JP6506664B2 - Wind power generation system or control method of wind power generation system - Google Patents

Wind power generation system or control method of wind power generation system Download PDF

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Description

本発明は、風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法に係り、特にタワー等の振動制御可能なものに関する。   The present invention relates to a wind power generation system or a control method for a wind power generation system, and more particularly to a vibration control device such as a tower.

近年、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇が懸念されており、二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下が求められている。これらの実現のためには、二酸化炭素を排出せず、さらに化石燃料を利用せずに発電が可能であり、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用可能な発電システムの導入が有効である。   In recent years, there is concern about global warming due to the emission of carbon dioxide and the exhaustion of fossil fuels, and it is required to reduce the emission of carbon dioxide and to reduce the degree of dependence on fossil fuels. To realize these, it is possible to generate electricity without using carbon dioxide and without using fossil fuel, and introducing a power generation system that can use renewable energy such as wind power and solar power. Is valid.

再生可能エネルギーを利用した発電システムの中でも、風力発電システムは太陽光発電システムと異なり、日射による昼夜の出力変化を受けないことから、比較的安定な発電システムとして注目されている。また、地上と比較して、風速が高く、風速変化が少ない洋上に設置する風力発電システムも有力な発電システムとして注目されている。   Among the power generation systems using renewable energy, the wind power generation system is attracting attention as a relatively stable power generation system because it does not receive changes in day and night output due to solar radiation, unlike a solar power generation system. In addition, a wind power generation system installed on the ocean where the wind speed is high and the wind speed change is small compared to the ground is also attracting attention as a powerful power generation system.

風力発電システムを活用して安定的に電力を供給するためには、風力発電システムを構成するブレード、タワー、および、ドライブトレインに発生する振動を低減する技術が必要である。特に、システム全体を支える構造物であるタワーの振動は、構成部品への振動に繋がる場合がある。   In order to utilize a wind power generation system and supply electric power stably, the technique which reduces the vibration which generate | occur | produces in the blade which comprises a wind power generation system, a tower, and a drive train is required. In particular, vibration of the tower, which is the structure that supports the entire system, can lead to vibrations to the components.

ここで、風力発電システムのタワーに発生する振動の低減を考慮したものとして、例えば特許文献1に開示されたタワー振動制御手段がある。特許文献1には、「翼ピッチ角指令に基づき風車ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御機構を備えた風力発電装置であって、ナセルに取り付けられ、該ナセルの振動の加速度を検出する加速度計と、前記加速度計により検出された加速度に基づき、前記ナセルの振動を打ち消すように前記風車ブレードにスラスト力を発生させるための外風車ブレードのピッチ角を算出して翼ピッチ角指令を前記ピッチ角制御機構に出力するアクティブ制振手段を有する風力発電装置」が開示されている。   Here, there is a tower vibration control means disclosed, for example, in Patent Document 1 as a device in consideration of the reduction of the vibration generated in the tower of the wind power generation system. Patent Document 1 discloses “A wind power generator provided with a pitch angle control mechanism for controlling a pitch angle of a wind turbine blade based on a blade pitch angle command, which is attached to a nacelle and detects acceleration of vibration of the nacelle A pitch angle of the external wind turbine blade for causing the wind turbine blade to generate a thrust force so as to cancel the vibration of the nacelle based on the acceleration and the acceleration detected by the accelerometer and calculating a blade pitch angle There is disclosed a "wind generator" having active damping means outputting to an angle control mechanism.

特許文献1に記載の技術を適用することで、ナセルに設置された加速度計にて計測した加速度に基づいてブレードのピッチ角度を調整し、風力発電システムが風から受けるスラスト力を制御することで、タワー振動を低減することができる。   By applying the technology described in Patent Document 1, the pitch angle of the blade is adjusted based on the acceleration measured by the accelerometer installed in the nacelle, and the thrust force that the wind power generation system receives from the wind is controlled. , Tower vibration can be reduced.

WO05/83266号公報WO 05/83266

風力発電システムが出力する発電電力を制御するために、風力発電システムに備えられる制御装置は、ブレードのピッチ角度などを調整する。発電電力の制御は一般的に可変速制御と呼ばれている。特許文献1では、上述の様にナセルの振動の加速度に基づいて振動制御を行っている。一方、可変速制御を行うと、発電電力が定格となる風速(定格風速)以上の風速では、発電機回転速度を一定に保つためにブレードピッチ角度を常時調整し、それにより、ロータが受けるスラスト力が随時変化する。故にこうしたスラスト力変化にも対応できる様にタワー振動制御を行うことが望ましい。   In order to control the generated power output from the wind power generation system, a controller provided in the wind power generation system adjusts the pitch angle of the blades and the like. Control of the generated power is generally called variable speed control. In Patent Document 1, vibration control is performed based on the acceleration of vibration of the nacelle as described above. On the other hand, if variable speed control is performed, the blade pitch angle is constantly adjusted to keep the generator rotational speed constant at wind speeds above the wind speed (rated wind speed) at which generated power is rated. The power changes from time to time. Therefore, it is desirable to perform tower vibration control so as to cope with such thrust force changes.

また、定格風速より低い風速であっても、例えば定格出力であった後、風速が低下することになった場合等、タワー振動制御手段の制御特性が、実際に生じている振動の特性と合致しないこともある。この場合にナセル等の振動の加速度に基づいて制御を行ってもタワー振動の低減には時間を要する可能性がある。   Moreover, even if the wind speed is lower than the rated wind speed, for example, when the wind speed is reduced after being rated output, the control characteristic of the tower vibration control means matches the characteristic of the vibration actually occurring. There is also no case. In this case, even if control is performed based on the acceleration of vibration of a nacelle or the like, it may take time to reduce tower vibration.

本発明では、タワー振動の特性に合わせた制御を行うことができる風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a wind power generation system or a control method of a wind power generation system capable of performing control in accordance with the characteristics of tower vibration.

上記課題を解決するために、本発明に係る風力発電システムは、可変速制御可能な風力発電システムであって、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの荷重を支持するタワーと、前記ブレードの回転力を用いて発電する発電機と、ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置と、前記調整装置に送るピッチ角度目標値を定める制御装置を備え、前記制御装置は、タワー振動制御手段を有しており、前記タワー振動制御手段が決定する前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、前記調整幅は、前記発電機の発電電力に基づいて決定され、前記制御装置は、前記発電電力が定格出力から所定値を差し引いた第1の電力よりも大きい場合と、前記第1の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a wind power generation system according to the present invention is a variable speed controllable wind power generation system, comprising: a blade that rotates in response to wind; a tower that supports the load of the blade; And a controller configured to adjust a pitch angle target value to be sent to the adjusting device, and an adjusting device configured to adjust the pitch angle of the blade based on the pitch angle target value. A tower vibration control means is provided, and the pitch angle target value is determined using an adjustment width for controlling the vibration of the tower determined by the tower vibration control means, and the adjustment width is the value of the generator If is determined based on the generated power, the control device includes a greater than the first power, wherein the generated power is obtained by subtracting a predetermined value from the rated output smaller than the first power Characterized by Rukoto with different size of the adjustment range.

本発明に係る風力発電システムの制御方法は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの荷重を支持するタワーと、前記ブレードの回転力を用いて発電する発電機と、ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置を備え、可変速制御可能な風力発電システムの制御方法であって、前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、前記調整幅を、前記発電機の発電電力に基づいて決定し、前記発電電力が定格出力から所定値を差し引いた第1の電力よりも大きい場合と、前記第1の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする。
A control method of a wind power generation system according to the present invention includes: a blade rotating in response to wind, a tower supporting a load of the blade, a generator generating power using a rotational force of the blade, and a pitch angle target value A control method of a wind power generation system capable of variable speed control, comprising: an adjustment device for adjusting a pitch angle of the blade based on the control method, wherein the pitch angle target value is determined using an adjustment width for controlling the vibration of the tower The adjustment range is determined based on the generated power of the generator , and the generated power is larger than a first power obtained by subtracting a predetermined value from a rated output, and smaller than the first power. It is characterized in that the size of the adjustment range is made different .

本発明によれば、タワー振動の特性に合わせた制御を行うことができる風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to provide a wind power generation system or a control method of a wind power generation system capable of performing control in accordance with the characteristics of tower vibration.

実施例に係る風力発電システム1の構成概要を示す図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows the structure outline of the wind power generation system 1 which concerns on an Example. 本発明の実施例に係る風力発電システム1における発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角度の関係を示す概略図。Schematic which shows the relationship of the generated electric power in the wind power generation system 1 which concerns on the Example of this invention, a generator rotational speed, a generator torque, and a pitch angle. 本発明の実施例における風力発電システム1のコントローラ9に実装される風力発電システム制御手段101の処理概要を示すブロック線図。The block diagram which shows the processing outline of the wind power generation system control means 101 mounted in the controller 9 of the wind power generation system 1 in the Example of this invention. 本発明の実施例に係る発電電力とタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値の関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship between the generated power which concerns on the Example of this invention, and the absolute value of the pitch angle adjustment range by a tower vibration control means. 実施例に係る発電電力を制限した条件における、風力発電システム1における発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角度の関係を示す概略図。The schematic which shows the relationship of the generated electric power in the wind power generation system 1, the generator rotational speed, the generator torque, and the pitch angle in the conditions which restricted the generated electric power which concerns on an Example. 本発明の実施例に係る発電電力を制限した条件における、発電電力とタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値の関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship between the generated electric power and the absolute value of the pitch angle adjustment range by a tower vibration control means in the conditions which restricted the generated electric power which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る風速に対する発電電力の変動幅の関係の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the relationship of the fluctuation range of the generated power with respect to the wind speed which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る発電電力に基づく調整手段であり、タワー振動制御手段の制御ゲインを出力する一例を示す概略図。The adjustment means based on the generated electric power which concerns on the Example of this invention, and the schematic which shows an example which outputs the control gain of a tower vibration control means. 本発明の実施例に係る発電電力に基づく調整手段であり、タワー振動制御手段の固有振動数を出力する一例を示す概略図。The adjustment means based on the generated electric power which concerns on the Example of this invention, and the schematic which shows an example which outputs the natural frequency of a tower vibration control means. 本発明の実施例に係る発電電力に基づく調整手段であり、タワー振動制御手段の制御ゲインと固有振動数を出力する一例を示す概略図。The adjustment means based on the generated power which concerns on the Example of this invention, and the schematic which shows an example which outputs the control gain and natural frequency of a tower vibration control means. 本発明の実施例に係る風力発電システム制御手段101の処理概要を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing outline of the wind power generation system control means 101 which concerns on the Example of this invention. 本発明に係る風力発電システム1が浮体構造物を備えた場合の構成概要を示す概略図。Schematic which shows the structure outline | summary in case the wind power generation system 1 which concerns on this invention is equipped with the floating body structure. 本発明に係る風力発電システム制御手段101の効果の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the effect of the wind power generation system control means 101 which concerns on this invention.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について具体的に説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様が下記実施例に限定されることを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described using the drawings. The following is an example to the last, and the embodiment of the present invention is not intended to be limited to the following example.

初めに、風力発電システムの概略構成等について図1および図2を用いて説明する。まず、図1を用いて、実施例に係る風力発電システム全体の概略構成について説明する。   First, the schematic configuration and the like of the wind power generation system will be described using FIGS. 1 and 2. First, a schematic configuration of the entire wind power generation system according to the embodiment will be described with reference to FIG.

図1の風力発電システム1は、複数のブレード2と、複数のブレード2を接続するハブ3とで構成されるロータ4を備える。ロータ4はナセル5に回転軸(図1では省略する)を介して連結されており、回転することでブレード2の位置を変更可能である。ナセル5はロータ4を回転可能に支持している。ナセル5は発電機6を適宜位置に備える。ブレード2が風を受けることにより回転し、その回転力を用いて発電機6を回転させることで電力を発生することができる。   The wind power generation system 1 of FIG. 1 includes a rotor 4 configured of a plurality of blades 2 and a hub 3 connecting the plurality of blades 2. The rotor 4 is connected to the nacelle 5 via a rotation shaft (not shown in FIG. 1), and the position of the blade 2 can be changed by rotation. The nacelle 5 rotatably supports the rotor 4. The nacelle 5 is provided with a generator 6 at an appropriate position. The blade 2 is rotated by receiving a wind, and power can be generated by rotating the generator 6 using the rotational force.

ブレード2の各々には、図では省略するが、ブレード2とハブ3の位置関係、すなわちピッチ角度と呼ぶブレードの角度、を変更可能なピッチアクチュエータ7を備えている。ピッチアクチュエータ7を用いてブレード2のピッチ角度を変更することにより、風に対するロータ4の回転エネルギーを変更できる。ピッチアクチュエータ7へは、コントローラ9からピッチ角度目標値を送り、送られたピッチ角目標値に基づき、ピッチアクチュエータ7は、ピッチ角度を調整する。これにより、広い風速領域においてロータ4の回転速度を制御しながら、風力発電システム1の発電電力を制御することができる。   Each of the blades 2 is provided with a pitch actuator 7 capable of changing the positional relationship between the blade 2 and the hub 3, that is, the angle of the blade called a pitch angle, which is not shown in the figure. By changing the pitch angle of the blades 2 using the pitch actuator 7, the rotational energy of the rotor 4 with respect to the wind can be changed. A pitch angle target value is sent from the controller 9 to the pitch actuator 7, and the pitch actuator 7 adjusts the pitch angle based on the sent pitch angle target value. Thereby, the generated power of the wind power generation system 1 can be controlled while controlling the rotational speed of the rotor 4 in a wide wind speed region.

図1の風力発電システム1では、ナセル5はタワー8上に設置されており、タワー8に対して回転可能に支持されている。ハブ3やナセル5を介してブレード2の荷重がタワー8に支持される。タワー7は、基部(図では省略)に設置され、地上または洋上等の所定位置に設置される。   In the wind power generation system 1 of FIG. 1, the nacelle 5 is installed on the tower 8 and rotatably supported with respect to the tower 8. The load of the blade 2 is supported by the tower 8 via the hub 3 and the nacelle 5. The tower 7 is installed at a base (not shown) and installed at a predetermined position such as on the ground or the ocean.

また、風力発電システム1はコントローラ9(制御装置)を備えており、ナセル5の水平面からの傾斜角度や傾斜加速度を計測するナセル傾斜情報計測センサ10や、ナセル5近傍の風速を計測する風速センサ(図では省略)、発電機の回転速度を計測する回転センサ(図では省略)に基づき、コントローラ9が発電機6とピッチアクチュエータ7を調整することで、風力発電システム1が出力する電力を調整する。   The wind power generation system 1 also includes a controller 9 (control device), and the nacelle inclination information measurement sensor 10 that measures the inclination angle and inclination acceleration of the nacelle 5 from the horizontal surface, and the wind speed sensor that measures the wind speed near the nacelle 5 (Not shown) The controller 9 adjusts the generator 6 and the pitch actuator 7 based on a rotation sensor (not shown) that measures the rotational speed of the generator, thereby adjusting the power output by the wind turbine 1 Do.

なお、図では省略するが風向を計測する風向センサ、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサ、などを適宜位置に備えている。   Although not shown in the drawings, a wind direction sensor for measuring the wind direction, a power sensor for measuring the active power output from the generator, and the like are provided at appropriate positions.

図1ではコントローラ9はナセル5またはタワー8の外部に設置される形態にて図示されているが、これに限ったものではなく、ナセル5またはタワー8の内部またはそれ以外の所定位置、または風力発電システム1の外部に設置される形態であっても良い。   Although the controller 9 is illustrated in FIG. 1 as being installed outside the nacelle 5 or the tower 8, the present invention is not limited to this. The controller 9 is not limited to this. It may be installed outside the power generation system 1.

ここで、図2を用いて風力発電システム1の発電動作概要について説明する。図2は風速に対する、発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角度の関係を示す概要図である。図2の横軸は風速を示し、縦軸の上方側は上から順に発電電力が高いこと、発電機回転速度が高いこと、発電機トルクが高いこと、ピッチ角度がフェザー側であることをそれぞれ示す。   Here, the power generation operation outline of the wind power generation system 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the generated power, the generator rotational speed, the generator torque, and the pitch angle with respect to the wind speed. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the wind speed, and the upper side of the vertical axis indicates that the generated power is high in order from the top, the generator rotational speed is high, the generator torque is high, and the pitch angle is on the feather side. Show.

まず、発電電力Pに注目すると、カットイン風速vinからカットアウト風速voutの範囲で発電電力を変化させるが、定格風速vdまでは風速vの増加に伴い発電電力Pを増加させる、風速vdからカットアウト風速voutまでは発電出力Pを一定とする。 First, focusing on the generated power P, changes the generated power in the range from the cut-in wind speed v in to the cut-out wind speed v out but increases the generated power P with the increase of the wind speed v up to the rated wind speed v d The power generation output P is constant from vd to the cut-out wind speed vout .

このような風速vに対する発電電力Pの特性に従って運転するために、コントローラ9は下記のように発電機回転速度ω、発電機トルクQ、およびブレード2のピッチ角度Θを調整する。   In order to operate according to the characteristics of the generated power P with respect to the wind speed v, the controller 9 adjusts the generator rotational speed ω, the generator torque Q, and the pitch angle Θ of the blade 2 as follows.

コントローラ9は発電機回転速度ωを、カットイン風速vinから風速vaまでは同期回転速度ωlowに保持し、風速vaから風速vbまでは風速vに伴って増加し、風速vbからカットアウト風速voutまで定格回転速度ωratedに保持する。また、コントローラ9は発電機トルクQをカットイン風速vinから定格風速vdまでは風速vの増加に従って定格トルクQratedまで増加し、定格風速vdからカットアウト風速voutまでは定格トルクQratedに保持する。発電機回転速度ωと発電機トルクQを上記のように調整するために、コントローラ9はロータ4が受ける風力エネルギーを調整するためにブレード2のピッチ角度Θをカットイン風速vinから風速vcまでファイン側のピッチ角度に保持し、風速vcからカットアウト風速voutまでは風速vの増加に伴い、ピッチ角度Θを増加させる。 Controller 9 to the generator rotation speed omega, the cut-in wind velocity v in to wind v a is held in a synchronous rotational speed omega low, from wind speed v a to wind v b increases with wind velocity v, wind velocity v b The motor is held at the rated rotational speed ω rated from the cutoff speed V out . Also, the controller 9 cuts the generator torque Q from the cut-in wind speed v in to the rated wind speed v d increases to the rated torque Q rated according to the increase of the wind speed v, and from the rated wind speed v d to the cut-out wind speed v out the rated torque Q Hold at rated . In order to adjust the generator rotational speed ω and the generator torque Q as described above, the controller 9 cuts the pitch angle Θ of the blade 2 to adjust the wind energy received by the rotor 4 from the wind speed v in to the wind speed v c The pitch angle Θ is increased with the increase of the wind speed v from the wind speed v c to the cut-out wind speed v out by keeping the pitch angle on the fine side until the wind speed v out .

実施例は、図2に示した風力発電システム1の発電運転の際に、ナセル5(またはタワー8)に発生する前後方向の振動(以下、タワー振動)を低減するタワー振動制御手段に係るものであり、発電電力に基づいて風力発電システム制御手段1を調整する機能を備えることで、タワー振動を励起せず、適切にタワー振動を低減するものである。タワー振動制御の他の手法と共に用いることもまた可能である。   The embodiment relates to a tower vibration control means for reducing longitudinal vibration (hereinafter, tower vibration) generated in the nacelle 5 (or tower 8) during the power generation operation of the wind turbine 1 shown in FIG. Thus, by providing the function of adjusting the wind power generation system control means 1 based on the generated power, it is possible to appropriately reduce the tower vibration without exciting the tower vibration. It is also possible to use with other approaches of tower vibration control.

以下、実施例に係る風力発電システム制御手段101について、図3から図15を用いて説明する。   The wind power generation system control means 101 according to the embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 to 15.

図3は、本発明の実施例における風力発電システム1のコントローラ9に実装される風力発電システム101の処理概要を示すブロック線図である。本発明の実施例に係る風力発電システム101は、可変速制御手段301、発電電力に基づく調整手段302、タワー振動制御手段303、および加算部304、により構成される。   FIG. 3 is a block diagram showing a processing outline of the wind power generation system 101 mounted on the controller 9 of the wind power generation system 1 in the embodiment of the present invention. The wind power generation system 101 according to the embodiment of the present invention includes variable speed control means 301, adjustment means 302 based on generated power, tower vibration control means 303, and an adder 304.

可変速制御手段301は、発電機回転速度ωに基づき、発電機トルク目標値Q*および可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。この可変速制御手段301は、図2に示した風力発電システム1の運転特性を実現できるように、発電機トルク目標値Q*と可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定する。 The variable speed control means 301 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment range Θ * VSC by the variable speed control means based on the generator rotational speed ω. The variable speed control means 301 determines the generator torque target value Q * and the pitch angle adjustment range VS * VSC by the variable speed control means so as to realize the operation characteristic of the wind turbine 1 shown in FIG.

発電電力に基づく調整手段302は、発電電力Pに基づき、タワー振動制御手段303の調整パラメータを決定する。発電電力に基づく調整手段302の具体例については後述する。   The adjustment unit 302 based on the generated power determines the adjustment parameter of the tower vibration control unit 303 based on the generated power P. A specific example of the adjustment unit 302 based on the generated power will be described later.

タワー振動制御手段303は、タワー振動情報に基づき、タワー振動制御によるピッチ角度調整幅Θ* TVCを決定する。このピッチ角度調整幅Θ* TVCを用いてピッチ角度目標値を決定する。調整幅の用い方としては、調整幅自体に基づいて直接にピッチ角度目標値を決定する場合の他、他の制限値等との比較に用いると言うやり方も考えられる。本実施例において、ピッチ角度調整幅Θ* TVCは、発電機6の発電電力に基づいて決定される。 The tower vibration control means 303 determines a pitch angle adjustment range Θ * TVC by tower vibration control based on the tower vibration information. A pitch angle target value is determined using this pitch angle adjustment range Θ * TVC . As a method of using the adjustment range, in addition to the case where the pitch angle target value is determined directly based on the adjustment range itself, a method of using it for comparison with other limit values or the like may be considered. In the present embodiment, the pitch angle adjustment range Θ * TVC is determined based on the generated power of the generator 6.

加算部304では、可変速制御手段301によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算し、ピッチ角度目標値Θ*を決定する。本実施例では、ピッチ角度目標値Θ*はピッチアクチュエータ7へ送信される指令値と一致することを想定するが、これに限らず、ピッチ角度目標値Θ*の前回値を加算していく処理を備えていたり、ピッチ角度目標値Θ*の速度をピッチアクチュエータ7へ送信したりするものであっても良い。 The adding unit 304 adds the pitch angle adjustment range Θ * VSC by the variable speed control means 301 and the pitch angle adjustment range Θ * TVC by the tower vibration control means to determine a pitch angle target value Θ *. In this embodiment, it is assumed that the pitch angle target value Θ * matches the command value transmitted to the pitch actuator 7. However, the present invention is not limited to this, and a process of adding the previous value of the pitch angle target value Θ * Or to transmit the velocity of the pitch angle target value Θ * to the pitch actuator 7.

ロータ4の回転速度や発電機トルクを制御して発電電力を制御する可変速制御によるブレードピッチ角度の調整は、風力発電システムが構造上の特性として備える固有のタワー振動を増大させる場合があり、特に、浮体式風力発電システムでは顕著となる。浮体式風力発電システムは地面や海底に固定されていないためにタワー姿勢が変化しやすい。   The adjustment of the blade pitch angle by variable speed control that controls the rotational speed of the rotor 4 and the generator torque to control the generated power may increase the inherent tower vibration that the wind power generation system has as a structural characteristic. In particular, it becomes remarkable in a floating wind power generation system. Since the floating wind power generation system is not fixed to the ground or the seabed, the tower attitude is likely to change.

可変速制御による発電機回転速度を保持するためのブレードピッチ角度の調整が、ロータに加わるスラスト力を変化させることで、タワー振動を励起する場合がある。これはネガティブダンピング現象と呼ばれる。このネガティブダンピング現象によるタワー振動は、発電電力が定格出力に至り、可変速制御が発電機回転速度を保持するようにブレードピッチ角度調整をフェザー側へ調整する運転条件下で発生する。対して、ブレードピッチ角度を調整せずにファインピッチ角度に保持する定格出力以下の運転条件では発生しない。なお、可変速制御によるブレードピッチ角度の調整は、風速ではなく、発電機回転速度と発電電力の計測値に応じて実施される。これらのことから、上述のタワー振動特性は発電電力に基づいて変化する性質を有することを示す。よって、発電電力に基づいてタワー振動制御を行うことが望ましい。   Adjustment of the blade pitch angle to maintain the generator rotational speed by variable speed control may excite tower vibration by changing the thrust force applied to the rotor. This is called a negative damping phenomenon. Tower vibration due to this negative damping phenomenon occurs under operating conditions where the generated power reaches the rated output and the variable speed control adjusts the blade pitch angle adjustment to the feather side so as to maintain the generator rotational speed. On the other hand, it does not occur under the operating conditions below the rated output which is maintained at the fine pitch angle without adjusting the blade pitch angle. In addition, adjustment of the blade pitch angle by variable speed control is implemented not according to the wind speed but according to the measured value of a generator rotational speed and generated electric power. From these facts, it is shown that the above-mentioned tower vibration characteristic has a property of changing based on the generated power. Therefore, it is desirable to perform tower vibration control based on the generated power.

ナセル等の加速度に基づいて振動制御手段の適用により、上述のネガティブダンピング現象を抑制することも不可能ではない。ただし、係る手段のみでは、発電電力に基づくタワー振動制御手段の特性変更に関する技術を備えていないため、上述の発電電力に応じたタワー振動特性の変化によって、タワー振動の収束時間が長期化する場合がある。本実施例で説明する様に、発電電力に基づいてタワー振動制御手段の特性を変更することでタワー振動を効果的に集束させることが可能になる。   It is not impossible to suppress the above-mentioned negative damping phenomenon by applying vibration control means based on the acceleration of a nacelle or the like. However, since only the means concerned does not have the technology related to the characteristic change of the tower vibration control means based on the generated power, the convergence time of the tower vibration is prolonged by the change of the tower vibration characteristic according to the generated power described above. There is. As described in the present embodiment, it is possible to effectively focus the tower vibration by changing the characteristics of the tower vibration control means based on the generated power.

また、発電電力が定格出力であった後、風速が低下することで定格出力以下に変化した場合を想定する。発電電力が定格出力の場合には、タワー振動特性に合わせたタワー振動制御手段であるため、タワー振動を低減できるが、発電電力が定格以下へ変化した際には、タワー振動制御手段の特性が、発生するタワー振動特性と合致しない場合がある。これによって、タワー振動の加速度等に基づくブレードピッチ角度の調整が適切に動作しないため、タワー振動の収束に時間を要する可能性がある。よって、定格風速以下の領域においてもやはり発電電力に基づいてタワー振動制御を行うことが望ましい。   In addition, it is assumed that after the generated power is rated output, the wind speed is lowered to change the rated output or less. When generated power is rated output, tower vibration control means adapted to tower vibration characteristics can reduce tower vibration, but when the generated power changes to less than the rated value, the tower vibration control means has characteristics , May not match the generated tower vibration characteristics. As a result, the adjustment of the blade pitch angle based on the acceleration or the like of the tower vibration does not operate properly, which may require time for the convergence of the tower vibration. Therefore, it is desirable to perform tower vibration control based on the generated power also in the area below the rated wind speed.

本実施例の好ましい適用対象として、発電電力に基づいて特性が変化するタワー振動制御手段の適用はネガティブダンピングが生じる範囲がある。ネガティブダンピングは定格出力または定格出力から若干低下した出力において生じるため、発電電力が定格出力付近の運転条件と、発電電力が定格出力より小さい運転条件において、タワー振動制御手段の特性を変更することが好ましい。但し、本発明自体は、ネガティブダンピングが生じない出力でも適用可能であり、その場合でも一定の効果は期待できる。   As a preferable application of this embodiment, the application of the tower vibration control means whose characteristics change based on the generated power has a range in which negative damping occurs. Since negative damping occurs at the rated output or at a slightly reduced output from the rated output, it is possible to change the characteristics of the tower vibration control means under the operating conditions near the rated output and the operating conditions where the generated power is smaller than the rated output. preferable. However, the present invention itself can be applied to an output where negative damping does not occur, and even in that case, a certain effect can be expected.

図4は,発電電力に基づく調整手段302によるタワー振動制御手段303の調整パラメータを反映した後の、発電電力とタワー振動制御手段303が決定するタワー振動制御によるピッチ角度調整幅Θ* TVCとの関係の一例を示す概略図である。なお、図4は、タワー振動情報の一例であるタワー傾斜角度を所定値に保持した場合の、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|を示す。タワー振動情報はタワー傾斜角度に限られず、例えばタワーやナセルの加速度等を用いることもできる。 4, after reflecting the adjustment parameters of the tower vibration control unit 303 by adjusting means 302 based on the generated power, the generated power and by the tower vibrations control tower vibration control unit 303 determines the pitch angle adjustment width theta * TVC It is the schematic which shows an example of relationship. FIG. 4 shows the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means when the tower inclination angle, which is an example of tower vibration information, is held at a predetermined value. The tower vibration information is not limited to the tower inclination angle, and for example, acceleration of a tower or a nacelle can also be used.

発電電力に基づく調整手段302によるタワー振動制御手段の調整パラメータを反映することで、タワー振動制御手段303は発電電力が定格出力Pratedから所定の値ΔPの範囲を持ったP1までの範囲においては、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|を大きくする。これに対して、発電電力Pが定格出力Pratedよりも小さいP2(更に、P2はP1よりも小さい)以下では、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|を小さくする。なお、発電電力P1とP2の間でのピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|の急変を抑制するため、発電電力P1とP2の間でのピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|は発電電力Pの変化に応じて滑らかに補間する。また、発電電力P1とP2の間での補間も、直線的でなく、2次関数など曲線的な補間形態であっても良い。 By reflecting the adjustment parameter of the tower vibration control means by the adjustment means 302 based on the generated power, the tower vibration control means 303 is in the range from the rated output P rated to P 1 having a range of a predetermined value ΔP. Increases the absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means. On the other hand, when the generated power P is smaller than P 2 (more P 2 is smaller than P 1 ) smaller than the rated output P rated , the absolute value of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means | Θ * TVC | Make The absolute value of the pitch angle adjustment width between the generated power P 1 and P 2 | theta * TVC | sudden change to suppress the absolute value of the pitch angle adjustment width between the generated power P 1 and P 2 | 補 間* TVC | interpolates smoothly according to the change of the generated power P. Also, interpolation between the generated power P 1 and P 2, linear and not, may be a curve interpolation forms such quadratic function.

発電電力に基づく調整手段302の具体的な動作例は下記の通りである。発電電力が定格出力Pratedから所定の値ΔPの範囲を持ったP1の範囲においては、上述の可変速制御によるピッチ角度の動作によってネガティブダンピング現象が発生し、タワー振動が拡大する可能性がある。そのため、可変速制御のピッチ角度調整幅に対してタワー振動を低減する成分を付与するために、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|を大きくする。 A specific operation example of the adjustment unit 302 based on the generated power is as follows. In the range range of P 1 having a predetermined value ΔP generated power from the rated output P rated, negative damping phenomenon occurs by the operation of the pitch angle by the variable speed control described above, it may tower oscillations is expanded is there. Therefore, in order to provide a component that reduces tower vibration to the pitch angle adjustment width of variable speed control, the absolute value | た* TVC | of the pitch angle adjustment width by the tower vibration control means is increased.

これに対して、発電電力が定格出力Pratedよりも(更にP1よりも)小さいP2以下では、可変速制御によってピッチ角度が調整されないために、上述のネガティブダンピング現象は発生しない。しかしながら、発電電力が定格出力PratedからΔPの範囲を持ったP1の範囲の運転条件においてネガティブダンピング現象によってタワー振動が発生し、発電電力が低下した後も継続している場合や、他にも風の変動や波の変動が上述のタワー固有振動と一致した場合には、タワー振動が発生する場合がある。この場合のタワー振動特性は、上述のネガティブダンピング現象のようにタワー振動が拡大、継続するような特性とは異なり、タワー振動に基づくピッチ角度調整幅が小さくてもタワー振動を低減することができる。そのため、発電電力Pが定格出力PratedやP1よりも小さいP2以下では、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値を|Θ* TVC|を、発電電力が定格出力PratedからΔPの範囲を持ったP1の範囲の値よりも、その値を小さくする。即ちコントローラ9は、発電機6の発電電力が定格出力から所定の値ΔPを差し引いたP1よりも大きい場合と、P1よりも小さい場合で、ピッチ角度調整幅の大きさを異ならせている。ただし、発電電力Pが定格出力付近でのピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|を発電電力P2以下のものよりも小さくするものも一切排除するものでない。 On the other hand, if the generated power is less than P 2 ( less than P 1 ) smaller than the rated output P rated , the above negative damping phenomenon does not occur because the pitch angle is not adjusted by the variable speed control. However, negative vibration may cause tower vibration under operating conditions in the range of rated output P rated to P 1 with a range of ΔP, and may continue even after the generated power decreases, or If the wind and wave fluctuations coincide with the above-mentioned tower natural vibration, tower vibration may occur. The tower vibration characteristic in this case is different from the characteristic that the tower vibration expands and continues like the above-mentioned negative damping phenomenon, and the tower vibration can be reduced even if the pitch angle adjustment range based on the tower vibration is small . Therefore, if the generated power P is P 2 or smaller than the rated output P rated or P 1 , the absolute value of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means is | Θ * TVC |, and the generated power is the rated output P rated to ΔP. The value of P 1 is smaller than the value of P 1 which has a range of. That controller 9, the generated power of the generator 6 when the case is greater than P 1 minus a predetermined value ΔP from the rated output smaller than P 1, and with different sizes of pitch angle adjustment range . However, it does not exclude the thing which makes generated electric power P the absolute value | P * TVC | of the pitch angle adjustment range near the rated output smaller than that of generated electric power P 2 or less.

図5は、風力発電システム1の定格出力が制限された場合の動作概要を示す図である。図5の横軸は風速を示し、縦軸の上方側は上から順に発電電力が高いこと、発電機回転速度が高いこと、発電機トルクが高いこと、ピッチ角度がフェザー側であることをそれぞれ示す。図5の点線は図2に示した発電電力制限なしの場合を示し、実線が発電電力制限ありの場合を示す。   FIG. 5 is a diagram showing an operation outline when the rated output of the wind power generation system 1 is limited. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the wind speed, and the upper side of the vertical axis indicates that the generated power is high in order from the top, the generator rotational speed is high, the generator torque is high, and the pitch angle is on the feather side. Show. The dotted line in FIG. 5 shows the case without the generated power restriction shown in FIG. 2, and the solid line shows the case with the generated power restriction.

点線にて示す発電電力制限なしの場合に対し、実線の発電電力制限ありの場合では、風速veにて発生可能な発電電力Pres以下で動作するように制限し、風速ve以上では発電電力をPresに保持する。発電電力制限に伴い、発電機回転速と発電機トルクをそれぞれωresおよびQresに制限する。また、発電電力制限に合わせて、ピッチ角度を風速ve以上でフェザー側へ動作させる。 To the case of no electric power generation limit shown by a dotted line, in the case where there is a solid line in electric power generation limit, and restricted to operate below the wind speed v generated power which can be generated by e P res, power generation or more wind velocity v e Hold the power at Pres . The generator rotational speed and the generator torque are limited to ω res and Q res , respectively, in accordance with the generated power limitation. In addition, according to the generated power restriction, the pitch angle is operated to the feather side at the wind speed v e or more.

図6は、図5に示した発電電力を制限した場合の、発電電力とタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|の関係の一例を示す概略図である。(最大)発電電力を定格出力Pratedから定格出力以下である制限電力Presへ制限したことに合わせて、発電電力Presから所定値ΔP を差し引いたP3の間でのタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|と、発電電力P4(<P3)からP3の間でのタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|の特性、大きさを異ならせている。 6, the absolute value of the pitch angle adjustment range by the generated power and a tower vibration control unit With a restricted generated power shown in FIG. 5 | is a schematic diagram showing an example of a relationship | Θ * TVC. (Maximum) of the generated power in accordance with the fact of limiting the power limit P res is below the rated output from the rated output P rated, by the tower vibration control means between P 3 obtained by subtracting a predetermined value ΔP from the generated power P res The absolute value of the pitch angle adjustment range | Θ * TVC | and the absolute value of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means between the generated powers P 4 (<P 3 ) and P 3 | Θ * TVC | The sizes are different.

図7は、図4と図6に示すΔPと風速に関する関係の一例を示す概略図である。図7の横軸は風速を示し、縦軸は発電電力を示す。図7における実線は定常特性を示し、破線は逐次動作における発電電力の変動幅を示す。図4と図6に示すΔPは、図7に示すように所定値ΔPは定格回転速度以上で発電する際の発電電力の変動幅の2分の1程度とする。   FIG. 7 is a schematic view showing an example of the relationship between ΔP and the wind speed shown in FIGS. 4 and 6. The horizontal axis of FIG. 7 indicates the wind speed, and the vertical axis indicates the generated power. The solid line in FIG. 7 indicates the steady-state characteristic, and the broken line indicates the fluctuation range of the generated power in the sequential operation. As shown in FIG. 7, .DELTA.P shown in FIG. 4 and FIG. 6 is about a half of the fluctuation range of the generated power when generating at a rated rotational speed or higher.

ただし、これに限ったものではなく、ΔPは上記発電電力の変動幅の2分の1以下であっても良いし、3倍程度と大きい値をとるものであっても良いが、図4や図6に示すタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅の絶対値|Θ* TVC|は、ΔPに基づいて変更される特性を備える。尚、上記図4から図7の説明において、同じ所定値ΔP を用いて説明していたが、双方の運転条件が異なることから別個の値を使用しても良い。具体的には、図4におけるΔPをΔP 1、図6におけるΔPをΔP 2とすると、ΔP 1≠ΔP 2としても良い。これらの所定値は、運転時の発電電力の変動幅を包括できる様にすると良い。具体的には、定格風速vや制限後に自身よりも高い風速ve以上では発電機トルクを一定に保持するveと言った閾値風速に対して、ΔP 1やΔP 2と言った各所定値は、対応する閾値風速以上における発電電力のバラつきを考慮して決定される様にすることが出来る。発電電力のバラつきを考慮して決定する必要性は、次の様に説明できる。即ち、可変速制御の入力である発電機回転速度の計測値(センサ出力)や、発電機トルクの出力値(実際の値)にはバラつきを含むため、定格運転時などでも発電電力が変動する。また、本実施例に示す手法によれば、現状の運転条件(ネガティブダンピング現象が発生するか否か等)を把握するためにも発電電力を利用するが、この計測値もバラつきを含む。従って、運転条件を正確に判断するためにも、発電電力のバラつきを考慮することが望ましい。 However, the invention is not limited to this, and ΔP may be half or less of the fluctuation range of the generated power, or may have a value as large as about three times, as shown in FIG. The absolute value | Θ * TVC | of the pitch angle adjustment range by the tower vibration control means shown in FIG. 6 has a characteristic that is changed based on ΔP. In the above description of FIGS. 4 to 7, although the same predetermined value .DELTA.P has been described, different values may be used because the operating conditions of both are different. Specifically, assuming that ΔP in FIG. 4 is ΔP 1 and ΔP in FIG. 6 is ΔP 2 , ΔP 1 ΔΔP 2 may be used. These predetermined values should be able to cover the fluctuation range of the generated power at the time of operation. Specifically, the rated wind speed v d and the wind speed v e higher than itself after limitation With respect to the threshold wind speed such as v e which holds the generator torque constant, each predetermined speed such as ΔP 1 or ΔP 2 The value can be determined in consideration of the variation of the generated power above the corresponding threshold wind speed. The necessity of taking into consideration the variation of the generated power can be explained as follows. That is, since the measured value (sensor output) of the generator rotational speed, which is an input of the variable speed control, and the output value (actual value) of the generator torque include variations, the generated power fluctuates even during rated operation etc. . Further, according to the method shown in the present embodiment, the generated power is used also for grasping the current operating conditions (such as whether or not the negative damping phenomenon occurs), but this measured value also includes the variation. Therefore, it is desirable to consider the variation in generated power also in order to accurately determine the operating conditions.

図8から図10は、発電電力に基づく調整手段302の具体例を示す図である。図8は、発電電力に基づく調整手段302が、発電電力に基づいて、タワー振動制御手段の制御ゲインGTVCを調整する場合を示す。これは、図には明記しないが、タワー振動制御手段303のピッチ角度目標値を決定する伝達特性に、制御ゲインGTVCを有する場合の例である。制御ゲインGTVCがタワー振動制御手段303の伝達特性のゲイン全体を変更可能であっても良いし、一部のみ変更可能なものであっても良い。コントローラ9は、タワー振動制御手段303が有する伝達特性を調整するゲインを調整することで、ピッチ角度調整幅を変更する。 8 to 10 are diagrams showing specific examples of the adjustment unit 302 based on the generated power. FIG. 8 shows a case where the adjustment means 302 based on the generated power adjusts the control gain G TVC of the tower vibration control means based on the generated power. Although this is not specified in the figure, this is an example in the case where the transfer characteristic for determining the pitch angle target value of the tower vibration control means 303 has a control gain G TVC . The control gain G TVC may be capable of changing the entire gain of the transfer characteristic of the tower vibration control means 303, or may be capable of changing only a part. The controller 9 changes the pitch angle adjustment range by adjusting the gain for adjusting the transfer characteristic of the tower vibration control means 303.

図9は、発電電力に基づく調整手段302が、発電電力に基づいて、タワー振動制御手段の固有振動数ωTVCを調整する場合を示す。これは、図には明記しないが、タワー振動制御手段303のピッチ角度目標値を決定する伝達特性に、ディジタルフィルタといった固有振動数ωTVCを有する場合の例である。ディジタルフィルタは、タワー振動情報の一例であるタワー傾斜角度から特定の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタであっても良いし、その他の位相特性を調整する伝達特性との組合せであってもよい。 FIG. 9 shows a case where the adjustment means 302 based on the generated power adjusts the natural frequency ω TVC of the tower vibration control means based on the generated power. This is an example not shown in the figure, but is an example in the case where the transfer characteristic for determining the pitch angle target value of the tower vibration control means 303 has a natural frequency ω TVC such as a digital filter. The digital filter may be a band pass filter that extracts a specific frequency component from a tower tilt angle, which is an example of tower vibration information, or may be a combination with a transfer characteristic that adjusts other phase characteristics.

図10は、発電電力に基づく調整手段302が、発電電力に基づいて、タワー振動制御手段の制御ゲインGTVCとタワー振動制御手段の固有振動数ωTVCを調整する場合を示す。図には明記しないが、上述と同様に、タワー振動制御手段302の伝達特性に、制御ゲインGTVCとディジタルフィルタといった固有振動数ωTVCの特性を有する場合の例である。コントローラ9内で、フィルタ特性の固有振動数ωTVCを調整することで、調整幅を変更する。但し、これに限ったものではなく、上記制御ゲインGTVCとディジタルフィルタといった固有振動数ωTVC以外の調整パラメータを決定するものであっても良い。 FIG. 10 shows a case where the adjustment means 302 based on the generated power adjusts the control gain G TVC of the tower vibration control means and the natural frequency ω TVC of the tower vibration control means based on the generated power. Although not shown in the figure, in the same manner as described above, this is an example of the case where the transmission characteristics of the tower vibration control means 302 have characteristics of natural frequency ω TVC such as control gain G TVC and digital filter. In the controller 9, the adjustment range is changed by adjusting the natural frequency ω TVC of the filter characteristic. However, the invention is not limited to this, and adjustment parameters other than the natural frequency ω TVC such as the control gain G TVC and the digital filter may be determined.

図11は、本発明の実施例にかかる風力発電システムの制御手段101の処理概要を示すフローチャートである。ステップS1101では、発電機回転速度ωを決定し、次のステップに進む。ステップS1102では可変速制御手段によるピッチ角度調整手段301において、可変速制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*VSCを決定し、次のステップに進む。ステップS1103では、タワー振動情報を決定し、次のステップに進む。ステップS1104では、発電電力に基づく調整手段302にて調整パラメータを決定した後、タワー振動制御手段303において、タワー振動情報と調整パラメータに基づいて、タワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCを決定し、次のステップに進む。ステップS1105では、加算部304により、可変速制御手段301によるピッチ角度調整幅Θ*VSCとタワー振動制御手段によるピッチ角度調整幅Θ*TVCとを加算して、ピッチ角度目標値Θ*を決定し、一連の処理を終了する。 FIG. 11 is a flowchart showing an outline of processing of the control means 101 of the wind power generation system according to the embodiment of the present invention. In step S1101, the generator rotational speed ω is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1102, the pitch angle adjustment means 301 by the variable speed control means determines the pitch angle adjustment range Θ * VSC by the variable speed control means, and the process proceeds to the next step. In step S1103, tower vibration information is determined, and the process proceeds to the next step. In step S1104, after the adjustment parameter is determined by the adjustment unit 302 based on the generated power, the tower vibration control unit 303 determines the pitch angle adjustment range と * TVC by the tower vibration control unit based on the tower vibration information and the adjustment parameter. Decide and proceed to the next step. In step S1105, the adding unit 304 adds the pitch angle adjustment range Θ * VSC by the variable speed control means 301 and the pitch angle adjustment range Θ * TVC by the tower vibration control means to determine the pitch angle target value Θ * , End a series of processing.

なお、本発明が請求する範囲は上記に限ったものではない。具体的には、図1に示す風力発電システム1は設置形態を明記していないが、地面または海底に設置される着床式の風力発電システムであっても良い。また、図12に示すように、洋上に浮かべられる浮体構造物11の上に設置される構成を備えるものであっても良い。   The scope of the present invention is not limited to the above. Specifically, the wind power generation system 1 shown in FIG. 1 does not specify the installation mode, but may be a landing type wind power generation system installed on the ground or the seabed. Moreover, as shown in FIG. 12, you may provide the structure installed on the floating body structure 11 floated on the ocean.

図13に、本発明の実施例にかかる風力発電システム制御手段101の効果を示す概略図である。図13の横軸は時刻、縦軸は図上方より風速、発電電力、およびタワー傾斜情報の一例であるタワー傾斜角度を示す。図の上方側は上から順に、風速が高いこと、発電電力が高いこと、およびタワー傾斜角度が後方であることをそれぞれ示す。図13において、点線が本発明の実施例を適用していない場合の応答例を示し、実線が本発明を適用した場合の応答例を示す。   FIG. 13 is a schematic view showing the effect of the wind power generation system control means 101 according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis in FIG. 13 represents time, and the vertical axis represents the wind speed, the generated power, and the tower inclination angle which is an example of tower inclination information from the upper side of the drawing. The upper side of the figure shows, from top to bottom, that the wind speed is high, the generated power is high, and the tower tilt angle is aft, respectively. In FIG. 13, the dotted line shows an example of response when the embodiment of the present invention is not applied, and the solid line shows an example of response when the present invention is applied.

図13は、最上段に示す風速が、時刻t2より低下し、時刻t3にて定格出力vdよりも小さい状態へ変化した場合である。風速の変化に伴い、図13の中段に示す発電電力はPratedから低下する。この風速および発電電力の変化に応じて、タワー傾斜角度の特性が変化するため、本実施例に係る内容を適用しない場合には、タワー傾斜角度の振動が発散することはないが、時刻t3以後もタワー振動が継続する場合がある。これに対して、本実施例に係る内容を適用することで、発電電力に基づいてタワー振動制御手段の特性を調整することで、時刻t3以後のタワー振動を短期間で収束させることができる。尚、上記例では主としてタワー傾斜角度に基づいてタワー等の振動低減をする場合について説明したが、それ以外のタワー振動低減手法を併せて適用することも可能であり、例えばナセルやタワーの加速度に基づくタワー振動低減手法への適用が可能である。 Figure 13 is a wind velocity shown at the top is lower than time t 2, the at time t 3 is the case where changes to the state of being smaller than the rated output v d. With the change of the wind speed, the generated power shown in the middle stage of FIG. 13 falls from P rated . Since the characteristics of the tower tilt angle change according to the changes in the wind speed and the generated power, the vibration of the tower tilt angle does not diverge when the contents according to the present embodiment are not applied, but time t 3 After that, tower vibration may continue. In contrast, by applying the contents of the present embodiment, based on the generated power by adjusting the characteristics of the tower vibration control means, the tower vibrations at time t 3 after can be converged in a short period of time . In the above example, the vibration reduction of the tower etc. is mainly explained based on the tower inclination angle, but it is also possible to apply other tower vibration reduction methods together, for example, for acceleration of nacelle or tower. It is possible to apply to the tower vibration reduction method based on.

1:風力発電システム
2:ブレード
3:ハブ
4:ロータ
5:ナセル
6:発電機
7:ピッチアクチュエータ
8:タワー
9:コントローラ
10:タワー傾斜情報計測センサ
11:浮体構造物
1: Wind power generation system 2: Blade 3: Hub 4: Rotor 5: Nacell 6: Generator 7: Pitch actuator 8: Tower 9: Controller 10: Tower inclination information measurement sensor 11: Floating structure

Claims (13)

可変速制御可能な風力発電システムであって、
風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの荷重を支持するタワーと、
前記ブレードの回転力を用いて発電する発電機と、
ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置と、
前記調整装置に送るピッチ角度目標値を定める制御装置を備え、
前記制御装置は、タワー振動制御手段を有しており、前記タワー振動制御手段が決定する前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、
前記調整幅は、前記発電機の発電電力に基づいて決定され
前記制御装置は、前記発電電力が定格出力から所定値を差し引いた第1の電力よりも大きい場合と、前記第1の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする風力発電システム。
A variable speed controllable wind power generation system,
A blade that rotates in response to the wind,
A tower for supporting the load of the blade;
A generator that generates electricity using the rotational force of the blade;
An adjusting device for adjusting the pitch angle of the blade based on a pitch angle target value;
A control device for determining a pitch angle target value to be sent to the adjustment device;
The control device has a tower vibration control means, and determines the pitch angle target value using an adjustment width for controlling the vibration of the tower determined by the tower vibration control means,
The adjustment range is determined based on the power generated by the generator ,
Wherein the control device, wherein a case where the generated power is greater than the first power obtained by subtracting the predetermined value from the rated output, if less than the first power, the Rukoto with different size of the adjustment range Wind power generation system.
請求項に記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、前記発電機の出力が定格出力以下である制限電力に制限された際、前記発電電力が前記制限電力から所定値を差し引いた第2の電力より大きい場合と、前記第2の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする風力発電システム。
The wind power generation system according to claim 1 ,
When the output of the generator is limited to the limit power equal to or less than the rated output, the control device is configured to generate the second power when the generated power is larger than a second power obtained by subtracting a predetermined value from the limit power. A wind power generation system, wherein the size of the adjustment range is made different when the power is smaller.
請求項またはに記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、閾値風速以上の風速では発電機トルクを保持する様に制御し、
各前記所定値は、前記閾値風速以上における発電電力のバラつきを考慮して決定されることを特徴とする風力発電システム。
The wind power generation system according to claim 1 or 2 , wherein
The controller controls the generator torque to be held at a wind speed higher than a threshold wind speed,
The wind power generation system according to claim 1, wherein each of the predetermined values is determined in consideration of a variation in generated power above the threshold wind speed.
請求項に記載の風力発電システムであって、
前記所定値は、前記閾値風速以上で発電する際の発電電力の変動幅の略2分の1であることを特徴とする風力発電システム。
The wind power generation system according to claim 3 ,
The wind power generation system, wherein the predetermined value is approximately one half of a fluctuation range of the generated power when generating power at the threshold wind speed or more.
請求項1ないしのいずれか1項に記載の風力発電システムであって、
前記制御装置は、前記タワー振動制御手段が有する伝達特性を調整するゲインを調整することで、前記調整幅を変更することを特徴とする風力発電システム。
The wind power generation system according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The said control apparatus changes the said adjustment range by adjusting the gain which adjusts the transfer characteristic which the said tower vibration control means has, The wind power generation system characterized by the above-mentioned.
請求項1ないしのいずれか1項に記載の風力発電システムであって、
前記タワー振動制御手段が有する伝達特性が、前記伝達特性の入力値の周波数成分を抽出するフィルタ特性を備えている際、
前記制御装置は、前記フィルタ特性の固有振動数を調整することで、前記調整幅を変更することを特徴とする風力発電システム。
The wind power generation system according to any one of claims 1 to 5 , wherein
When the transfer characteristic of the tower vibration control means has a filter characteristic for extracting a frequency component of the input value of the transfer characteristic,
The said control apparatus changes the said adjustment range by adjusting the natural frequency of the said filter characteristic, The wind power generation system characterized by the above-mentioned.
請求項1ないしのいずれか1項に記載の風力発電システムであって、更に前記タワーの荷重を支持する浮体構造物を備えることを特徴とする風力発電システム。 The wind power generation system according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a floating body structure for supporting the load of the tower. 風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの荷重を支持するタワーと、
前記ブレードの回転力を用いて発電する発電機と
ピッチ角度目標値に基づいて前記ブレードのピッチ角度を調整する調整装置を備え、可変速制御可能な風力発電システムの制御方法であって、
前記タワーの振動を制御する調整幅を用いて前記ピッチ角度目標値を決定し、
前記調整幅を、前記発電機の発電電力に基づいて決定し、
前記発電電力が定格出力から所定値を差し引いた第1の電力よりも大きい場合と、前記第1の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする風力発電システムの制御方法。
A blade that rotates in response to the wind,
A tower for supporting the load of the blade;
A control method of a wind power generation system capable of variable speed control, comprising: a generator that generates electric power using the rotational force of the blade; and an adjustment device that adjusts the pitch angle of the blade based on a pitch angle target value,
The pitch angle target value is determined using an adjustment width that controls the vibration of the tower,
The adjustment range is determined based on the power generated by the generator ,
The size of the adjustment range is made different between when the generated power is larger than a first power obtained by subtracting a predetermined value from a rated output and when it is smaller than the first power . Control method.
請求項に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記発電機の出力が定格出力以下である制限電力に制限された際、前記発電電力が前記制限電力から所定値を差し引いた第2の電力より大きい場合と、前記第2の電力より小さい場合で、前記調整幅の大きさを異ならせることを特徴とする風力発電システムの制御方法。
The control method of the wind power generation system according to claim 8 ,
When the output of the generator is limited to the limit power equal to or less than the rated output, the generated power is larger than the second power obtained by subtracting a predetermined value from the limit power, and smaller than the second power The control method of the wind power generation system, wherein the size of the adjustment range is made different.
請求項またはに記載の風力発電システムの制御方法であって、
閾値風速以上の風速では発電機トルクを保持する様に制御し、
各前記所定値を、前記閾値風速以上における発電電力のバラつきを考慮して決定することを特徴とすることを特徴とする風力発電システムの制御方法。
The control method of the wind power generation system according to claim 8 or 9 ,
At wind speeds above the threshold speed, control is performed to maintain the generator torque,
A control method of a wind power generation system, characterized in that each of the predetermined values is determined in consideration of a variation in generated power at or above the threshold wind speed.
請求項10に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記所定値は、前記閾値風速以上で発電する際の前記発電電力の変動幅の略2分の1であることを特徴とする風力発電システムの制御方法。
The control method of the wind power generation system according to claim 10 , wherein
The control method of the wind power generation system, wherein the predetermined value is approximately one half of a fluctuation range of the generated power at the time of generating power at the threshold wind speed or more.
請求項8ないし11のいずれか1項に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記タワー振動制御手段が有する伝達特性を調整するゲインを調整することで、前記調整幅を変更することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
The control method of the wind power generation system according to any one of claims 8 to 11 ,
A control method of a wind power generation system, wherein the adjustment range is changed by adjusting a gain for adjusting a transfer characteristic of the tower vibration control means.
請求項8ないし12のいずれか1項に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記タワー振動制御手段が有する伝達特性が、前記伝達特性の入力値の周波数成分を抽出するフィルタ特性を備えている際、
前記フィルタ特性の固有振動数を調整することで、前記調整幅を変更することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
The control method of the wind power generation system according to any one of claims 8 to 12 , wherein
When the transfer characteristic of the tower vibration control means has a filter characteristic for extracting a frequency component of the input value of the transfer characteristic,
A control method of a wind power generation system, wherein the adjustment range is changed by adjusting the natural frequency of the filter characteristic.
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