JP7174682B2 - 風力発電装置およびその停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置とその停止方法に係り、特に低剛性のブレードを備えたダウンウィンド型の風力発電装置とその停止方法に関する。

再生可能エネルギー活用への関心の高まりから、風力発電装置の世界的な市場拡大が予測されている。メガワット級の風力発電装置としては、ブレードを回転するハブに放射状に取りつけたロータと、主軸を介してロータを支持するナセルと、ナセルを下部からヨー回転を許して支持するタワーを備えているものが頻繁に用いられる。

近年の風力発電装置は、発電コストの低減に向けた洋上での大型化、大容量化が顕著であり、発電時のブレードのたわみも大きくなっている。ロータがタワーの風上側に位置するアップウィンド型の風力発電装置では、ブレードとタワーとの衝突を防止するため、ブレードの高剛性化や風上側への初期たわみを導入している。一方、ロータがタワーの風下側に位置するダウンウィンド型の風力発電装置では、発電時にブレードがタワーから離れる側にたわむため、タワーとの衝突の可能性がなく、低剛性化によって軽量なブレードを採用できると期待されている。

しかしながら、風力発電装置の停止動作におけるブレードのフェザー動作によってブレードに負の揚力が発生し、風上側に向かう流体力がブレードに作用する。このため、ダウンウィンド型の風力発電装置に低剛性なブレードを採用した場合、ブレードが風上側にたわんでタワーと衝突する可能性がある。

風力発電装置の停止動作時におけるブレードに作用する荷重低減技術として、例えば、特許文献１に記載された水平軸風車が提案されている。特許文献１では、ピッチ駆動制御システムが動作不能に陥ったとき、変角速度制御が不能な強制フェザーシステムによりブレードをフェザーにして緊急停止する場合、限定されたピッチ角範囲でブレードのピッチ角変角運動に抵抗力を与える変角速度抑制機構を用いることで、ブレードの強制フェザー時の変角過程において風車（ブレードやタワー）に作用する荷重を低減している。

特開２０１０－２７０７３３号公報

特許文献１に記載の水平軸風車によれば、強制フェザーシステムによりブレードをフェザーにして緊急停止する場合でもブレードに作用する最大荷重を低減できる。しかし、ブレードに作用する荷重を低減する効果を得るために回転するロータに対する制動力が低下することになる。このため低剛性ブレードを採用した場合、ブレードとタワーの衝突を回避するためには、停止までの所要時間が大幅に増加する懸念がある。

本発明はこのような状況を鑑みて成されたものであり、低剛性ブレードを採用しても、停止までの所要時間の増加を抑えつつ、ブレードとタワーの衝突を回避することができる風力発電装置及びその停止方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、特許請求の範囲に記載のように風力発電装置及びその停止方法を構成するものである。具体的な本発明に係る風力発電装置の構成例としては、少なくとも１枚のブレードを備えたロータと、前記ロータを支持するナセルと、前記ナセルを支持するタワーと、前記ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御機構と、前記ピッチ角制御機構へピッチ角の目標値を出力する制御装置を備え、前記制御装置は、風力発電装置を停止する際に、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角の範囲において前記タワー側に大きくたわまないように前記ブレードのフェザー動作における前記ピッチ角の目標値を決定することを特徴とする。

本発明によれば、低剛性ブレードを採用しても、風力発電装置を停止する際に、停止までの所要時間の増加を抑えつつ、ブレードとタワーの衝突を回避することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の構成を示す図である。 実施例１における制御装置を説明するための図である。 停止動作時のピッチ角とアジマス角の関係を説明するための図である。 フェザー動作をアジマス角に基づいて開始する停止方法について説明するための図である。 停止動作による回転数の低下を考慮した場合のピッチ角とアジマス角の関係を説明するための図である。 タワー通過時にピッチ角を固定する停止方法について説明するための図である。 タワー通過時にピッチ角をファインに戻す停止方法について説明するための図である。 ピッチレートを変更する停止方法について説明するための図であり、ピッチレートを下げた場合の説明図である。 ピッチレートを変更する停止方法について説明するための図であり、ピッチレートを上げた場合の説明図である。 荷重のアンバランスを低減するようにピッチレートを変更する停止方法について説明するための図である。 独立ピッチ制御を用いずにピッチレートを変更する停止方法について説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

先ず、図１を参照しながら、本発明が適用される風力発電装置の構成例を説明する。図１は風力発電装置の全体概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置１は、風を受けて回転するブレード２、ブレード２を支持するハブ３、動力伝達部や発電機などを収容するナセル４、及びナセル４を回動可能に支持するタワー５を備える。ナセル４内に、ハブ３に接続されハブ３と共に回転する主軸６、主軸６に接続され回転速度を増速する増速機７、及び増速機７により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機８を備えている。ブレード２の回転エネルギーを発電機８に伝達する部位は、動力伝達部と称され、本実施形態では、主軸６及び増速機７が動力伝達部に含まれる。そして、増速機７及び発電機８は、メインフレーム９上に保持されている。また、ブレード２及びハブ３によりロータ１０が構成される。

図１に示す風力発電装置１は、３枚のブレード２とハブ３にてロータ１０を構成する例を示すが、これに限られず、ロータ１０はハブ３と少なくとも１枚のブレード２にて構成しても良い。また、図１ではナセル４はタワー５に対して回転可能に支持されているが、タワー５が水平面内で回転可能であれば、ナセル４はタワー５に対して回転しなくても良い。

図１では、風力発電装置１を側方から眺めた状態を示しており、ロータ１０がタワー５の風下側に位置するダウンウィンド型の風力発電装置に対して風が紙面左から右に吹いているものとする。

また、図１に示すように、タワー５内の底部（下部）に、電力の周波数を変換する電力変換器１１、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器及び変圧器など（図示省略）、及び制御装置１２などが配されている。制御装置１２として、例えば、制御盤又は遠隔制御監視システム（ＳＣＡＤＡ：Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）が用いられる。

風力発電装置１は、ブレード２のピッチ角を制御するためのピッチ角制御機構２１、ナセル４の上部に設置された風向風速計２２を備えている。ピッチ角制御機構２１としては、例えば、電動方式が採用され、各ブレード２のピッチ角を独立に制御できるものとする。なお、風向風速計２２は、風力発電装置１の他の位置に設置してもよいし、風力発電装置１の近傍であれば風力発電装置１の外部に設置してもよい。

図２に実施例１における風力発電装置１の制御装置１２の構成例を示す。図２に示す制御装置１２は、停止動作時のブレードとタワーの衝突を回避するためピッチ角制御量を演算し、ピッチ角制御機構２１に制御信号を送信する。制御装置１２は、ナセル方位角計測部３１、風向風速計測部３２、停止スイッチ３３、停止命令発信部３４、アジマス角計測部３５、制御データベース３６、制御量計算部３７を備える。なお、風向風速計測部３２、または停止スイッチ３３のいずれか一方を備えていれば、他方およびナセル方位角計測部３１を備えていなくても良い。ナセル方位角計測部３１では、図示しないナセル方位角計を用いて、ロータ１０の回転軸方向の方位角を計測する。風向風速計測部３２では、風向風速計２２を用いて風向と風速を計測する。風向と風速は瞬時値を用いてもよいし、所定時間で統計処理を施した平均値や標準偏差、最大値と最小値の差分などを用いてもよい。停止スイッチ３３では、停止ボタンが押された場合に停止信号を発信する。停止ボタンは、例えば、物理的なボタンでもよいし、コンピュータのディスプレイに表示されるような電子的なものでもよい。停止ボタンの設置場所も風力発電装置１に直接取り付けられてもよいし、遠隔監視センタなどに設置されていてもよい。また、停止スイッチ３３は、図示しない風力発電装置の監視システムに組み込まれていて、監視システムが風力発電装置１の異常を検知した場合などに、自動的に停止信号を発信するように構成されていてもよい。

本実施例では、停止命令発信部３４は、以下のいずれかの条件が満たされた場合に、停止命令を発信するように構成されている。なお、停止命令を発信する条件は下記に限定されるものではない。
（１）停止スイッチ３３から停止信号を受信した場合
（２）ナセル方位角計測部３１で計測された方位角と風向風速計測部３２で計測された風向の差で定義されるヨーエラーの絶対値が閾値を上回った場合
（３）風向風速計測部３２で計測された風速が下側停止風速を下回った場合
（４）風向風速計測部３２で計測された風速が上側停止風速を上回った場合
（５）風向風速計測部３２で計測された風向または風速の変化率の絶対値が所定の値を上回った場合
（６）風向風速計測部３２で計測された風向または風速の標準偏差または最大値と最小値の差が所定の値を上回った場合
アジマス角計測部３５では、ロータ１０の回転軸周りの位相を表すアジマス角を計測する。ここでは一例として、ブレード２がハブ３の鉛直方向真上に位置する場合をアジマス角０度と定義する。また、３枚のブレード２は１２０度ごとに等間隔にハブ３に接続されているものとする。制御データベース３６には、停止動作時に使用する制御パラメータを保存しており、例えば停止時のピッチ角の変化速度を表すピッチレートや、風速および回転数に応じたタワー通過禁止ピッチ角範囲を保存する。制御量計算部３７では、停止命令発信部３４から停止命令を受信した場合に、アジマス角計測部３５のアジマス角と制御データベース３６の制御パラメータを用いて、停止動作時のピッチ角の目標値を計算する。ピッチ角制御機構２１では、各ブレード２のピッチ角が目標値となるように制御する。ピッチ角制御機構２１としては、各ブレードのピッチ角を独立に制御できるように本実施例では電動方式のものが用いられている。

次に、図３～６を参照しながら、制御量計算部３７における、停止動作時のピッチ角の目標値の計算方法を、具体的に説明する。図３に、通常の停止動作における各ブレード２のアジマス角とピッチ角の関係の一例を示す。

図３では、運転中のブレード２のピッチ角がすべて０度（ファイン）で、第１ブレードのアジマス角が０度の状態から停止動作を開始した場合の、各ブレードのアジマス角とピッチ角の関係を表している。ただし、簡単のため、停止動作による回転数の低下を無視している。また、全てのブレードが制御データベース３６で規定されたピッチレートでフェザー動作を行うものとしている。すなわち、ピッチレートは変化させず一定のピッチレートでフェザー状態まで各ブレードのピッチ角を変化させている。停止時はピッチ角制御機構２１の最大のピッチレートでピッチ角をフェザー状態（ピッチ角９０度）にするのが一般的であり、例えば、ブレードがおおよそ１回転半程度でファイン状態からフェザー状態になるように設定されている。

図３においてチェッカーで示す範囲が、ブレードのタワー通過禁止ピッチ角範囲である。ブレードがタワーを通過するとは、図１に示すようにタワー５の頂上にナセル４が支持されている風力発電装置１の場合、ブレードがハブ３の鉛直方向真下の位置（アジマス角が１８０度）付近を通過することである。ブレードがタワーを通過するアジマス角１８０度、５４０度付近において、ブレードのたわみが大きくなるピッチ角の範囲とならないようにすることにより、ブレードがタワー５に衝突するのを回避する。

タワー通過禁止ピッチ角範囲は、ブレードのアジマス角とピッチ角により規定される。タワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するアジマス角範囲は、タワー５の直径やブレード２の翼弦長、厚さを考慮して決められる。タワー５の直径が大きい場合にはタワー通過禁止ピッチ角範囲のアジマス角範囲は大きくなる。また、ブレード２の翼弦長や厚さが大きくなればタワー通過禁止ピッチ角範囲のアジマス角範囲は大きくなる。例えば、タワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するアジマス角範囲は１８０度±３０度（アジマス角１５０度から２１０度）などに設定される。なお、風力発電装置には、ナセルがメインタワーから側方に延びている支持構造物に支持されている風力発電装置やナセルが傾斜した支持構造物で支持されている風力発電装置がある。これらの支持構造物は、本実施例におけるタワー５と同様にナセルを支持する構造物であるので広義に解釈して本発明におけるタワーに含める。これらの場合には、支持構造物の位置するアジマス角に基づいてタワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するアジマス角範囲を設定する必要がある。

一方、タワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するブレードのピッチ角の範囲は、タワー５との衝突が回避できるブレード２のたわみから決められる。ブレードのたわみは、ブレードに作用する流体力とブレードの材料や構造により変わり、ブレードに作用する流体力は風速やブレードの回転数などにより変わる。したがって、タワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するブレードのピッチ角は、ブレードの材料や構造、停止動作を行う際の風速やブレードの回転数などにより変わり、これらを考慮して、事前に計算などを行ない決定する。例えば、タワー通過禁止ピッチ角範囲を規定するブレードのピッチ角の範囲は、１５度から４５度などに設定される。

タワー通過禁止ピッチ角範囲は、風速や回転数に応じた値が制御データベース３６に保存されている。タワー通過禁止ピッチ角範囲は、停止動作を行う際の風速や回転数に依存して変化させた方が望ましいが、たわみが最大となる風速や回転数を基準としてタワー通過禁止ピッチ角範囲を設定しても良い。

図３に示す例では、タワー通過禁止ピッチ角範囲は、アジマス角が１５０度から２１０度の範囲において１５度から４５度の範囲のピッチ角の使用を禁止することを表している。そして、図３に示す例においては、本実施例によらない通常の停止動作（フェザー制御）を行っており、この場合、第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入するため、第一ブレードがタワー５に衝突する可能性がある。

そこで、実施例１では、停止動作の際に、各ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないように、ピッチ角を変更する。本実施例では、具体的には、停止動作の際に、各ブレード２のフェザー動作を同時に開始するのではなく、各ブレードのフェザー動作の開始を、ブレードのアジマス角に基づいて決定するものである。言い換えれば、従来の停止方法では、全てのブレードが同時にフェザー動作を開始させているが、本実施例では、ブレード毎にフェザー動作を開始するアジマス角を変更している。図３に示すように、第２、第３ブレードはタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入していない。したがって、アジマス角１２０度から２４０度の範囲からフェザー操作を開始すれば、タワー５との衝突は回避できる。ゆえに、図４に示すように衝突が予想される第１ブレードについては、フェザー動作の開始を遅らせ、第１ブレードのアジマス角が１２０度となった時刻からフェザー操作を行えばよい。図４に示す例では、停止動作の際に、第２ブレード及び第３ブレードについては同時にフェザー動作を開始し、第１ブレードについてはフェザー動作の開始を遅らせている。

なお、図３及び図４に示す例においては、第２、第３ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入していないが、風力発電装置の停止動作を開始する際、第２、第３ブレードのアジマス角がタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入するような位置にある場合には、同様に、フェザー動作の開始を遅らせ、アジマス角が１２０度から２４０度（タワーが位置するアジマス角から±６０度）の範囲に収まった時刻からフェザー動作を開始すればよい。

なお、フェザー動作を開始するアジマス角の範囲１２０度から２４０度は一例であり、タワー通過の前後であれば、この限りではない。また、範囲の代わりに所定のアジマス角を指定してもよく、例えば各ブレードがアジマス角１２０度を通過した時刻からフェザー動作を開始するようにしてもよい。

上述の説明では、図３及び図４において停止動作による回転数の低下を無視したが、停止動作よる回転数の低下があっても本実施例は同様に適用可能である。すわわち、停止動作により回転数が低下する場合には、図３中のピッチ角を表す直線の勾配がアジマス角の増加に伴って増加して、図５のような曲線となるだけで、同様の停止方法が適用可能である。

各ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入するかを判定するには、図３に示すように各ブレードのピッチ角の目標値を計算すればよいが、図５のように回転数の低下を考慮する場合には、停止動作を行う際の風速や回転数ごとに、ピッチ角とアジマス角の関係を図５の曲線のように制御データベース３６に保存しておいてもよい。また、フェザー操作の開始を遅らせることにより回転数が変化し、制御データベース３６に保存したピッチ角－アジマス角曲線からズレを生じる場合には、制御量計算部３７でフェザー操作の開始を遅らせた場合の回転数の変化を計算し、ピッチ角-アジマス角曲線を補正して、反復計算によってフェザー操作を開始するアジマス角を決定してもよい。

また、上述の実施例では、停止動作を開始する際の各ブレードのピッチ角が全て０度（ファイン）であるが、停止動作を開始する際のブレードのピッチ角が０度であるとは限らない。停止動作を開始する際のブレードのピッチ角の位置によっては第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないで、第２ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入する場合もあり得る。したがって、停止動作を開始する際のブレードのピッチ角の位置、アジマス角の位置及び停止動作におけるピッチレートとタワー通過禁止ピッチ角範囲との関係を予め確認しておき、ピッチ角の位置に応じて停止動作を開始するアジマス角の位置を変更するようにするのが望ましい。これらのデータは制御データベース３６に保存される。

本実施例によれば、低剛性ブレードを採用しても、風力発電装置の停止動作におけるブレードとタワーの衝突を抑制することができる。また、風力発電装置を停止する際に、ピッチレートを小さくする必要がないので、停止までの所要時間の増加を抑えることができる。

実施例２では、図２の制御量計算部３７における、停止動作時のピッチ角の目標値について、実施例１で示した方法とは異なる計算方法を説明する。すなわち、実施例１ではフェザー動作を開始するアジマス角を変更することにより、ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにしているが、本実施例ではフェザー動作におけるピッチレートをアジマス角に応じて変更することによりブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにするものである。

本実施例では、図３のように第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入する場合に、図６に示すように、ブレードがタワー（タワー通過禁止ピッチ角範囲のアジマス角範囲）を通過するまで、タワー通過禁止ピッチ角範囲以下に固定する。すなわち、図６に示す例では、通常の停止動作と同様にように所定のピッチレートでフェザー動作を一旦開始させ、第１ブレードのピッチ角がタワー通過禁止ピッチ角範囲のピッチ角となる前にピッチ角を固定し（ピッチレート：ゼロ）、ブレードがタワーを通過したら再び所定のピッチレートでフェザー動作を行う。この例では、ピッチレートがゼロと所定のピッチレートとを組み合わせてフェザー動作を行っている。

また、ピッチ角を固定する代わりに、図７に示すように、フェザー動作を通常の停止動作と同様にように一旦開始させ、ブレードがタワーに近づくアジマス角の位置になったらピッチ角をファイン側に戻す操作を行うようにして、ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにしても良い。この例ではピッチレートが負のピッチレート（ファイン側へのピッチ角の変更）と所定のピッチレートとを組み合わせてフェザー動作を行っている。

フェザー動作におけるピッチレートを変更することによりブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにする例としては図８Ａ，図８Ｂに示すようにピッチレートを変化させて、ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにする制御も可能である。
図８Ａでは、停止動作を開始した際に、第１ブレードについてはピッチレートを下げて第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにフェザー動作を行っている。そして、第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲を回避した後に、通常のピッチレート（第２，第３ブレードと同じピッチレート）でフェザー動作を行っている。また、図８Ｂでは、停止動作を開始した際に、第１ブレードについてはピッチレートを上げて第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにフェザー動作を行っている。そして、第１ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲を回避した後に、通常のピッチレート（第２，第３ブレードと同じピッチレート）でフェザー動作を行っている。なお、停止動作の際のピッチレートは速やかに風力発電装置を停止状態にするために、通常、ピッチ角制御機構が許容する最大のピッチレートに設定されているので、図８Ａに示す方法が望ましい。すなわち、図８Ｂに示す方法では、停止動作のピッチレートを低く抑える必要がり、風力発電装置が停止状態になるまでの時間が長くなるからである。また、図８Ａ及び図８Ｂに示す例においては、タワー通過禁止ピッチ角範囲を回避した後、通常のピッチレートに戻しているが、この限りではない。

図６、図７、図８Ａ及び図８Ｂに示す方法では、ある時刻における各ブレードのピッチ角が大きく異なるため、各ブレードの荷重にアンバランスが生じ、ハブ３に作用する力やモーメントが通常の停止動作よりも大きくなる可能性がある。この課題に対応するため、フェザー動作における各ブレードのピッチ角が大きく異なる時間を少なくしてできる限り各ブレードのピッチ角が同じように変化するようにピッチレートを変更する。例えば、図９に示すように、図６に示す方法と同様にタワー通過前に第１ブレードのピッチ角を固定する。そして、第１ブレードがタワー通過後はピッチレートを上げて、同時刻における全ブレードのピッチ角を可能な限り揃える。

また、全てのブレードのピッチ角を揃える代わりに、第１ブレードのタワー通過禁止ピッチ角範囲の回避動作によるアンバランスを打ち消すように他のブレードのピッチ角を決定してもよい。ウィンドシアやタワーシャドウの影響がない条件で、全ての荷重のアンバランスを回避するには、全てのブレードのピッチ角を揃える必要があるが、例えばタワー５のねじりモーメントを低減するというように特定の荷重のみを低減する場合には、全てのブレードのピッチ角が一致する必要はない。また、実際にはウィンドシアやタワーシャドウの影響があるため、各ブレードのピッチ角を独立に設定した方が、アンバランスの低減には有効である。

本実施例では、ピッチ角制御機構２１が、各ブレード２のピッチ角を独立に制御できる場合（独立ピッチ制御）について説明したが、ピッチレートを変更してブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにする場合、独立ピッチ制御は必須ではない。すなわち、例えば、図１０に示すように、全てのブレードについて、通常の停止動作と同様に所定のピッチレートでフェザー動作を一旦開始させ、第１ブレードのピッチ角がタワー通過禁止ピッチ角範囲のピッチ角となる前に全てのブレードのピッチ角を固定し、第１ブレードがタワーを通過したら全てのブレードについてピッチレートを上げて第３ブレードのピッチ角がタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようなピッチレートでフェザー動作を行い、その後、再び全てのブレードについて通常のピッチレートでフェザー動作を行う。このような制御を行う場合、独立ピッチ制御を用いずに全てのブレードのピッチ角を揃えながら、ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにして風力発電装置を停止することもできる。

図６～図１０に示す実施例２におけるピッチ角の目標値の設定でも、実施例１と同様に、回転数の低下を考慮する場合には、停止動作を行う際の風速や回転数ごとに、ピッチ角とアジマス角の関係を制御データベース３６に保存しておいてもよい。また、各ブレードのピッチレートの変化により回転数が変化し、制御データベース３６に保存したピッチ角－アジマス角曲線からズレを生じる場合には、制御量計算部３７でピッチレートを変化させた場合の回転数の変化を計算し、ピッチ角－アジマス角曲線を補正して、反復計算によってピッチレートの時間変化を決定してもよい。

また、図６～１０に示す実施例２では、ピッチレートを不連続に変化させ、ピッチ角－アジマス角関係が複数の線分からなるような目標値を設定したが、ピッチレートは連続的に変化させてもよく、その場合のピッチ角－アジマス角関係は滑らかな曲線になる。

また、図６～１０に示す実施例２では、停止動作を開始する際の各ブレードのピッチ角が全て０度（ファイン）であるが、停止動作を開始する際のブレードのピッチ角が０度であるとは限らない。実施例２においても実施例１と同様に、停止動作を開始する際のブレードのピッチ角の位置、アジマス角の位置及び停止動作におけるピッチレートとタワー通過禁止ピッチ角範囲との関係を予め確認しておき、ピッチ角の位置に応じてピッチレートの変更を行うようにするのが望ましい。これらのデータは制御データベース３６に保存される。

本実施例によれば、低剛性ブレードを採用しても、風力発電装置の停止動作におけるブレードとタワーの衝突を抑制することができる。また、風力発電装置を停止する際に、ピッチレートを小さくする必要がないので、停止までの所要時間の増加を抑えることができる。

上述の実施例１においてはブレードのフェザー動作を開始するアジマス角を変更することにより、ブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにしている。そして、上述の実施例２ではフェザー動作におけるピッチレートを変更することによりブレードがタワー通過禁止ピッチ角範囲に侵入しないようにしている。これらの制御は単独でも組み合わせても良い。また、上述の実施例では、フェザー動作を開始するアジマス角及び／またはアジマス角に応じてピッチレートを変化させてフェザー動作を制御しているが、フェザー動作を開始するアジマス角及び／またはアジマス角に応じたピッチレートを併せてフェザー制御量と呼称する。

また、上述の実施例では、ダウンウィンド型の風力発電装置における停止動作について説明しているが、アップウィンド型の風力発電装置においても停止動作の際にブレードがタワー側にたわむ場合には本発明を適用して停止動作の際にブレードがタワーに衝突することを抑制することができる。例えば、アップウィンド型の風力発電装置において、ブレードのピッチ角をマイナス９０度側に変角させてブレードの前縁が風下に位置するフェザー状態にさせて風力発電装置を停止する場合には、ブレードに作用する流体力がタワー側に作用する場合があり得る。したがって、風力発電装置の停止動作におけるタワー側に向かってブレードに作用する流体力が大きくなるピッチ角を予め確認しておき、ブレードがタワーを通過する際にそのピッチ角を避けるようにフェザー制御量を決めることにより、ブレードがタワーを通過するときにタワーに衝突することを回避することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
また、引用形式の請求項における他の請求項の引用は、引用形式の請求項の記載を分かり易くするために単項引用としているが、本発明は、引用形式の請求項において、複数の請求項を引用する形態（多項引用項）、及び、複数の多項引用項を引用する形態を含む。

１・・・風力発電装置、２・・・ブレード、３・・・ハブ、４・・・ナセル、５・・・タワー、６・・・主軸、７・・・増速機、８・・・発電機、９・・・メインフレーム、１０・・・ロータ、１１・・・電力変換器、１２・・・制御装置、２１・・・ピッチ角制御機構、２２・・・風向風速計、３１・・・ナセル方位角計測部、３２・・・風向風速計測部、３３・・・停止スイッチ、３４・・・停止命令発信部、３５・・・アジマス角計測部、３６・・・制御データベース、３７・・・制御量計算部。

Claims (11)

1. 少なくとも１枚のブレードを備えたロータと、前記ロータを支持するナセルと、前記ナセルを支持するタワーと、前記ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御機構と、前記ピッチ角制御機構へピッチ角の目標値を出力する制御装置を備え、
   前記制御装置は、風力発電装置を停止する際に、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角の範囲において前記タワー側に大きくたわまないように前記ブレードのフェザー動作における前記ピッチ角の目標値を決定することを特徴とする風力発電装置。
2. 請求項１に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記ブレードのアジマス角を計測するアジマス角計測部と、前記風力発電装置が所定の条件を満たした場合に停止命令を発信する停止命令発信部と、前記停止命令発信部から前記停止命令が発信された際に、前記アジマス角計測部が計測したアジマス角に基づいて前記フェザー動作におけるフェザー制御量を決定する制御量計算部とを備えることを特徴とする風力発電装置。
3. 請求項２に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角範囲において、予め定められたピッチ角の範囲を避けるように前記フェザー制御量を決定することを特徴とする風力発電装置。
4. 請求項３に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記停止命令が発信されて、前記ブレードのフェザー動作を開始する際のアジマス角に基づいて前記ブレードのフェザー動作を開始するアジマス角を決定することを特徴とする風力発電装置。
5. 請求項３に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角前後において、フェザー動作におけるピッチレートを変更することを特徴とする風力発電装置。
6. 請求項５に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角前において、前記ピッチレートを低下させ、前記ブレードが前記タワーを通過したアジマス角後において、前記ピッチレートを上昇させることを特徴とする風力発電装置。
7. 請求項３に記載の風力発電装置において、
   前記制御装置は、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角範囲において、ピッチ角を一定値に固定することを特徴とする風力発電装置。
8. 請求項３に記載の風力発電装置において、前記ロータが前記タワーに対して風下側になるダウンウィンド型であることを特徴とする風力発電装置。
9. 請求項３に記載の風力発電装置において、
   前記ロータは前記ブレードを複数備え、前記ピッチ角制御機構は、前記複数のブレードのピッチ角を個別に制御できる独立ピッチ制御機能を備えることを特徴とする風力発電装置。
10. 少なくとも１枚のブレードを備えたロータと、前記ロータを支持するナセルと、前記ナセルを支持するタワーと、前記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の停止方法であって、
    前記風力発電装置を停止する際に、前記ブレードが前記タワーを通過するアジマス角前後において前記ピッチ角制御機構によるフェザー動作のピッチレートを変更することを特徴とする風力発電装置の停止方法。
11. 複数のブレードを備えたロータと、前記ロータを支持するナセルと、前記ナセルを支持するタワーと、前記複数のブレードのピッチ角を個別に制御するピッチ角制御機構を備えた風力発電装置の停止方法であって、
    前記風力発電装置を停止する際に、前記複数のブレードの内、少なくとも１枚のブレードのフェザー動作を開始するタイミングと他のブレードのフェザー動作を開始するタイミングとを異ならせることを特徴とする風力発電装置の停止方法。

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