をさらに備える。
前記第1期間及び前記第2期間内における前記ピッチ角の制御時、風向きに応じて前記ロータのヨー方向を追従制御させるためのヨー制御部をさらに備える。
ロータと、
前記ロータが前記目標アジマス角で停止するようにロータターニング操作を行うための
上記(1)乃至(9)の何れかに記載の制御装置と、
を備える。
上記(1)乃至(9)の何れかに記載の制御装置に用いられるロータターニング用プログラムであって、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御する手順と、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する手順と、
を前記制御装置に実行させるように構成される。
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記風車のロータを目標アジマス角で停止させる停止ステップを備え、
前記停止ステップでは、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御し、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する。
前記第1期間中における前記ピッチ角又は前記第1期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するステップをさらに備える。
前記停止ステップでは、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させる。
前記停止ステップでは、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させる。
この風車1は、風車翼2のピッチ角を調節するためのピッチ駆動機構12をさらに備えている。ピッチ駆動機構12は、後述する制御装置20によって制御されるようになっている。
さらに、風車1は、ロータ4のアジマス角を検出するための角度位置センサ15、ロータ4の回転数を検出するための回転数計16、又は風車1の周囲の風速を計測する風速計17等の各種センサを適宜備えている。角度位置センサ15は、例えばロータリエンコーダやレゾルバであってもよい。
風車翼2は、ピッチ駆動機構12によってピッチ角を調節可能となっている。なお、図2に示す例では、風車翼2は、ハブ3に放射状に取り付けられた3枚の風車翼2A〜2Cを含む。
ハブ3は、メンテナンス作業用のマンホール(不図示)が設けられていてもよい。例えば、マンホールは、ロータ4が所定のアジマス角に位置するとき、ハブ3の内部空間と他の空間(例えばナセル7の内部空間)とが連通するように構成される。この場合、メンテナンス作業において、ロータ4を所定のアジマス角で停止させれば、マンホールを通って作業員がハブ3内に侵入してメンテナンス作業を行うことができる。
発電機6は、回転シャフト5を介してロータ4の回転エネルギーが入力され、これによって発電を行うようになっている。
ロータ4の回転エネルギーを発電機6に伝達するための動力伝達機構9の構成は特に限定されないが、例えば動力伝達機構9として、回転シャフト5を介してロータ4を発電機6に直結したダイレクトドライブ、油圧ポンプ及び油圧モータを備えた油圧トランスミッション、あるいはギヤ式増速機などを用いることができる。
例えば、ブレーキ10は、摩擦力を利用して機械的にロータ4を制動する構成となっている。具体的には、ブレーキ10は、ロータ4と共に回転するディスクに対してブレーキパッドを押し付けることによりロータ4を制動する構成を有する。あるいは、ブレーキ10は、ロータ4と共に回転するディスクに形成されたロックピン穴にロックピンを挿入することによりロータ4を停止する構成であってもよい。
また、制御装置20は、制御切替アジマス角を算出するための算出部23と、風車のブレーキ10を作動させるためのブレーキ制御部24と、ヨー駆動機構14を制御してロータ4をヨー追従制御させるためのヨー制御部25と、のうち少なくとも何れかを備えていてもよい。
また、制御切替アジマス角とは、ロータターニング中において、ピッチ制御を切り替えるときのアジマス角であり、目標アジマス角の直前に設定される。
図4に例示するように、入力部21は、風車1を遠隔操作するための操作パネル28を有する端末に設けられてもよい。なお、図4は、一実施形態に係る端末の操作パネル28の画面表示例を示す図である。この画面は、操作パネル28でロータターニング操作を選択したときに表示されるようにしてもよい。
具体的には、操作パネル28には、アジマス角の現在値、目標アジマス角、制御切替アジマス角が表示される。アジマス角の現在値は、図1に示す角度位置センサ15により検出された値であってもよい。目標アジマス角は、例えばこの領域を選択することで図中右下に示すように数字入力ダイアログが表示され、ここから直接入力されるようにしてもよい。制御切替アジマス角は、メモリ26から読み出した値が表示されてもよいし、算出部23にて算出された値が表示されてもよい。
また、操作パネル28には、ロータ4の回転数(又は発電機6の回転数)と、ピッチ角の現在値及び指令値と、現在のブレーキ状態およびブレーキの手動ON/OFFと、現在のヨー追従制御状態およびヨー追従制御の手動ON/OFFと、が表示される。
なお、他の構成例として、入力部21は、ピッチ制御部22と同じハードウェア(例えば制御盤)に設けられてもよい。
また、ピッチ制御部22は、図3に示すように、制御切替アジマス角へのロータ4の到達時点(時刻t3)までの第1期間において、ロータ4が一定の規定回転数で回転するよう風車1の風車翼2のピッチ角を制御するとともに、ロータ4の制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3)以降であって目標アジマス角への到達時点(時刻t4)までの第2期間において、規定回転数からロータ4の回転数が減少するようピッチ角を制御するように構成される。
よって、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ4の停止精度を向上させることができる。
第1期間において一定に維持するロータ回転数(規定回転数)を比較的低速である上記範囲内とすることで、第2期間を短縮するとともに、減速開始時点(ロータ4の制御切替アジマス角への到達時点)において風から受け取る空力トルクを低減することができ、風速によらず、目標アジマス角でロータ4を停止させやすくなる。
そのため、第2期間において、風車翼2を風車停止時のピッチ角であるフルフェザーピッチ角又はこれに近いピッチ角まで戻す際には、制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3)でのピッチ角によって、風車停止時のピッチ角に戻すまでの時間が異なる。すなわち、図7に示すように、制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3)において風車翼2のピッチ角が小さければ、到達時点(時刻t3)でのピッチ角を風車停止時のピッチ角まで戻す時間は短くてすむため、目標アジマス角位置W0と制御切替アジマス角位置W1の間の回転角度は小さくてもよい。しかし、制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3)において風車翼2のピッチ角が大きい場合、到達時点(時刻t3)でのピッチ角を風車停止時のピッチ角まで戻す時間はより長くなるため、目標アジマス角位置W0と制御切替アジマス角位置W2との間の回転角度を十分に確保する必要がある。
これによれば、複雑な演算を必要とせず、上述したようにロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ4の停止精度を向上させることができる。
第1期間中、ロータ回転数を一定に維持するようにピッチ制御が行われているため、第1期間における風車翼2のピッチ角は風速の大きさを示す指標として使用可能である。
よって、算出部23によって、第1期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出することで、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点(ロータ4の制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3))を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータ4を停止させやすくなる。
これによれば、第2期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第2期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。
これによれば、第2期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータ4を減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータ4を停止させやすくなる。
これによれば、ピッチ角のファイン側リミットを設定することで、減速開始時点(ロータ4の制御切替アジマス角への到達時点(時刻t3))におけるピッチ角が比較的フェザー側に位置するため、風速によらず、目標アジマス角でロータ4を停止させやすくなる。
これによれば、ブレーキ制御部24のブレーキ作動により、ロータ4を目標アジマス角に保持することができる。
このように、ヨー制御部25によって、第1期間及び第2期間においてヨー方向を風向きに追従させることにより、風向きによらず、ピッチ制御によるロータターニングを適切に行うことができる。
このロータターニング用プログラムは、目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角にロータ4が到達するまでの第1期間において、ロータ4が一定の規定回転数で回転するよう風車1の風車翼2のピッチ角を制御する手順と、ロータ4の制御切替アジマス角への到達後であって目標アジマス角への到達前の第2期間において、規定回転数からロータ4の回転数が減少するようピッチ角を制御する手順と、を制御装置20に実行させるように構成される。
この停止ステップでは、目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角にロータ4が到達するまでの第1期間において、ロータ4が一定の規定回転数で回転するよう風車1の風車翼2のピッチ角を制御する(図8のS5)。また、停止ステップでは、ロータ4の制御切替アジマス角への到達後であって目標アジマス角への到達前の第2期間において、規定回転数からロータ4の回転数が減少するようピッチ角を制御する(図8のS7)。
これによれば、第2期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第2期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。
これによれば、第2期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータ4を減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータ4を停止させやすくなる。
これによれば、第1期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するようにしたので、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点(ロータの制御切替アジマス角到達時点)を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータ4を停止させやすくなる。
図8に示すロータターニング方法では、ロータターニング操作指令(図3の時刻t1)に応じて、目標アジマス角を設定する(S1)。メモリ26から制御切替アジマス角を読み出す場合には、ここで制御切替アジマス角を設定してもよい(S2)。なお、ロータターニング中の風速又はピッチ角に応じて制御切替アジマス角を設定する場合には、後述する第1期間のピッチ制御(S5)の実行中に制御切替アジマス角を設定するようにしてもよい。
この風車1は、上述したように、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ4の停止精度を向上し得る制御装置20を備えているため、メンテナンス作業等の作業効率の高い風車1を提供することができる。
すなわち、上述した実施形態では、メンテナンス作業等において、停止状態の風車1を回転させて目標アジマス角までロータターニングを行う場合について記載したが、上記制御装置20がロータターニングを実行する際の風車1の状態はこれに限定されるものではない。例えば、風車1を停止する過程で、上記制御装置20によってロータターニングを行うようにしてもよい。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2(2A〜2C) 風車翼
3 ハブ
4 ロータ
5 回転シャフト
6 発電機
7 ナセル
8 タワー
10 ブレーキ
12 ピッチ駆動機構
14 ヨー駆動機構
15 角度位置センサ
16 回転数計
17 風速計
20 制御装置
21 入力部
22 ピッチ制御部
23 算出部
24 ブレーキ制御部
25 ヨー制御部
26 メモリ
28 操作パネル
W0 目標アジマス角位置
W1 制御切替アジマス角位置
W2 制御切替アジマス角位置
Claims (15)
- 風車にロータターニングを行わせるための制御装置であって、
前記風車のロータを停止させるべき目標アジマス角が入力される入力部と、
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記ロータを前記目標アジマス角で停止させるように構成されたピッチ制御部と、を備え、
前記ピッチ制御部は、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御するとともに、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する
ように構成され、
前記第2期間において、前記ピッチ制御部による前記ピッチ角の制御のみによって前記ロータを前記目標アジマス角に到達させるように構成された
ことを特徴とする風車の制御装置。 - 前記第1期間中における前記ピッチ角又は前記第1期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するための算出部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の風車の制御装置。
- 前記ピッチ制御部は、前記制御切替アジマス角が予め記憶されたメモリから前記制御切替アジマス角を読み出すように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の風車の制御装置。
- 前記ピッチ制御部は、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- 前記ピッチ制御部は、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- 前記規定回転数は、0.05rpm以上1.0rpm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- 前記ピッチ制御部は、前記第1期間内において、前記ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にて前記ピッチ角を制御するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- 前記ロータが前記目標アジマス角に到達したとき、前記ロータを制動するためのブレーキを作動させるように構成されたブレーキ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- 前記第1期間及び前記第2期間内における前記ピッチ角の制御時、風向きに応じて前記ロータのヨー方向を追従制御させるためのヨー制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の風車の制御装置。
- ロータと、
前記ロータが前記目標アジマス角で停止するようにロータターニング操作を行うための請求項1乃至9の何れか一項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする風車。 - 請求項1乃至9の何れか一項に記載の制御装置に用いられるロータターニング用プログラムであって、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御する手順と、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する手順と、
を前記制御装置に実行させるためのロータターニング用プログラム。 - 風車のロータターニング方法であって、
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記風車のロータを目標アジマス角で停止させる停止ステップを備え、
前記停止ステップでは、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第1期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御し、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第2期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御するとともに、
前記第2期間において、前記ピッチ角の制御のみによって前記ロータを前記目標アジマス角に到達させる
ことを特徴とする風車のロータターニング方法。 - 前記第1期間中における前記ピッチ角又は前記第1期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の風車のロータターニング方法。
- 前記停止ステップでは、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させることを特徴とする請求項12又は13に記載の風車のロータターニング方法。
- 前記停止ステップでは、前記第2期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させることを特徴とする請求項12又は13に記載の風車のロータターニング方法。
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