JP7455722B2 - Wind power generator and its control method - Google Patents

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Description

本発明は風力発電装置とその制御方法に係り、様々な風力発電装置の設置場所に対応可能かつ、風力発電装置の信頼性及び寿命を向上させることが可能な風力発電装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to a wind power generation device and a control method thereof, and more particularly, to a wind power generation device and a control method thereof that can be adapted to various installation locations of the wind power generation device and that can improve the reliability and life of the wind power generation device.

水平軸型の風力発電装置では、風車ロータを搭載するナセルを垂直軸まわりに旋回させるヨー旋回機構が備わっている。風力発電装置は、風車ロータの回転軸の方位角(以下、ナセル方位角と称する)と風向との偏差角を表す風向偏差(以下、ヨー偏差角と称する)が生じた場合、ロータの受風面積の減少により発電効率が低下するのを防ぐため、ヨー旋回機構を制御してヨー偏差角をなくすように動作することが知られている。これらヨー制御の方法として例えば、特許文献1に記載される技術が知られている。 A horizontal axis type wind power generator is equipped with a yaw rotation mechanism that rotates the nacelle on which the wind turbine rotor is mounted around a vertical axis. In a wind power generation device, when a wind direction deviation (hereinafter referred to as yaw deviation angle), which represents the deviation angle between the azimuth of the rotation axis of the wind turbine rotor (hereinafter referred to as the nacelle azimuth angle) and the wind direction, occurs, the rotor receives wind. In order to prevent power generation efficiency from decreasing due to a decrease in area, it is known that a yaw rotation mechanism is controlled to eliminate the yaw deviation angle. For example, a technique described in Patent Document 1 is known as a method for controlling yaw.

特開2020―020264号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-020264

ある地点における風向や風速を表す風況は、様々な周期を持つ変動成分を有する。また、時間帯によってもその周期的な変動成分の特徴が異なる。風況には、これらの変動成分がランダムに含まれるため、一般的なヨー制御方法は、例えばある所定期間のヨー偏差角が所定の閾値を超えた場合にナセル旋回を開始し、ヨー偏差角がゼロになる、もしくはヨー偏差角が所定の閾値を下回った場合にナセル旋回を停止させることにより、ヨー偏差角が常にゼロに近くなるようヨーを制御する。 Wind conditions representing wind direction and wind speed at a certain point have fluctuating components with various periods. Furthermore, the characteristics of the periodic fluctuation component differ depending on the time period. Wind conditions include these fluctuating components randomly, so a typical yaw control method, for example, starts nacelle rotation when the yaw deviation angle for a certain period of time exceeds a predetermined threshold, and adjusts the yaw deviation angle. By stopping the nacelle rotation when the yaw deviation angle becomes zero or the yaw deviation angle is less than a predetermined threshold value, the yaw is controlled so that the yaw deviation angle is always close to zero.

ヨー制御によりヨー偏差角を常にゼロに維持できた時、最も発電量が多くなる。しかし、ナセルの旋回速度よりも風向の変動速度の方が速い場合、ナセル方位角を風向に追従できない。また、頻繁に風向が変化する場合、それに伴いナセル旋回機構が駆動する回数が大幅に増加し、ナセル旋回の支持機構やナセル駆動力となるモータ等の機械的損耗が増加し、風力発電装置の信頼性の低下や寿命の低下につながるリスクが増加するという課題がある。 When the yaw deviation angle can always be maintained at zero through yaw control, the amount of power generated is highest. However, if the wind direction fluctuation speed is faster than the nacelle rotation speed, the nacelle azimuth cannot follow the wind direction. In addition, when the wind direction changes frequently, the number of times the nacelle rotation mechanism is driven increases significantly, which increases mechanical wear and tear on the nacelle rotation support mechanism and the motor that provides the nacelle driving force. There is a problem in that there is an increased risk of lower reliability and shorter service life.

例えば、特許文献1では、風力発電装置の制御方法であって、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ナセルをヨー旋回可能に支持するタワーと、ヨー制御指令に基づいて前記ナセルのヨーを調整する調整装置と、前記調整装置に送る前記ヨー制御指令を定める制御装置とを備える風力発電装置であって、前記制御装置は、風向風速測定部により測定された値と前記ロータの方向からヨー偏差角を算出するヨー偏差角計算部と、前記風向風速測定部により測定された値から風の乱れ度を算出する風の乱れ度計算部と、前記ヨー偏差角と前記風の乱れ度に基づき前記ヨー制御指令を定める制御指令作成部を備え、前記制御装置は、風の乱れ度が高い場合、ヨー旋回を早く停止することを特徴とすると記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for controlling a wind power generator, which includes a rotor that rotates in response to wind, a nacelle that rotatably supports the rotor, a tower that supports the nacelle so that it can rotate in yaw, and A wind power generation device comprising: an adjustment device that adjusts the yaw of the nacelle based on a control command; and a control device that determines the yaw control command to be sent to the adjustment device, a yaw deviation angle calculation unit that calculates a yaw deviation angle from the value measured by the wind direction and the direction of the rotor; a wind turbulence degree calculation unit that calculates a wind turbulence degree from the value measured by the wind direction and wind speed measurement unit; It is described that the control device includes a control command generation unit that determines the yaw control command based on the deviation angle and the degree of turbulence of the wind, and the control device is characterized in that the yaw rotation is stopped early when the degree of wind turbulence is high. There is.

上記特許文献1の風力発電装置の制御方法では、風向変動が激しい場合でもヨー旋回のし過ぎを抑制し、ヨー旋回時の風向に対するナセル方位角の追従性を向上させることが可能であるが、ナセル旋回回数を低減させることができない。 In the method for controlling a wind power generation device disclosed in Patent Document 1, it is possible to suppress excessive yaw rotation even when wind direction fluctuations are severe, and to improve the ability of the nacelle azimuth to follow the wind direction during yaw rotation. It is not possible to reduce the number of times the nacelle turns.

そこで、本発明は、算出した風の乱れ度に応じて、ナセル旋回の開始閾値を調整することにより、ナセルの駆動回数増加を抑制し、機械的消耗の必要以上の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供する。 Accordingly, the present invention has developed a wind power generation system that can suppress an increase in the number of times the nacelle is driven and suppress an unnecessary increase in mechanical wear and tear by adjusting the threshold for starting nacelle rotation according to the calculated degree of wind turbulence. Provides a device and its control method.

上記課題を解決するため、本発明に係る風力発電装置は、「風を受けて揚力を発生させるブレードと、ブレードを支持し、回転するハブと、ハブの回転のエネルギーを電力に変換する発電機と、ハブを回転可能に支持し発電機を格納するナセルと、ナセルを回転可能に支持するタワーと、ヨー制御指令に基づいてナセルのヨーを調整する調整装置と、調整装置に送るヨー制御指令を定める制御装置とを備える風力発電装置であって、制御装置は、風の乱れ度に応じて、ナセル旋回開始閾値を調整する機能を持つことを特徴とする風力発電装置」としたものである。 In order to solve the above problems, the wind power generation device according to the present invention includes a blade that generates lift by receiving the wind, a hub that supports the blade and rotates, and a generator that converts the energy of rotation of the hub into electric power. a nacelle that rotatably supports the hub and houses the generator; a tower that rotatably supports the nacelle; an adjustment device that adjusts the yaw of the nacelle based on a yaw control command; and a yaw control command sent to the adjustment device. 1. A wind power generation device comprising a control device that determines a wind power generation device, wherein the control device has a function of adjusting a nacelle rotation start threshold according to the degree of wind turbulence.” .

また本発明に係る風力発電方法は、「風を受けて揚力を発生させるブレードと、ブレードを支持し、回転するハブと、ハブの回転のエネルギーを電力に変換する発電機と、ハブを回転可能に支持し発電機を格納するナセルと、ナセルを回転可能に支持するタワーと、ヨー制御指令に基づいてナセルのヨーを調整する調整装置と、調整装置に送るヨー制御指令を定める制御装置とを備える風力発電装置における風力発電方法であって、制御装置は、風の乱れ度に応じて、ナセル旋回開始閾値を調整する機能を持つことを特徴とする風力発電方法」としたものである。 In addition, the wind power generation method according to the present invention includes a blade that generates lift by receiving the wind, a hub that supports the blade and rotates, a generator that converts the energy of rotation of the hub into electric power, and a generator that can rotate the hub. a nacelle that is supported by the nacelle and stores the generator, a tower that rotatably supports the nacelle, an adjustment device that adjusts the yaw of the nacelle based on a yaw control command, and a control device that determines the yaw control command that is sent to the adjustment device. A wind power generation method in a wind power generation apparatus equipped with the present invention, wherein the control device has a function of adjusting a nacelle rotation start threshold according to the degree of wind turbulence.''

本発明によれば、算出した風の乱れ度に応じて、ナセル旋回の開始閾値を調整することにより、ナセルの旋回回数増加を抑制し、機械的消耗の必要以上の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, by adjusting the nacelle rotation start threshold according to the calculated degree of wind turbulence, it is possible to suppress an increase in the number of rotations of the nacelle and to suppress an unnecessary increase in mechanical wear and tear. It becomes possible to provide a device and its control method.

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 Issues, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the description of the embodiments below.

本発明の実施例1に係る風力発電装置の全体概略構成例を示す側面図。1 is a side view showing an overall schematic configuration example of a wind power generation device according to Example 1 of the present invention. 図1に示す風力発電装置の上面図(平面図)。FIG. 2 is a top view (plan view) of the wind power generation device shown in FIG. 1. 実施例1に係るヨー制御部の機能を示すブロック線図。FIG. 3 is a block diagram showing the functions of a yaw control section according to the first embodiment. 実施例1に係る風の乱れ度とナセル旋回開始角度の関係を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the degree of wind turbulence and the nacelle rotation start angle according to Example 1. 図3に示すヨー制御部の処理概要を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an overview of processing of the yaw control section shown in FIG. 3. 図4に示すフローチャートにおけるナセル方位角の模式図。FIG. 5 is a schematic diagram of the nacelle azimuth angle in the flowchart shown in FIG. 4. 実施例2に係るヨー制御部の機能を示すブロック線図。FIG. 3 is a block diagram showing the functions of a yaw control section according to a second embodiment. 実施例3に係るヨー制御部の機能を示すブロック線図。FIG. 3 is a block diagram showing the functions of a yaw control section according to a third embodiment. 実施例3に係る風の乱れ度とナセル旋回開始角度の関係を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the degree of wind turbulence and the nacelle rotation start angle according to Example 3; 実施例4に係るヨー制御部の機能を示すブロック線図。FIG. 7 is a block diagram showing the functions of a yaw control section according to a fourth embodiment.

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお本明細書での説明にあたり、本発明の実施形態に係る風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。また、3枚のブレードとハブにてロータを構成する例を示すが、これに限られず、ロータはハブと少なくとも1枚のブレードにて構成しても良い。本発明の実施形態に係る風力発電装置を複数隣接して設置するウィンドファームは、洋上、山岳部及び平野部の何れの場所にも設けることができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the description in this specification, a downwind type wind power generation apparatus will be described as an example of a wind power generation apparatus according to an embodiment of the present invention, but the present invention can be similarly applied to an upwind type wind power generation apparatus. Further, although an example is shown in which the rotor is composed of three blades and a hub, the rotor is not limited to this, and the rotor may be composed of a hub and at least one blade. A wind farm in which a plurality of wind power generators according to embodiments of the present invention are installed adjacently can be installed in any location: offshore, in the mountains, or in the plains.

また、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Furthermore, the embodiments described below do not limit the claimed invention, and all of the elements and combinations thereof described in the embodiments are essential to the solution of the invention. is not limited. Note that in each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations of overlapping parts will be omitted.

図1から図4を用いて実施例1に係る風力発電装置とその制御方法を説明する。図1は、実施例1の風力発電装置の構成例を示す全体概略構成図である。図1に示すように、風力発電装置2は、風を受けて回転するブレード23、ブレード23を支持するハブ22、ナセル21、及びナセル21を回動可能に支持するタワー20を主たる構成要素として備えている。 A wind power generation device and a control method thereof according to a first embodiment will be explained using FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing a configuration example of a wind power generator according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the wind power generation device 2 mainly includes blades 23 that rotate in response to wind, a hub 22 that supports the blades 23, a nacelle 21, and a tower 20 that rotatably supports the nacelle 21. We are prepared.

このうちナセル21内には、ハブ22に接続されハブ22と共に回転する主軸25、主軸25に接続され回転速度を増速する増速機27、及び増速機27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28を備えている。 Among these, inside the nacelle 21, there is a main shaft 25 connected to the hub 22 and rotating together with the hub 22, a speed increaser 27 connected to the main shaft 25 and increasing the rotation speed, and a rotation speed increased by the speed increaser 27. It is equipped with a generator 28 that rotates a rotor to generate electricity.

また、ブレード23の設置向きはピッチ角と称され、風力発電装置2は、このピッチ角、すなわち、ブレード23の向きを制御するピッチ角制御装置34を備える。ブレード23の回転エネルギーを発電機28に伝達する部位は、動力伝達部と呼ばれ、本実施例では、主軸25、及び増速機27が動力伝達部に含まれる。そして、増速機27及び発電機28は、メインフレーム29上に保持されており、発電機28はその動きを制御する発電機制御装置35を有する。 Further, the installation direction of the blades 23 is called a pitch angle, and the wind power generator 2 includes a pitch angle control device 34 that controls this pitch angle, that is, the direction of the blades 23. A portion that transmits the rotational energy of the blades 23 to the generator 28 is called a power transmission section, and in this embodiment, the main shaft 25 and the speed increaser 27 are included in the power transmission section. The speed increaser 27 and the generator 28 are held on a main frame 29, and the generator 28 has a generator control device 35 that controls its movement.

また、ブレード23及びハブ22によりロータ24が構成される。図1に示すように、タワー20内部に、電力の周波数を変換する電力変換器30、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(図示せず)、及び制御装置31が配されている。図1において、電力変換器30及制御装置31はタワーの底部に設置されているが、これら機器の設置場所はタワー底部に限定されず、風力発電装置2の内部であれば、他の場所に設置される場合も考えられる。 Further, the blades 23 and the hub 22 constitute a rotor 24 . As shown in FIG. 1, inside the tower 20, a power converter 30 that converts the frequency of power, a switching switch and transformer that switches on and off the current (not shown), and a control device 31 are arranged. ing. In FIG. 1, the power converter 30 and the control device 31 are installed at the bottom of the tower, but the installation location of these devices is not limited to the bottom of the tower. It is also possible that it may be installed.

また、ナセル21の上面に、風向データ及び風速データを計測するための風向風速計32が設置されている。制御装置31として、例えば、制御盤又はSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)が用いられる。 Further, a wind direction and speed meter 32 for measuring wind direction data and wind speed data is installed on the upper surface of the nacelle 21. As the control device 31, for example, a control panel or SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) is used.

また、ナセル21の向きはヨー角と称され、風力発電装置2は、このナセル21の向き、すなわち、ロータ24の回転面の向きを制御するヨー角制御装置33を備える。図1に示すように、ヨー角制御装置33は、ナセル21の底面とタワー20の先端部との間に配され、例えば、図示しない、少なくともアクチュエータ及び当該アクチュエータを駆動するモータより構成される。制御装置31より信号線を介して出力されるヨー角制御指令に基づき、ヨー角制御装置33を構成するモータが回転しアクチュエータが所望量変位することで、所望のヨー角となるようナセル21が回動する。 Further, the direction of the nacelle 21 is called a yaw angle, and the wind power generator 2 includes a yaw angle control device 33 that controls the direction of the nacelle 21, that is, the direction of the rotating surface of the rotor 24. As shown in FIG. 1, the yaw angle control device 33 is disposed between the bottom surface of the nacelle 21 and the tip of the tower 20, and includes, for example, at least an actuator and a motor that drives the actuator (not shown). Based on a yaw angle control command output from the control device 31 via a signal line, the motor constituting the yaw angle control device 33 rotates and the actuator is displaced by a desired amount, so that the nacelle 21 is adjusted to the desired yaw angle. Rotate.

図2は、図1の上面図(平面図)である。所定の基準方向となす風向をθw、所定の基準方向となすロータ回転軸の方向をθr、風向θwからロータ軸角度θrまでの偏差角であるヨー偏差角をΔθと定義し、これらの関係を図示している。ここで、「所定の基準方向」とは、例えば、北を0°として基準方向とする。なお、北に限らず基準となる方向を任意に設定しても良い。なお、風向θwは、計測周期ごとに取得された値であってもよいし、所定期間の平均方向であってもよいし、所定周波数領域のみを通過させるフィルタを介した方向であってもよいし、周辺の風況分布に基づき算出された方向であってもよい。また、ロータ軸角度θrは、ロータ回転軸の向く方向であってもよいし、ナセルの方向であってもよいし、ヨー旋回部のエンコーダにより計測された値等であってもよい。 FIG. 2 is a top view (plan view) of FIG. The wind direction relative to a predetermined reference direction is defined as θw, the direction of the rotor rotation axis relative to the predetermined reference direction is defined as θr, and the yaw deviation angle, which is the deviation angle from the wind direction θw to the rotor axis angle θr, is defined as Δθ. Illustrated. Here, the "predetermined reference direction" is, for example, a reference direction with north set at 0°. Note that the reference direction is not limited to north and may be set arbitrarily. Note that the wind direction θw may be a value acquired every measurement cycle, may be an average direction over a predetermined period, or may be a direction passed through a filter that passes only a predetermined frequency range. However, the direction may be calculated based on the surrounding wind condition distribution. Further, the rotor axis angle θr may be the direction in which the rotor rotation axis faces, the direction of the nacelle, or a value measured by an encoder of the yaw turning section.

図3は、図1に示すヨー制御装置33を構成するヨー制御部におけるナセル旋回開始時の機能を示すブロック線図である。図3に示すように、ヨー制御部300は、ヨー偏差角Δθを求めるヨー偏差角計算部301と、ナセル旋回の開始閾値θsを算出するナセル旋回開始閾値演算部310と、ヨー偏差角Δθと別途設定されている予測制御指令値θyに基づいてヨー旋回の開始/駆動/停止を制御するヨー制御指令Cyを定める制御指令作成部305により構成されている。ナセル旋回開始閾値演算部310は、データ蓄積部302、風の乱れ度計算部303、閾値演算部304により構成されている。 FIG. 3 is a block diagram showing the functions of the yaw control unit that constitutes the yaw control device 33 shown in FIG. 1 when the nacelle starts turning. As shown in FIG. 3, the yaw control unit 300 includes a yaw deviation angle calculation unit 301 that calculates the yaw deviation angle Δθ, a nacelle rotation start threshold calculation unit 310 that calculates the nacelle rotation start threshold θs, and a yaw deviation angle calculation unit 310 that calculates the yaw deviation angle Δθ. It is comprised of a control command creation unit 305 that determines a yaw control command Cy for controlling the start/drive/stop of yaw rotation based on a separately set predictive control command value θy. The nacelle rotation start threshold calculation section 310 includes a data storage section 302 , a wind turbulence degree calculation section 303 , and a threshold calculation section 304 .

このうちヨー偏差角計算部301は、ロータ軸角度θrと風向θwに基づき、ヨー偏差角Δθを決定する。このヨー偏差角Δθは図2に示すように、風向θwとロータ軸角度θrの差分であり、ロータ軸が風向からどれくらいずれているかを示す。ここで、風向θwはナセル5に設置された風向風速センサ10から検出した値に限定せず、地面や他の場所に設置された値を利用するものであってもよい。また、ヨー偏差角計算部301は、ローパスフィルタに代表される、ヨー偏差角Δθの所定周波数領域のみを通過させるフィルタ(ローパスフィルタ)や、移動平均に代表される、直前の所定期間の値の平均値を利用する統計値を用いたものであってもよい。あるいはフーリエ変換をおこなうものであってもよい。 Of these, the yaw deviation angle calculation unit 301 determines the yaw deviation angle Δθ based on the rotor axis angle θr and the wind direction θw. As shown in FIG. 2, this yaw deviation angle Δθ is the difference between the wind direction θw and the rotor axis angle θr, and indicates how far the rotor axis deviates from the wind direction. Here, the wind direction θw is not limited to the value detected from the wind direction/wind speed sensor 10 installed in the nacelle 5, but may use a value installed on the ground or other location. The yaw deviation angle calculation unit 301 also uses a filter (low-pass filter) that passes only a predetermined frequency range of the yaw deviation angle Δθ, such as a low-pass filter, or a filter (low-pass filter) that passes only a predetermined frequency range of the yaw deviation angle Δθ, or a filter (low-pass filter) that passes only a predetermined frequency range of the yaw deviation angle Δθ; A statistical value using an average value may be used. Alternatively, it may be one that performs Fourier transformation.

ナセル旋回開始閾値演算部310を構成するデータ蓄積部302は、風向風速計32から検出した風速測定値Vw(以下、単に風速Vwという)のデータを蓄積している。 The data storage unit 302, which constitutes the nacelle rotation start threshold calculation unit 310, stores data on the wind speed measurement value Vw (hereinafter simply referred to as wind speed Vw) detected by the anemometer 32.

また、風の乱れ度計算部302は、データ蓄積部302に蓄積された風速Vwに基づき、所定の期間の風況データの変動を表す風の乱れ度Itを出力する。本実施例では、風速Vwを風の乱れ度Itの算出に用いる。風の乱れ度Itを計算する手法の一例として、ここでは統計分析手法を用いて、以下の式(1)に示すように乱流強度で設定される。
[数1]
It=σv/Vwave ・・・(1)
ここで、σvは所定期間における風速Vwの標準偏差、Vwaveは所定期間における風速Vwの平均値である。なお、所定期間をどのように設定すべきかは、各風力発電装置が設置された場所の環境事情、ヨー制御部300の計算能力、ヨー偏差角計算部301で用いるフィルタの設定値、ヨー旋回の駆動速度、ヨー駆動量等に応じて適宜設定されればよいが、ある程度頻度の高い風向変動に対応するよう、大まかには1秒乃至1時間の範囲とするのが好ましい。もしくは、所定期間は10秒乃至10分の範囲とするのがさらに好ましい。
Further, the wind turbulence degree calculation unit 302 outputs a wind turbulence degree It representing a change in wind condition data for a predetermined period based on the wind speed Vw accumulated in the data storage unit 302. In this embodiment, the wind speed Vw is used to calculate the degree of wind turbulence It. As an example of a method for calculating the degree of wind turbulence It, a statistical analysis method is used here to set the degree of turbulence It as shown in the following equation (1).
[Number 1]
It=σv/Vwave...(1)
Here, σv is the standard deviation of the wind speed Vw in a predetermined period, and Vwave is the average value of the wind speed Vw in the predetermined period. Note that how the predetermined period should be set depends on the environmental circumstances of the location where each wind power generation device is installed, the calculation ability of the yaw control section 300, the setting value of the filter used in the yaw deviation angle calculation section 301, and the yaw rotation. Although it may be set as appropriate depending on the drive speed, yaw drive amount, etc., it is preferable to roughly set it in the range of 1 second to 1 hour so as to correspond to somewhat frequent wind direction fluctuations. Alternatively, it is more preferable that the predetermined period is in the range of 10 seconds to 10 minutes.

図3に示すナセル旋回開始閾値演算部310を構成する閾値演算部304は、風の乱れ度Itに基づきナセル旋回開始を判定する閾値θsを決定する。具体的には、閾値演算部303においては、風の乱れ度Itに応じて、ナセル旋回開始閾値θsの大きさが変更されるように調整される。例えば図4に例示するように、風の乱れ度Itが小さい場合はナセル旋回開始閾値θsを低くし、風の乱れ度Itが大きい場合はナセル旋回開始閾値θsを高くするとともに、風の乱れ度Itが基準値It0よりも小さい場合は、ナセル旋回開始閾値θsを一定に保持するような特性Lの関係とする。 A threshold calculation unit 304 configuring the nacelle rotation start threshold calculation unit 310 shown in FIG. 3 determines a threshold value θs for determining the start of nacelle rotation based on the degree of wind turbulence It. Specifically, the threshold calculation unit 303 adjusts the magnitude of the nacelle rotation start threshold θs in accordance with the degree of wind turbulence It. For example, as illustrated in FIG. 4, when the degree of wind turbulence It is small, the nacelle rotation start threshold θs is lowered, and when the degree of wind turbulence It is large, the nacelle rotation start threshold θs is increased, and the degree of wind turbulence When It is smaller than the reference value It0, the relationship of characteristic L is such that the nacelle rotation start threshold value θs is held constant.

図5は、図3に示すヨー制御部300におけるナセル旋回開始時の処理概要を示すフローチャートである。なお、このフローにおいて、処理ステップS401からS403は図3のヨー偏差角計算部301内の処理に相当し、処理ステップS405は図3のデータ蓄積部302の処理に相当し、処理ステップS406は図3の乱れ度計算部303の処理に相当し、処理ステップS407は図3の閾値演算部304の処理に相当し、処理ステップS409は図3の制御指令作成部305の処理に相当している。 FIG. 5 is a flowchart illustrating an overview of the processing performed by the yaw control unit 300 shown in FIG. 3 at the time of starting nacelle rotation. In this flow, processing steps S401 to S403 correspond to the processing in the yaw deviation angle calculation unit 301 in FIG. 3, processing step S405 corresponds to the processing in the data storage unit 302 in FIG. Processing step S407 corresponds to the processing of the threshold calculation unit 304 in FIG. 3, and processing step S409 corresponds to the processing of the control command creation unit 305 in FIG. 3.

図5に示すように、処理ステップS401では、ヨー偏差角計算部301がロータ軸角度θrを決定し、次の処理ステップS402に進む。処理ステップS402では、ヨー偏差角計算部301が風向θwを決定し、次の処理ステップS403に進む。処理ステップS403では、ヨー偏差角計算部301がロータ軸角度θrと風向θwに基づいてヨー偏差角Δθを決定し、次の処理ステップS409に進む。このように、処理ステップS401から処理ステップS403までの処理をヨー偏差角計算部301が実行する。 As shown in FIG. 5, in processing step S401, the yaw deviation angle calculation unit 301 determines the rotor axis angle θr, and the process proceeds to the next processing step S402. In processing step S402, the yaw deviation angle calculation unit 301 determines the wind direction θw, and proceeds to the next processing step S403. In processing step S403, the yaw deviation angle calculation unit 301 determines the yaw deviation angle Δθ based on the rotor axis angle θr and the wind direction θw, and proceeds to the next processing step S409. In this way, the yaw deviation angle calculation unit 301 executes the processing from processing step S401 to processing step S403.

処理ステップS401から処理ステップS403までの処理と平行して、処理ステップS405では、ナセル旋回開始閾値演算部310を構成するデータ蓄積部302から、風の乱れ度計算部303で使用する風速測定値Vwを抽出する。処理ステップS406では、風の乱れ度計算部303が風速Vwに代表される風速測定値Vwに基づいて風の乱れ度Itを決定し、次の処理ステップS407に進む。処理ステップS405では、ナセル旋回開始閾値演算部310を構成する閾値演算部304がナセル旋回開始閾値θsを決定し、次の処理ステップS409に進む。このように処理ステップS405から処理ステップS407までの処理をナセル旋回開始閾値演算部310が実行する。 In parallel with the processing from processing step S401 to processing step S403, in processing step S405, the wind speed measurement value Vw used in the wind turbulence degree calculation section 303 is obtained from the data storage section 302 configuring the nacelle rotation start threshold calculation section 310. Extract. In processing step S406, the wind turbulence degree calculation unit 303 determines the wind turbulence degree It based on the wind speed measurement value Vw represented by the wind speed Vw, and proceeds to the next processing step S407. In processing step S405, the threshold calculation section 304 that constitutes the nacelle rotation start threshold calculation section 310 determines the nacelle rotation start threshold value θs, and the process proceeds to the next processing step S409. In this way, the nacelle rotation start threshold calculation unit 310 executes the processing from processing step S405 to processing step S407.

処理ステップS409では、制御指令作成部304がヨー偏差角Δθとナセル旋回開始閾値θsに基づいてヨー制御指令Cyを決定した後、一連の処理を終了する。 In processing step S409, the control command generation unit 304 determines the yaw control command Cy based on the yaw deviation angle Δθ and the nacelle rotation start threshold value θs, and then ends the series of processing.

ここで、ナセル旋回開始閾値θsの算出方法について具体的に説明する。図6は、ナセル旋回開始閾値演算部310によるナセル方位角の変化を模式的に表したものである。縦軸が風向及びナセル方位角を表しており、時間帯T1において風の乱れ度が大きく、時間帯T2において風の乱れ度が小さかったものとする。 Here, a method for calculating the nacelle rotation start threshold value θs will be specifically explained. FIG. 6 schematically shows changes in the nacelle azimuth angle by the nacelle rotation start threshold calculation unit 310. The vertical axis represents the wind direction and the nacelle azimuth, and it is assumed that the degree of wind turbulence is large in the time period T1, and the degree of wind turbulence is small in the time period T2.

図6中の実線L101が模擬的に示した風向、破線L102がナセル旋回開始閾値演算部310を用いずに、常にナセル旋回開始閾値θsを小さな値で固定した場合のナセル方位角、鎖線L103がナセル旋回開始閾値演算部310を用いずに、常にナセル旋回開始閾値θsを大きな値で固定した場合のナセル方位角、点線L104がナセル旋回開始閾値演算部310を用いてナセル旋回開始閾値θsを調整した場合のナセル方位角を模擬している。 The solid line L101 in FIG. 6 is the wind direction that is simulated, the broken line L102 is the nacelle azimuth when the nacelle rotation start threshold θs is always fixed at a small value without using the nacelle rotation start threshold calculation unit 310, and the dashed line L103 is The dotted line L104 indicates the nacelle azimuth when the nacelle rotation start threshold θs is always fixed at a large value without using the nacelle rotation start threshold calculation unit 310. The nacelle rotation start threshold θs is adjusted using the nacelle rotation start threshold calculation unit 310. This simulates the nacelle azimuth when

この図は、模擬的に示した風向L101が図示のように、風の乱れ度が大きい時間帯T1において短周期での増減をするように変動し、風の乱れ度が小さい時間帯T2において増加傾向を示した場合に、ナセル旋回開始閾値θsを各様に設定した場合にどのような追従変化をするのかを示したものである。 This figure shows that the simulated wind direction L101 fluctuates in a short cycle during time period T1 when the degree of wind turbulence is high, and increases during time period T2 when the degree of wind turbulence is low. It shows what kind of follow-up change occurs when the nacelle rotation start threshold value θs is set in various ways when a trend is shown.

この例ではまず、ナセル旋回開始閾値θsが小さい場合、破線L102に示すようにナセルは風の乱れ度(T1、T2の期間)に依らず、風向変化に追従してナセル旋回を繰り返し、ヨー偏差角Δθは小さくなるものの、ナセル旋回機構は開始/駆動/停止を繰り返し、特に風の乱れ度が大きい場合には風向変化も頻発するため、ナセルの旋回回数は大きく増加する。 In this example, first, when the nacelle rotation start threshold θs is small, the nacelle repeats the nacelle rotation following the change in wind direction, regardless of the degree of wind turbulence (periods T1 and T2), as shown by the broken line L102, and the yaw deviation Although the angle Δθ becomes smaller, the nacelle rotation mechanism repeats starting/driving/stopping, and especially when the degree of wind turbulence is large, the wind direction changes frequently, so the number of rotations of the nacelle increases significantly.

一方、ナセル旋回開始閾値θsが大きい場合、鎖線L103に示すようにナセルは風の乱れ度(T1、T2の期間)に依らず、風向変化にあまり追従しないため、ヨー偏差角Δθが大きくなり、発電量が低下してしまうリスクがある。 On the other hand, when the nacelle rotation start threshold θs is large, as shown by the chain line L103, the nacelle does not follow the change in wind direction very much regardless of the degree of wind turbulence (periods T1 and T2), so the yaw deviation angle Δθ becomes large. There is a risk that the amount of power generation will decrease.

これらに対し、ナセル旋回開始閾値θsを風の乱れ度に応じて調整することにより、点線L104に示すように風の乱れ度が大きい場合(T1の期間)はナセル旋回開始閾値θsを大きくすることで、頻発する風向変動に対し、ナセル方位を追従させないことで、ナセル旋回回数の増加を抑制する。一方で、風の乱れ度が小さい場合(T2の期間)は、ナセル旋回開始閾値θsを小さくすることで、風向変化に対するナセル方位の追従性を向上させ、発電量の低下を抑制する。 In contrast, by adjusting the nacelle rotation start threshold θs according to the degree of wind turbulence, the nacelle rotation start threshold θs can be increased when the degree of wind turbulence is large (period T1), as shown by dotted line L104. By not making the nacelle direction follow frequent changes in wind direction, an increase in the number of nacelle turns is suppressed. On the other hand, when the degree of wind turbulence is small (period T2), by reducing the nacelle rotation start threshold value θs, the followability of the nacelle orientation to changes in wind direction is improved, and a decrease in the amount of power generation is suppressed.

以上のように、本実施例によれば、風の乱れ度に応じてヨー制御をし、風向変動が大きいサイトにおいても、ナセル旋回回数の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 As described above, the present embodiment provides a wind power generation device and its control method that performs yaw control according to the degree of wind turbulence and can suppress an increase in the number of nacelle rotations even at a site with large fluctuations in wind direction. It becomes possible to do so.

具体的には、風速センサで検出した風速Vwを用いて風の乱れ度Itを計算し、図4の特性に示すように風の乱れ度Itが高い場合は、ナセル旋回開始閾値θsを高くすることでヨー旋回回数の増加を抑制しする。また、風の乱れ度Itが低い場合は、ナセル旋回開始閾値θsを小さく、もしくは維持することで風向θwにナセル方位を追従させるこのように風況に応じてナセル旋回開始委閾値θsを可変することで、ナセル旋回回数の増加を抑制することで、機械的消耗の増加を抑制することができる。 Specifically, the degree of wind turbulence It is calculated using the wind speed Vw detected by the wind speed sensor, and if the degree of wind turbulence It is high as shown in the characteristics of FIG. 4, the nacelle rotation start threshold θs is increased. This suppresses the increase in the number of yaw turns. In addition, when the degree of wind turbulence It is low, the nacelle rotation start threshold θs is made small or maintained to make the nacelle orientation follow the wind direction θw. In this way, the nacelle rotation start threshold θs is varied according to the wind conditions. By suppressing an increase in the number of rotations of the nacelle, it is possible to suppress an increase in mechanical wear and tear.

なお(1)式により風の乱れ度Itを求めた場合、風の乱れ度Itが高いということは風の乱れが多いということを表し、風の乱れ度Itが低いということは風の乱れが少ないということを表していることは言うまでもない。 Note that when determining the wind turbulence degree It using equation (1), a high wind turbulence degree It means that there is a lot of wind turbulence, and a low wind turbulence degree It means that there is a lot of wind turbulence. Needless to say, this means that there are few.

次に、本発明の実施例2に係る風力発電装置2について説明する。 Next, a wind power generation device 2 according to a second embodiment of the present invention will be described.

実施例2の風力発電装置2は、上述の実施例1のヨー制御部300内の閾値演算部310における処理が実施例1と異なる。図7は実施例2におけるヨー制御部300におけるナセル旋回開始時の機能を示すブロック線図である。 The wind power generation device 2 of the second embodiment differs from the first embodiment in the processing in the threshold calculation unit 310 in the yaw control unit 300 of the first embodiment described above. FIG. 7 is a block diagram showing the functions of the yaw control unit 300 in the second embodiment when the nacelle starts turning.

図7に示すように、ヨー制御部300は、ヨー偏差角Δθを求めるヨー偏差角計算部301と、ナセル旋回の開始閾値θsを算出するナセル旋回開始閾値演算部310と、ヨー偏差角Δθと予測制御指令値θyに基づいてヨー旋回の開始/駆動/停止を制御するヨー制御指令Cyを定める制御指令作成部304により構成されている。ナセル旋回開始閾値演算部310は、データ蓄積部302、風の乱れ度計算部303、閾値演算部304に加えて、閾値記録部306により構成されている。 As shown in FIG. 7, the yaw control unit 300 includes a yaw deviation angle calculation unit 301 that calculates the yaw deviation angle Δθ, a nacelle rotation start threshold calculation unit 310 that calculates the nacelle rotation start threshold θs, and a yaw deviation angle calculation unit 310 that calculates the yaw deviation angle Δθ. It is comprised of a control command generation unit 304 that determines a yaw control command Cy for controlling the start/drive/stop of yaw rotation based on the predicted control command value θy. The nacelle rotation start threshold calculation section 310 includes a data storage section 302, a wind turbulence degree calculation section 303, a threshold calculation section 304, and a threshold recording section 306.

このうちヨー偏差角計算部301は、ロータ軸角度θrと風向θwに基づき、ヨー偏差角Δθを決定する。ナセル旋回開始閾値演算部310を構成するデータ蓄積部302は、風向風速計32から検出した風速測定値Vwのデータを蓄積している。また、風の乱れ度計算部302は、データ蓄積部302に蓄積された風速Vwに基づき、所定の期間の風況データの変動を表す風の乱れ度Itを出力する。 Of these, the yaw deviation angle calculation unit 301 determines the yaw deviation angle Δθ based on the rotor axis angle θr and the wind direction θw. The data storage unit 302 that constitutes the nacelle rotation start threshold calculation unit 310 stores data on the wind speed measurement value Vw detected from the wind direction and speed meter 32. Further, the wind turbulence degree calculation unit 302 outputs a wind turbulence degree It representing a change in wind condition data for a predetermined period based on the wind speed Vw accumulated in the data storage unit 302.

実施例2で追加設置された閾値記録部306には、風の乱れ度Itに応じたナセル旋回開始閾値が記録される。閾値演算部304は、風の乱れ度Itと閾値記録部306に記録された風の乱れ度とナセル旋回開始閾値に基づき、ナセル旋回開始を判定する閾値θsを決定する。このとき、閾値記録部306の記録データは、風力発電装置やその設置場所に応じて設定されるものであっても、複数の風力発電装置において共通のものを用いてもよい。また、閾値記録部306の記録データは風力発電装置の設置前に記録されたものを継続して利用することも可能だが、風力発電装置の運転状況に応じて変更してもよい。また、季節毎、時間帯、天候等に応じて変更してもよい。 In the threshold value recording unit 306 additionally installed in the second embodiment, a nacelle rotation start threshold value corresponding to the degree of wind turbulence It is recorded. The threshold calculation unit 304 determines a threshold value θs for determining the start of nacelle rotation based on the degree of wind turbulence It, the degree of wind turbulence recorded in the threshold recording unit 306, and the nacelle rotation start threshold. At this time, the recorded data of the threshold value recording unit 306 may be set depending on the wind power generation device and its installation location, or may be common to a plurality of wind power generation devices. Further, the recorded data of the threshold value recording unit 306 may continue to be used as that recorded before the installation of the wind power generation device, but may be changed depending on the operating status of the wind power generation device. Further, it may be changed depending on each season, time of day, weather, etc.

以上のように、実施例2によれば、季節、時間帯、天候等の状況に応じて、条件を変更しながらヨー制御をし、常にナセル旋回回数の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, a wind power generation device and its wind power generation device are capable of controlling the yaw while changing conditions depending on the season, time of day, weather, etc., and can constantly suppress an increase in the number of nacelle rotations. It becomes possible to provide a control method.

次に、本発明の実施例3に係る風力発電装置2について説明する。 Next, a wind power generation device 2 according to a third embodiment of the present invention will be described.

本実施例の風力発電装置2は、上述の実施例1、実施例2のヨー制御部300における閾値演算部310における処理が実施例1、実施例2と異なる。 The wind power generator 2 of this embodiment differs from the first and second embodiments in the processing in the threshold calculation section 310 of the yaw control section 300 of the first and second embodiments described above.

図8は本実施例におけるヨー制御部300におけるナセル旋回開始時の機能を示すブロック線図である。図8の予測ヨー制御指令値算出部310では、上述の実施例1、実施例2と同様に、風速Vwを入力するが、乱れ度計算部303で計算される風の乱れ度Itの他に、平均風速計算部307において平均風速Vwaveを計算する。そして閾値演算部304では、風の乱れ度Itと平均風速Vwaveに基づいて、ナセル旋回開始を判定する閾値θsを決定する。つまりナセル旋回開始閾値θsは、風の乱れ度Itと平均風速Vwaveの2つの変数に応じて決定されている。 FIG. 8 is a block diagram showing the functions of the yaw control unit 300 in this embodiment when the nacelle starts turning. In the predicted yaw control command value calculation unit 310 in FIG. , the average wind speed Vwave is calculated in the average wind speed calculation unit 307. Then, the threshold calculation unit 304 determines a threshold value θs for determining the start of nacelle rotation based on the degree of wind turbulence It and the average wind speed Vwave. That is, the nacelle rotation start threshold value θs is determined according to two variables: the degree of wind turbulence It and the average wind speed Vwave.

図9は、風の乱れ度Itと平均風速Vwaveの2つの変数に応じて決定されるナセル旋回開始閾値θsの関係を図4と同じ座標上に記述したものである。実施例3では、図4の関係にある特性Lについて、平均風速Vwaveが高いときには特性L1のように下げて運用し、平均風速Vwaveが低いときには特性L2のように上げて運用したものである。 FIG. 9 shows the relationship between the nacelle rotation start threshold value θs determined according to two variables, the degree of wind turbulence It and the average wind speed Vwave, on the same coordinates as FIG. 4. In Example 3, when the average wind speed Vwave is high, the characteristic L having the relationship shown in FIG. 4 is lowered as in the characteristic L1, and when the average wind speed Vwave is low, it is operated as the characteristic L2.

ここで実施例3では、平均風速Vwaveが高い場合、風の乱れ度Itが高いときは実施例1と比較してナセル旋回停止閾値θsを低くしている。この理由は、平均風速Vwaveが高い場合、風の乱れ度Itが高い場合であっても風向変化が小さくなることにある。このことから、風の乱れ度Itが高い場合においても、平均風速Vwaveが高い場合は、ナセル旋回開始閾値θsを実施例1と比較して低くすることにより、ナセル旋回回数の増加を回避しつつ、ヨー偏差角を小さくことが可能となる。 Here, in the third embodiment, when the average wind speed Vwave is high and the degree of wind turbulence It is high, the nacelle rotation stop threshold θs is set lower than in the first embodiment. The reason for this is that when the average wind speed Vwave is high, the change in wind direction becomes small even when the degree of wind turbulence It is high. From this, even when the degree of wind turbulence It is high, when the average wind speed Vwave is high, by lowering the nacelle rotation start threshold value θs compared to Example 1, an increase in the number of nacelle rotations can be avoided while , it becomes possible to reduce the yaw deviation angle.

同様に実施例3では、平均風速Vwaveが低い場合、風の乱れ度Itが低い場合においても実施例1と比較してナセル旋回開始閾値θsを高くしている。この理由は、平均風速Vwaveが低い場合、風向変化が大きくなる傾向にあり、風の乱れ度Itが低い場合においても、ナセル旋回回数が増加するリスクが高くなることがあることにある。本実施例では、実施例1比較してナセル旋回開始閾値θsを高くすることにより、ナセル旋回回数増加のリスクを抑制する。 Similarly, in the third embodiment, the nacelle rotation start threshold θs is set higher than in the first embodiment even when the average wind speed Vwave is low and the degree of wind turbulence It is low. The reason for this is that when the average wind speed Vwave is low, changes in wind direction tend to increase, and even when the degree of wind turbulence It is low, there may be a high risk that the number of nacelle turns will increase. In this embodiment, the risk of an increase in the number of nacelle rotations is suppressed by increasing the nacelle rotation start threshold value θs compared to Example 1.

なお、平均風速Vwaveは、ローパスフィルタに代表される、風速Vwの所定周波数領域のみを通過させるフィルタ(ローパスフィルタ)や、移動平均に代表される、直前の所定期間の値の平均値を利用する統計値を用いて算出しても、フーリエ変換をおこなって算出してもよい。あるいは、予測ヨー制御指令値算出部310に入力する前に、平均風速Vwaveを算出してもよい。 Note that the average wind speed Vwave is determined by using a filter (low-pass filter) that passes only a predetermined frequency range of the wind speed Vw, such as a low-pass filter, or the average value of the values in the immediately preceding predetermined period, such as a moving average. It may be calculated using statistical values or by performing Fourier transformation. Alternatively, the average wind speed Vwave may be calculated before inputting it to the predicted yaw control command value calculation unit 310.

以上のように、本実施例3によれば、様々な特性をもつ風力発電装置設置場所において、常にナセル旋回回数の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and its control method that can always suppress an increase in the number of nacelle rotations in wind power generation device installation locations having various characteristics. .

次に、本発明の実施例4に係る風力発電装置2について説明する。 Next, a wind power generation device 2 according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

本実施例の風力発電装置2は、上述の実施例のヨー制御部300と同じ構成を有しているが、予測ヨー制御指令値算出部310における処理が実施例1と異なる。図10に本実施例におけるブロック線図を示す。本実施例におけるナセル旋回開始閾値演算部310では、実施例1における乱れ度計算部303のかわりにデータ分析部308を有する。 The wind power generator 2 of this embodiment has the same configuration as the yaw control section 300 of the above-described embodiment, but the processing in the predicted yaw control command value calculation section 310 is different from that of the first embodiment. FIG. 10 shows a block diagram in this embodiment. The nacelle rotation start threshold calculation section 310 in this embodiment includes a data analysis section 308 instead of the turbulence degree calculation section 303 in the first embodiment.

図10のデータ分析部308は、風速Vwの計測データに基づいてその特徴データを出力する。特徴データを計算する手法として、ここでは蓄積データの周波数分析手法を用いる。 The data analysis unit 308 in FIG. 10 outputs characteristic data based on the measured data of the wind speed Vw. As a method for calculating feature data, a frequency analysis method of accumulated data is used here.

なお特徴データが、風の乱れ度Itに相当するものであることは言うまでもない。要は、風の乱れ度を前述の(1)式により、所定期間における風速Vwの標準偏差Vwave/所定期間における風速Vwの平均値として求めたものが実施例1であって、実施例4では風速Vwの計測データに基づいてデータ分析部308における蓄積データの周波数分析手法を用いて求めたものであり、これを特徴データと称しているが、この特徴データは(1)式に示す風の乱れ度Itと同じ性向を反映した信号成分を、データ分析により求めたものである。 It goes without saying that the characteristic data corresponds to the degree of wind turbulence It. In short, in Example 1, the degree of wind turbulence was calculated as the standard deviation Vwave of wind speed Vw in a predetermined period/average value of wind speed Vw in a predetermined period using the above-mentioned formula (1), and in Example 4, This data is calculated using the frequency analysis method of the accumulated data in the data analysis unit 308 based on the measured data of the wind speed Vw, and is referred to as characteristic data. A signal component reflecting the same propensity as the degree of disturbance It was determined by data analysis.

周波数領域をどのように設定すべきかは、各風力発電装置が設置された場所の環境事情、ヨー制御部300の計算能力、ヨー偏差角計算部301で用いるフィルタの設定値、ヨー旋回の駆動速度、ヨー駆動量等に応じて適宜設定されればよい。 How the frequency range should be set depends on the environmental circumstances of the location where each wind power generator is installed, the calculation ability of the yaw control section 300, the setting value of the filter used in the yaw deviation angle calculation section 301, and the driving speed of the yaw rotation. , may be appropriately set according to the yaw drive amount and the like.

風速の計測データを周波数分析した後、得られた所定の期間における特定範囲内の周波数成分の平均値もしくは合計値を計算し、風況の特徴量Fpを求める。 After frequency-analyzing the wind speed measurement data, the average value or total value of the frequency components within a specific range during the obtained predetermined period is calculated to determine the wind condition feature amount Fp.

閾値演算部304は、風況の特徴量Fpに基づきナセル旋回開始を判定する閾値θsを決定する。具体的には、閾値演算部303においては、風況の特徴量Fpに応じて、ナセル旋回開始閾値θsの大きさが変更されるように調整される。例えば、風況の特徴量Fpが小さい場合はナセル旋回開始閾値θsを低くし、風況の特徴量Fpが大きい場合はナセル旋回開始閾値θsを高くする。 The threshold calculation unit 304 determines a threshold value θs for determining the start of nacelle rotation based on the wind condition feature amount Fp. Specifically, the threshold calculation unit 303 adjusts the magnitude of the nacelle rotation start threshold θs in accordance with the wind condition feature amount Fp. For example, when the wind condition feature amount Fp is small, the nacelle rotation start threshold θs is set low, and when the wind condition feature amount Fp is large, the nacelle rotation start threshold θs is set high.

上記により、ヨー制御に直接影響する特徴力を重点的に抽出して使用することが可能となり、より最適なナセル旋回開始閾値θsを算出することが可能となる。 As a result of the above, it becomes possible to intensively extract and use characteristic forces that directly affect yaw control, and it becomes possible to calculate a more optimal nacelle rotation start threshold value θs.

以上のように、本実施例によれば、より効率的にナセル旋回回数の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a wind power generator and a control method thereof that can more efficiently suppress an increase in the number of times the nacelle turns.

次に、本発明の実施例5に係る風力発電装置2について説明する。 Next, a wind power generation device 2 according to Example 5 of the present invention will be described.

本実施例の風力発電装置2は、上述の実施例1のヨー制御部300と同じ構成を有しているが、ヨー旋回開始閾値算出部310における処理が実施例1と異なる。 The wind power generator 2 of this embodiment has the same configuration as the yaw control unit 300 of the first embodiment described above, but the processing in the yaw rotation start threshold calculation unit 310 differs from that of the first embodiment.

本実施例のヨー旋回開始閾値算出部310では、上述の実施例1と異なり、風速測定値Vwに代えて、風力発電装置2において運転中に記録されている発電出力P、ブレードピッチ角γ、発電機トルクTg、またはロータ回転速度ωrに代表される、風速変化に応じて変動する風力発電装置2のパラメータのいずれか一つ以上を入力値とする。 In the yaw rotation start threshold calculation unit 310 of this embodiment, unlike the first embodiment described above, instead of the wind speed measurement value Vw, the power generation output P, the blade pitch angle γ, which is recorded during operation in the wind power generator 2, The input value is one or more of the parameters of the wind power generator 2 that vary according to changes in wind speed, such as the generator torque Tg or the rotor rotational speed ωr.

次にこれらパラメータの所定期間における変動量等を計算し、得られた変動量を風の乱れ度Itとして閾値演算部304においてナセル旋回開始閾値θsを算出する。 Next, the amount of variation of these parameters over a predetermined period is calculated, and the obtained amount of variation is used as the degree of wind turbulence It to calculate the nacelle rotation start threshold value θs in the threshold calculation unit 304.

以上のように、本実施例によれば、風向風速計の故障時においても、常にナセル旋回回数の増加を抑制し得る風力発電装置とその制御方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and a control method thereof that can always suppress an increase in the number of nacelle rotations even when the anemometer is out of order.

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施例は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、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、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. The embodiments described above are exemplified to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, the control lines and information lines shown in the figures are those considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary on the product. In reality, almost all configurations may be considered to be interconnected.

上述の実施例に対して可能な変形として、例えば以下のようなものが挙げられる。例えば、ヨー制御部300における予測ヨー制御指令値算出部310は、ヨー角制御装置33に代えて、外部の装置に備えてもよい。本発明で計算したヨー制御のナセル旋回開始閾値θsは、同じサイトにおける他の風力発電装置2や、風況の近しい他サイトの風力発電装置2に適用してもよい。ヨー制御部300における風の乱れ度計算部303は、風速Vwをはじめとする風速測定値Xwを逐次入力せず、過去に蓄積された風況測定データのみで計算する構成としてもよい。上述の各実施例においては、風向風速計10はナセル21上に設置されているが、この場所に代えて、ナセル21内や風力発電装置2の周辺に設置してもよい。上述の各実施例において、ナセル旋回開始閾値θsは段階的に値を設定したり、直線や曲線のように連続的に値を設定したりしてもよい。 Possible modifications to the embodiments described above include, for example, the following. For example, the predicted yaw control command value calculation unit 310 in the yaw control unit 300 may be provided in an external device instead of the yaw angle control device 33. The nacelle rotation start threshold value θs for yaw control calculated in the present invention may be applied to other wind power generators 2 at the same site or to wind power generators 2 at other sites with similar wind conditions. The wind turbulence calculation unit 303 in the yaw control unit 300 may be configured to calculate only using previously accumulated wind condition measurement data without sequentially inputting the wind speed measurement values Xw including the wind speed Vw. In each of the embodiments described above, the anemometer 10 is installed on the nacelle 21, but it may be installed inside the nacelle 21 or around the wind power generator 2 instead of this location. In each of the embodiments described above, the nacelle rotation start threshold value θs may be set in steps, or may be set continuously in a straight line or a curved line.

2:風力発電装置
20:タワー
21:ナセル
22:ハブ
23:ブレード
24:ロータ
25:主軸
27:増速機
28:発電機
29:メインフレーム
30:電力変換器
31:制御装置
32:風向風速計
33:ヨー角制御装置
34:ピッチ角制御装置
35:発電機制御装置
300:ヨー制御装置
301:ヨー偏差角計算部
302:データ蓄積部
303:乱れ度計算部
304:閾値演算部
305:制御指令値作成部
306:閾値記録部
307:平均風速計算部
308:データ分析部
310:ナセル旋回閾値演算部
2: Wind power generator 20: Tower 21: Nacelle 22: Hub 23: Blade 24: Rotor 25: Main shaft 27: Speed increaser 28: Generator 29: Main frame 30: Power converter 31: Control device 32: Wind direction and speed meter 33: Yaw angle control device 34: Pitch angle control device 35: Generator control device 300: Yaw control device 301: Yaw deviation angle calculation section 302: Data storage section 303: Disturbance degree calculation section 304: Threshold calculation section 305: Control command Value creation unit 306: Threshold recording unit 307: Average wind speed calculation unit 308: Data analysis unit 310: Nacelle rotation threshold calculation unit

Claims (12)

風を受けて揚力を発生させるブレードと、前記ブレードを支持し、回転するハブと、前記ハブの回転のエネルギーを電力に変換する発電機と、前記ハブを回転可能に支持し前記発電機を格納するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、ヨー制御指令に基づいて前記ナセルのヨーを調整する調整装置と、前記調整装置に送る前記ヨー制御指令を定める制御装置とを備える風力発電装置であって、
前記制御装置は、風の乱れ度に応じて、ナセル旋回開始閾値を調整する機能を持ち、
前記風の乱れが大きい場合に、ナセル旋回開始閾値を高くし、前記風の乱れが小さい場合に、ナセル旋回開始閾値を低くするとともに、
前記風の乱れが大きい場合に高めに設定したナセル旋回開始閾値を、平均風速が高いときには下げて設定し、前記風の乱れが小さい場合に低めに設定したナセル旋回開始閾値を平均風速が低いときには上げて設定することを特徴とする風力発電装置。
A blade that generates lift by receiving wind, a hub that supports the blade and rotates, a generator that converts the rotational energy of the hub into electric power, and a generator that rotatably supports the hub and houses the generator. a tower that rotatably supports the nacelle; an adjustment device that adjusts the yaw of the nacelle based on a yaw control command; and a control device that determines the yaw control command that is sent to the adjustment device. A device,
The control device has a function of adjusting a nacelle rotation start threshold according to the degree of wind turbulence,
When the wind turbulence is large, the nacelle rotation start threshold is raised, and when the wind turbulence is small, the nacelle rotation start threshold is lowered,
When the wind turbulence is large, the nacelle rotation start threshold is set high, and when the average wind speed is high, the nacelle rotation start threshold is set lower, and when the wind turbulence is small, the nacelle rotation start threshold is set low, when the average wind speed is low. A wind power generation device characterized by being raised and set .
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記風の乱れ度は、所定期間における風速の標準偏差と所定期間における風速の平均値から求めたものであることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generation device according to claim 1,
A wind power generation device characterized in that the degree of wind turbulence is determined from a standard deviation of wind speeds over a predetermined period and an average value of wind speeds over a predetermined period.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記風の乱れ度は、風速の計測データの蓄積データの周波数分析により求めたものであることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generation device according to claim 1,
A wind power generation device characterized in that the degree of wind turbulence is determined by frequency analysis of accumulated data of wind speed measurement data.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記風の乱れ度は、風速の変化に応じて変動する風力発電装置のパラメータのいずれか一つ以上から求めたものであることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generation device according to claim 1,
A wind power generation device, wherein the degree of wind turbulence is determined from any one or more of parameters of the wind power generation device that vary according to changes in wind speed.
請求項4に記載の風力発電装置であって、
前記風速の変化に応じて変動する風力発電装置のパラメータは、風力発電装置において運転中に記録されている発電出力、ブレードピッチ角、発電機トルク、またはロータ回転速度のいずれかであることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generation device according to claim 4,
The parameters of the wind power generation device that vary according to changes in wind speed are any of the power generation output, blade pitch angle, generator torque, or rotor rotation speed recorded during operation of the wind power generation device. wind power generation equipment.
請求項3に記載の風力発電装置であって、
前記風の乱れ度は、風速の計測データを周波数分析した後、得られた所定の期間における特定範囲内の周波数成分の平均値もしくは合計値を用いることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generation device according to claim 3,
The wind power generation device is characterized in that the degree of wind turbulence uses an average value or a total value of frequency components within a specific range in a predetermined period obtained after frequency analysis of wind speed measurement data.
風を受けて揚力を発生させるブレードと、前記ブレードを支持し、回転するハブと、前記ハブの回転のエネルギーを電力に変換する発電機と、前記ハブを回転可能に支持し前記発電機を格納するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、ヨー制御指令に基づいて前記ナセルのヨーを調整する調整装置と、前記調整装置に送る前記ヨー制御指令を定める制御装置とを備える風力発電装置における風力発電方法であって、
前記制御装置は、風の乱れ度に応じて、ナセル旋回開始閾値を調整する機能を持ち、
前記風の乱れが大きい場合に、ナセル旋回開始閾値を高くし、前記風の乱れが小さい場合に、ナセル旋回開始閾値を低くするとともに、
前記風の乱れが大きい場合に高めに設定したナセル旋回開始閾値を、平均風速が高いときには下げて設定し、前記風の乱れが小さい場合に低めに設定したナセル旋回開始閾値を平均風速が低いときには上げて設定することを特徴とする風力発電方法。
A blade that generates lift by receiving wind, a hub that supports the blade and rotates, a generator that converts the energy of rotation of the hub into electric power, and a generator that rotatably supports the hub and houses the generator. a tower that rotatably supports the nacelle, an adjustment device that adjusts the yaw of the nacelle based on a yaw control command, and a control device that determines the yaw control command that is sent to the adjustment device. A wind power generation method in a device, the method comprising:
The control device has a function of adjusting a nacelle rotation start threshold according to the degree of wind turbulence,
When the wind turbulence is large, the nacelle rotation start threshold is raised, and when the wind turbulence is small, the nacelle rotation start threshold is lowered,
When the wind turbulence is large, the nacelle rotation start threshold is set high, and when the average wind speed is high, the nacelle rotation start threshold is set lower, and when the wind turbulence is small, the nacelle rotation start threshold is set low, when the average wind speed is low. A wind power generation method characterized by raising and setting the wind power.
請求項7に記載の風力発電方法であって、
前記風の乱れ度は、所定期間における風速の標準偏差と所定期間における風速の平均値から求めたものであることを特徴とする風力発電方法。
The wind power generation method according to claim 7 ,
A wind power generation method characterized in that the degree of wind turbulence is determined from a standard deviation of wind speeds in a predetermined period and an average value of wind speeds in a predetermined period.
請求項7に記載の風力発電方法であって、
前記風の乱れ度は、風速の計測データの蓄積データの周波数分析により求めたものであることを特徴とする風力発電方法。
The wind power generation method according to claim 7 ,
A wind power generation method characterized in that the degree of wind turbulence is determined by frequency analysis of accumulated data of wind speed measurement data.
請求項7に記載の風力発電方法であって、
前記風の乱れ度は、風速の変化に応じて変動する風力発電装置のパラメータのいずれか一つ以上から求めたものであることを特徴とする風力発電方法。
The wind power generation method according to claim 7 ,
A wind power generation method characterized in that the degree of wind turbulence is determined from any one or more of parameters of the wind power generation device that vary according to changes in wind speed.
請求項10に記載の風力発電方法であって、
前記風速の変化に応じて変動する風力発電装置のパラメータは、風力発電装置において運転中に記録されている発電出力、ブレードピッチ角、発電機トルク、またはロータ回転速度のいずれかであることを特徴とする風力発電方法。
The wind power generation method according to claim 10 ,
The parameters of the wind power generation device that vary according to changes in wind speed are any of the power generation output, blade pitch angle, generator torque, or rotor rotation speed recorded during operation of the wind power generation device. Wind power generation method.
請求項9に記載の風力発電方法であって、
前記風の乱れ度は、風速の計測データを周波数分析した後、得られた所定の期間における特定範囲内の周波数成分の平均値もしくは合計値を用いることを特徴とする風力発電方法。
The wind power generation method according to claim 9 ,
The wind power generation method is characterized in that the degree of wind turbulence is determined by frequency-analyzing wind speed measurement data and then using an average value or a total value of frequency components within a specific range over a predetermined period.
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