JPH0357305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は風車の制御に係り、特に風車の作動中
に風車のタービンブレードのピツチ角を制御する
ことに係る。

風車駆動式発電機の作り出す出力は、風の速度
と共に増し、風車が受ける風力も同様に増す。風
速が巣すことにより発電機は過度の定格出力レベ
ルに達し、これによりこの発電機は損害を受け
る。他の風車部品もまた風力が過大な場合には、
損害や過度の疲労を起こしやすい。これらの事
は、風車が電力発生に使用される場合のみではな
く、例えば水をくみあげるのに使用される場合に
も然りである。従つて、風車が受ける風力を制御
する何らかの方法が必要である。その１つの方法
はブレードピツチを制御することである。

例えば、風車が誘導発電機を作動させる場合に
は、風車の回転速度は少なくとも、発電機の回転
と出力配電網における電圧の位相の進みとの間に
スリツプを与える様充分大きなものでなくてはな
らない。風車の速度の増加と共に、発電出力も増
加するが、過大な速度になると発電機を過熱さ
せ、或は機械的に風車にひずみを起こし、損傷や
早期の摩滅を招く、反対に、風車の速度が小さ過
ぎる場合には、結果としてシステムとしての機能
を果たさない。従つて、タービンブレードのピツ
チを調整してタービンの速度を制御することが重
要となる。

タービンの速度を最適な手力発電レベルに正確
に維持することが望まれてはいるが頻繁にピツチ
を変化させる必要があり、結果としてピツチ制御
機構が過大に摩滅する。従つて、本発明の目的
は、過大な摩滅を起こすことなく風車の出力を正
確に制御することにある。

発明の概要 所望の風車の速度と測定された風車の速度との
間にエラーが検出された時でも、制御操作を実際
には必要としないことがしばしばあることが分つ
た。エラーは、しばしば瞬間的な突風によるもの
であり、従つて風車の速度は、風車自身により所
望のレベルにもどる。特に、エラーが小さい場合
は、そのエラーが長時間にわたて続かない限り制
御操作は必要でない。制御システムはこのような
条件までの制御を導入することは制御システムに
余計な損耗を招く。

しかし、風車の逸脱速度が、直ちに意図された
範囲にもどるか、或は容認できないぐらい続くの
かを知ることは不可能である。更に、風車の速度
の上方への大巾な逸脱は一瞬たりとも全く容認で
きないので、直ちに修正することが重要となる。
従つて、最適速度の信頼性ある制御、及び効率的
な制御は完全には両立しない。

本システムの１つの形態では２つのデツドバン
ド速度範囲が用いられている。速度センサが速度
信号を作り、この速度信号を受ける制御回路が、
風車の速度が比較的に広いデツドバンドの範囲外
にあるかどうかを決定する。もし風車の速度がこ
の範囲外であれば、制御回路はブレードピツチア
クチユエータ機構に命令し、ブレードピツチを適
切に調整する。もし速度センサに感知された現在
速度が、広いデツドバンドの範囲外にない場合に
は、制御回路は所定時間にわたる平均のタービン
速度が、より広いデツドバンド内のより狭いデツ
ドバンドの範囲外であるかどうかを決定する。も
し、平均タービン速度が上記範囲内であれば、再
び制御操作は行わない。もし上記範囲外であれば
制御回路はブレードピツチアクチユエータを作動
して適切なブレードピツチに修正する。速度以外
の制御出力が、感知される場合にも同様な原理が
適用される。

本発明の他の概念によれば、ピツチ角を充分効
果的に変化させ、出力変動を修正するに必要なア
クチユエータの駆動時間を制御回路が決定する。
この駆動時間は、タービン速度エラーの関数とし
て決定される。また本制御システムは、ピツチ角
センサを含むことができ、ピツチ角の関数として
も駆動時間を決定することができる。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図は発電用風車のタービン速度を制御する
ための制御システムを一般的な形で表わしたブロ
ツク図である。後に詳説するピツチ制御回路１０
は命令信号を発生し、これを風車タービン１４の
ブレードのピツチ角を調節するアクチユエータ１
２に送り込む。一般的には、或る風速が与えられ
るとピツチを増すとタービン１４の速度は下が
り、ブレードのピツチを減らせばタービン速度よ
り高くなる。ピツチ制御回路１０はタービンブレ
ードのピツチ角を変化させることにより、タービ
ンの速さ、従つてタービンによつて駆動される発
電機１６の速さを制御する。

アクチユエータ１２はAllan Chertok氏等によ
る出願日1981年７月13日の風力システムに関する
アメリカ合衆国特許出願番号大282965号に詳述さ
れている型のものでよく、ここにこれを参照す
る。

要約すると、Chertok氏出願のアクチユエータ
は作動ロツドとねじ的に結合する作動ナツトを回
転させるためのサーボモータを具備している。ロ
ツドはタービン・シヤフトの内部に、タービン・
シヤフトと共に回転はするが軸方向にはシヤフト
に沿つて滑るように取付けられている。この結
果、ナツトとタービン・シヤフトとの間に相対的
な回転が起れば、作動ロツドは軸方向に移動する
ことになる。作動ロツドは、これが軸方向に移動
すると、ピツチを変化せしめるようにブレードと
結合している。

普通は、タービンブレードのピツチを一定に保
つために、作動ナツトの回転はシヤフト及びロツ
ドと同じ速さとなるようにクラツチで維持されて
いる。しかし、ピツチ制御回路１０から指令が出
るとクラツチは外れ、サーボモータはタービンブ
レードのピツチを増すか減らすかするために、タ
ービンの回転に相対的ないずれか一方の向きにナ
ツトを回転する。図示した実施例において、サー
ボモータは運転状態について正又は逆の２つの命
令しか受けず、サーボモータの速さはピツチ角と
無関係であつて、更にその作動時間は初期のピツ
チ角とタービン速度とだけに依存し、サーボモー
タの作動中に起るこれら変数の変化によつては影
響を受けないものとしている。

ピツチ制御回路１０はマイクロプロセツサを基
盤として、速度感知器１８の手段にタービン１４
の回転速度を追跡するようにした回路が好まし
い。速度感知器はタービン・シヤフトの回転数に
比例した周波数のパルスを発生するタクメータを
具備する。これは又これらのパルスの数を数える
ためカウンタを具備する。所与の一定時間内に計
数されたパルス数は、従つてタービンの速度に比
例する。

制御システムは、又タービンブレードのピツチ
角の現在値を表わす信号を発生するピツチ角変換
器２０を具備する。ピツチ角感知器のある型のも
のはタービンプレードの作動ロツドによつて作動
するポテンシヨメータを備えている。ポテンシヨ
ンメータの出力は電圧制御発振器に加えられ、よ
つてその周波数がブレードの角の指標となる。特
に、所与の一定時間の間に発振器が発生する出力
パルスの数はピツチ角を表わすことになる。

本発明の広汎な概念に従えば、タービン速度の
制御はピツチ角感知器を用いずとも達成し得る；
タービン速度だけを感知して、その速度が高過ぎ
たり、又は低過ぎたりした場合に、ブレードのピ
ツチをそれぞれ増やしたり減らしたりすることが
可能である。しかし、後に説明するように、ピツ
チ角感知器から導かれる情報はタービン速度の効
率的な制御を達成する上で有用なものである。

ここで本発明の主眼は、風の速度が一定以上高
く、タービンをシステム設計上の最適回転速度で
駆動するのに十分なだけあることを前提にして、
これに相当する範囲のターン速度とピツチ角を適
用の対象とした制御方法にあることを断つてお
く。風速がそれ程高くない場合は、ブレードのピ
ツチの制御は以下に説明するものとは違つた方法
で実行され、特にアメリカ合衆国特許出願第
282965号に述べられている方法がとれられる。

本発明によると、ピツチ制御回路は、タービン
の現在速度と予め設定された最適速度枠である広
域速度不感帯（デツドバンド）とを比較すること
により、そして又予め設定された一定時間にわた
る平均速度と狭域不感帯とを比較することによつ
て、アクチユエータ１２に対して命令信号を送る
かどうかを決定する。結果として、制御システム
はタービンの平均速度を最大発電出力を与える一
方、早期疲労故障を回避するように設定された狭
い限界内に維持；制御システムは短期間の逸脱に
ついてはこの範囲を超えるものであつても、それ
が損傷を来たすおそれのある程大きなものである
とか、あるいは容認できない程の効率の降下を引
き起すものでない限りこれを無視する。換言すれ
ば、システムの実効帯域巾は小さな逸脱を扱つて
いるときには狭く、大きな逸脱が起るとより広く
なるといえる。従つて、この制御システムは二重
帯域巾／二重不感帯システムである。

図示の実施例に用いられている用語の現在速度
と平均速度との差異は完全には質的に区別できな
い。この２つの区別はタコメータ・パルスを累積
する時間の長さの違いであるので、どちらの速度
もある意味で平均速度である。（“現在速度”に対
する累積時間は100ミリ秒、平均速度に対するそ
れは3200ミリ秒であろう。）それにも拘らず、マ
イクロプロセツサでは“現在速度”はあたかも瞬
時速度のように用いられ、平均速度の方は本来の
平均値の意味である。

第２図は二重不感帯方式の説明図であり、ここ
で２つの不感帯はスリツプ速度軸の上にプロツト
してある。スリツプ速度とは、タービン速度と、
もしタービンが配電網電圧と同期状態で発電機が
駆動された時にタービンが回転するであろう速度
との差をいう、即ち、タービン速度と電力を発生
することもなければ配電網から電力を受けるとこ
ともないような発電機の速度との差である。第２
図において最適と示された速度はシステムが過度
の負荷を負うことなしに発電機が最大限の出力を
発生するような速度である。狭域不感帯２１ａは
ピツチ制御回路１０が維持しようとする平均ター
ビン速度の領域であり、一方、広域不感帯２１ｂ
は現在速度値のピツチ制御回路が許容する範囲で
ある。

２つの不感帯の上限と上限との間の速度は、こ
の状態が長期間続くとなればシステムに過剰な疲
労を引き起す速度であるが、起るのが短期間だけ
であればあまり問題とはならない。２つの不感帯
と下限と下限との間の速度は発電出力の低下が長
期間に許容するには著し過ぎるものの、平均速度
が狭域不感帯内に収まつているうちはブレードピ
ツチのアクチユエータの作動を必要とする程のこ
とはない。

広域不感帯の上限は、例え短時間の逸脱であつ
ても、システムに対する損傷の危険が無視できな
くなる速度領域の始まりの点である。従つて、こ
の領域に達した時はいつでもタービンの速度を即
座に調節することが重要である。

広域不感帯の下限は様々な要因を考慮して設定
される。典型的にはこれは、この限界に達した時
には必ず行なうことになるシステムを最適速度に
戻そうとする駆動が制御システムにはなはだしい
疲労を引き起すことのないように、めつたには到
達することのない値をとることなろう。つまり、
この値は典型的に発電効率と制御システム疲労と
の妥協点を表わすものである。

アクチユエータからの作動を求めることが決定
された後、アクチユエータはシステムの効率に一
層寄付するように仕向けられる。システムは出力
の変動を検出することにおいても、又、補正のた
めのピツチの変更が有効となることにおいても、
典型的に相当の遅れを含んでいる。これらの遅れ
はタービンの慣性のモーメント及び制御システム
内の遅れに起因する。従つて、ブレードのピツチ
を単に適切な速度が検知されるまで変化させ続け
るというのでは効率的でない。制御部の利得が高
い場合には、所望の速度に対するオーバーシユー
トを避けるのが困難となろう。反対に、非常に緩
慢な制御では効率を損なうのに加えて、破壊・損
傷につながるおそれのある突風に対して機敏に反
応するのを妨げることになる。

システムの遅れを保証するために変化率情報を
加えること、即ち、タービン速度のエラーとター
ビンの加速度の両者に基づいてサーボモータの駆
動を連続的に制御することには問題がある。風車
が受ける力の周期的な成分は加速度信号に対して
本質的に雑音となる。加えて、制御すべきシステ
ムが非線形であることからして、タービン速度と
加速度に関する効果的な制御関数は加めて複雑と
なる。

よつて、本発明のピツチ制御回路１０はタービ
ン速度のエラーとブレードのピツチの初期値とに
よる関数を予め定め、これによつて与えられる時
間長だけアクチユエータ１２を駆動するものであ
る。もつと詳細にいうならば、ピツチ制御回路１
０は、アクチユエータ１２のサーボモータにター
ビン・ピツチを調節する作動ナツトを回転させる
よう命令する必要があると判定したときに、その
時のピツチ角とタービンの現在速度又は平均速度
のいずれかとの関数によつてサーボモータに対す
る最適駆動時間を決定する。サーボモータの作動
時間はこのときにセツトされる；これはアクチユ
エータが作動している間に遅れて感知されるシス
テムの変数の値に依存しない。

この制御方式の利点は第３図から第５図までを
参照することによつて明確となる。

第３図はスリツプ速度とその一次導関数、即ち
タービン加速度を軸にとつた位相−平面プロツト
である。本発明に関するこれまでの記述では、又
これから先の記述でもスリツプ速度の点から説明
しているが、スリツプ速度は風車制御出力の１つ
の例に過ぎないことを認識すべきである。トル
ク、パワー、位相角、或は他の適当な量といつた
他の制御出力が代りに使い得る。プロツトの始め
の部分は、スリツプ速度及びピツチ角についての
所与の初期条件において、ブレードのピツチを変
更するためにサーボモータが駆動されたときの軌
跡を示している。ブロツトの始点は制御操作の初
期においてスリツプ速度が相対的に一定…即ち、
タービン加速度はゼロ…という前提を反映してお
り、更にもう１つの前提があり、サーボモータが
作動している時間及びこの結果タービン速度が最
適値に近づいて最終的に安定するまでの間は風速
が一定であるとしている。

これらの前提は第３図、第４図及び第５図の全
ての位相−平面プロツトに適用されている。現実
の世界ではこれらの前提条件が満足されるとは限
らないので、実際の軌跡は図面に示したものとは
しばしば異なつてくることは勿論理解できよう。
しかし、本制御システムは定常状態をベースにア
クチユエータの作動時間をセツトするので、シス
テムの説明にこれらの前提をとり入れることは適
切であるといえる。

第３図の軌跡の始まりでは、初めの位置と最適
速度との距離で表されているようにスリツプ速度
エラーがある。ピツチ制御回路１０はこのエラー
を検出し、反応としてサーボモータを起動する。
従つて、ブレードのピツチは減少し始める。ブレ
ードのピツチの減少とともにタービンにかゝる風
の力は増大し、従つて上昇曲線が示すようにター
ビンの加速が始まる。加速すれば、勿論、タービ
ン速度が上昇するが、このことは曲線が右に傾く
ことで表わさている。第３図に示す例では、加速
度は急速に平坦部に達するが、これはブレードの
ピツチの一定の減少に伴い速度が一定の率で上昇
することを表わしている。（実際には、所与のピ
ツチ減少に対する速度上昇量はピツチ角の初期値
によつて変化するが、この影響は第３図で明らか
でない。） 軌跡上に、先に述べた前提から与えられる点で
あつて、サーボモータの駆動を止めるのに最適な
点が存在する。この点でサーボモータの駆動を止
めると、システムは“惰力”で自然に最適速度に
向けて進んでいく。もし、この点以前にサーボモ
ータを切ると、タービンは最適速度に到達しな
い。もしこれより後にサーボモータを切ると、最
適速度はオーバーシユートを受ける。第３図にお
いてサーボ駆動オフと表示したところがこの点で
ある。ピツチ制御回路はこの点でサーボモータを
切るが、それはブレードのピツチとタービン速度
との初期値にもとづいてピツチ制御回路が既に決
定しておいた時間がここで経過しきるからであ
る。

位相−平面プロツタが示すように、タービンの
加速が直ちに減少し始めることはない。理由は、
サーボモータから駆動命令をとり去つてからピツ
チ調節が終了するまでに若干の遅れがあるからで
ある。ブレードのピツチの変化が停止したとき、
つまり第３図においてピツチ変更停止と表示して
ある時点でも、タービンの加速はまだ続いている
が、これはブレードのピツチの変化と、この結果
起るスリツプ速度の変化との間に遅れがあるから
である。軌跡の直線上の部分が示すように、ター
ビンの加速度はピツチ変更が停止した時に減り、
ブレードのピツチが変化しなくなつたあとスリツ
プ速度は指数関数的に最適速度に近づいていく。

第３図で示されるシステムの動きの説明は簡略
的であるが、適切な制御を達成する上で考慮すべ
きいくつかのことを表わしている。その１つはサ
ーボモータ命令をとり去つてから加速が止むまで
の遅れである。もし、サーボモータが最適速度が
得られるまで停止しなかつたとすると、システム
内のこの遅れはスリツプ速度を目標の最適値を超
えるところまでもついつてしまうことは明らかで
ある。

位相−平面プロツトは、次のアクチユエータ命
令を出すべきか否かを決定するためにサンプルす
るスリツプ速度の値が現在速度値に依存しないよ
うに、サーボモータから命令信号をとり除いた後
に休止期間を取るのが良いことを示唆している。
例えば、第３図において、サーボ駆動が止つた後
もある時間はエラーが残つているが、スリツプ速
度は何も制御しないでも最適値に近づいていく。
この期間でサンプルすると結果的に起るサーボモ
ータの動きによつてスリツプ速度は最適値を通り
越えてしまう。この理由から、ピツチ制御回路の
プログラムには制御信号の印加を禁止する休止期
間についての配慮がなされている。

サーボモータ駆動時間は一般に種々の初期値エ
ラーに伴い異なる。これを第４図に示すがここに
は初期エラーの違いとこれの結果による最適制御
の軌跡を示す。プロツト２２は初期条件として比
較的大きなエラーを表わしプロツト２４，２６は
夫々中程度及び小さい初期値エラーを示す。各プ
ロツトは夫々のサーボモータターンオフ点２８，
３０或は３２を含み、ある僅かの関知時間の後の
サーボモータのオフ点３２に達するに要する時間
はサーボモータオフ点２８に達する要する時間よ
り短かく、エラーが少ない時はこれを停止する時
間は少ないことは明らかである。

第４図は別の軌跡３４を示す。これは最適速度
より大きい初期速度に対する軌跡を例示したもの
である。曲線の形状は他の一般の曲線とは若干異
なるが、これはピツチサーボシステムがブレード
ピツチを増すよりも減らす方が速いからである。
然し、サーボモータ駆動時間が初期エラーに依存
するという共通の結果となる事は明らかであろ
う。

第５図はサーボモータ駆動時間が最初のピツチ
角の夫々の値毎に変わる模様を示したグラフであ
る。これはピツチの制御効率がピツチ角と共に変
わるからである。特に、ピツチ角に関するスリツ
プ速度の最初部分の導関数はピツチ角の関数であ
り、換言すれば所与のスリツプ速度変化を達成す
るに必要なピツチ角変更はピツチ角の初期値によ
つて変わるという事になる。

第５図のプロツト３８，４０，４２は初期速度
エラーが等しくて初期角が異なつている場合夫々
について最適の点を結んだものである。第３図、
４図と同様に第５図は一般的な特性を表わし、量
的に正確に表わそうとしたものではない。３８は
制御効率の高い場合の初期ピツチ角を表わし、ブ
レードピツチの所与の変化に対するスリツプ速度
変化が比較的大きい。従つて、３８で示されるピ
ツチ変化駆動時間は比較的短かい。

４０は制御効率の中程度の値を表わし、従つて
最適速度に達するに駆動時間が中程度の値を示
し、一方４２で示す低制御効率の場合は最適速度
によりゆつくりと近づく事になる。従つて３８，
４０及び４２に対するターンオフ時間４４，４６
及び４８はサーボモータがオンされてから異なつ
た時間において到達する。

本発明の好ましい実施例においてはピツチ制御
回路はスリツプ速度エラー及びブレードピツチに
基づき編成したルツク−アツプ−テーブルを含。
これはサーボモータ駆動時間のエントリを含む。
制御作用がなされなければならないと判断された
時には、この駆動時間エントリがピツチ角及び現
在か平均かのスリツプ速度エラーとにより特定さ
れたロケーシヨンからフエツチされ、これに従い
アクチユエータが作動される。

このルツク−アツプ−テーブルントリは経験的
に決定されるか或はシステムの代表的モデルを頼
りにして決定する。或は又、このエントリは摩
耗、経年変化、或は他の要因による変化が許容し
得る様な経験に基づき、ピツチ制御回路１０によ
り適宜決定する事もできる。この様な適宜の構成
についてはこゝでは示されないが、エントリは読
取り−書込みメモリの防護部分にストアされ、若
し必要な変更が生じたとすれば外部ソースから再
び書込みができる様になつている。

ピツチ制御回路１０により遂行される制御ルー
チンを示す簡単化したフローチヤートを第６図に
示す。第６図に記された種々のフアンクシヨンは
簡単に説明するために記したものであるて実務上
から取り決めている様な実行プログラムやサブル
ーチンへの分割にそのまゝ従うものではない。

ピツチ制御回路１０はルーチンの２つのグルー
プをサービスする実行プログラムに基づくもので
ある。第１のグループは、センサ、周波数測定カ
ウンタ、及び制御タイマを掌る。このグループは
本システムに含まれたリアルタイムクロツクがプ
ロセツサを停止した時にサービスされる。この停
止時間はルーチンのこのグループが次の停止まで
に十分完遂される長さである。他の１つのグルー
プは制御ルーチンであり第６図に示される。これ
は第１グループルーチンにより報知されるタイマ
状態データ及びセンサ入力を用いる。

制御入力にエントリがあると、プロセツサは最
初にアクチユエータ１２がタービンブレードを別
のピツチ角に駆動する過程にあるかどうかを決定
する。この決定は決定ブロツク５２により第６図
に表わされている。若し駆動過程にないと、この
ルーチンは本システムがブロツク５４に示す様に
最後の作動後の休止期間にあるかどうかを検証す
る。若し休止期間になければブロツク５６，５８
に示す様に現在速度がテストされ、広いデツドバ
ンド外にあるかどうかを決定する。若し“NO”
であれば、ブロツク６０及び６２が示す様に平均
速度がチエツクされる。若し現在速度も平均速度
も指定したデツドバンド外にない場合は制御ルー
チンが実行プログラムの制御へと戻る。

一方、現在速度或は平均速度がそれらの限界外
にある場合は制御ルーチンがブロツク６４に示す
様にルツク−アツプ−テーブルに照会し、最初の
ピツチ角及び現在速度が平均速度かのエラーより
表わされるサーボモータ駆動時間の値を見つけ出
す。それから制御ルーチンはブロツク６６で示す
階段へと進められ、サーボモータを動かし、ブロ
ツク６４で示される階段においてフエツチされた
駆動−時間値でもつて駆動タイマをセツトし、且
つブロツク５２で表わされた階段中にテストされ
たフラツグである“ドライブ・イン・プログレ
ス”フラツグをセツトする。次に制御ルーチンは
実行プログラムの制御に戻る。

制御プログラムの次の呼びの際には、ブロツク
５２で表わされるテストが“ドライブ・イン・プ
ログレス”フラツグがセツトされている事を見出
す。従つて、第６図のブロツク６８に表わされた
テストへと枝わかれする。このテストにおいては
プロセツサはブロツク６６で表わされた階段にお
いてセツトされた駆動タイマが時間切れになつて
いるかを検べる。若し時間切れでなければ、制御
は実行プログラムへと戻る。若し時間切れであれ
ば、マイクロプロセツサはブロツク７０で示す様
にアクチユエータ１２を切りホールドマイタをセ
ツトし、サーボモータの作動が終つた後に観察さ
れねばならない休止時間のタイミングを開始す
る。“ホールド・イン・プログレス”フラツグが
次にセツトされルーチンは実行プログラムの制御
へと戻る。次にマイクロプロセツサが制御ルーチ
ンを呼びブロツク５２で表わされるテストが駆動
がも早進行過程にない事を示した時にはルーチン
はブロツク７０で示された段階でセツトされた
“ホールド・イン・プログレス”フラツグをチエ
ツクする。そして、このフラツグがセツトされる
事を知りホールドタイマが時間切れであるかどう
かを検べる。このテストは第６図に決定ブロツク
７２で示す。“ホールド・イン・プログレス”フ
ラツグがセツトされた後制御ルーチンを通る最初
のパス中にはホールドタイマは典型的に時間切れ
となつてはおらず、制御ルーチンは実行プログラ
ムの制御へと戻る。然し乍ら、ルーチンを通る次
の若干のパスにあつては休止時間が終つており、
ブロツク７２で示すテストが決定的な判断を下す
場合もある。この場合には、ブロツク７４で示す
様にルーチンは“ホールド・イン・プログレス”
フラツグをリセツトし、実行プログラム制御へと
戻る。然して、本システムは制御ルーチンが次に
呼ばれた時に現在速度か平均速度かをテストする
準備をする。

図示された実施例について種々の改善がなされ
得る事は明白であろう。上述した様にルツク−ア
ツプ−テーブル値により示された時間は経験に基
づきプログラム制御の下に調整され得る。特に、
ルツク−アツプ−テーブル値は所与の所期条件に
対して固定されたブレードピツチ変化を表わし得
るがピツチ変化を達成するに用いられるサーボモ
ータ駆動時間はサーボモータ動作に対するブレー
ドピツチの感度を予め観察しておいてこれに基づ
き変更することができる。

或は又、上記テーブルに特定されたブレードピ
ツチ変化の閉ループ実行に対して或る設備をなす
こともできる。この場合には、ルーチンは所望の
ピツチ変化がプツチセンサにより指定されるまで
はサーボモータをオンにしておく事になろう。上
述した位相−平面原理によれば、この様なシステ
ムでは所望の位置が検出される若干前に駆動を停
止しスイツチ遮断の遅れ及び制御の粗さを許容す
る様にする事になろう。

又更に、種々のデツドバンド限界が適宜セツト
し得る。例えば、プログラムが所定の時間内で
夫々のデツドバンドから外れて幾つの平均或は現
在速度逸脱が生ずるかについてトラツクを保持し
ておき、若しこの様な逸脱がなかたり極めて少な
かつたりした時はデツドバンド巾を引締めてアク
チユエータ作動の回数を著しく増すことな電力生
産性を増す様にしてもよい。又、式をプログラム
に含ませたり、或はルツク−アツプ−テーブルを
拡張して駆動時間や休止時間の計算に最初のター
ビン加速の値を含ませる事もできる。

“最初速度”を適宜セツトすることすらでき
る。例えば、広いデツドバンド限界の上限の値を
固定し、広いデツドバンドの上限値を越えた時の
頻度に基づき最適速度を調節することが望まし
い。これを達成する１つの方法は最適速度を周期
的に増加し、広いデツドバンドの上限を越えた時
に減少させる事である。この様な構成は突風状態
中に平均速度の目標を下げ大電力逸脱の頻度を許
容範囲内に保持することになる。

本発明はより単純な制御システムでも利用でき
る。例えば、ブレードピツチの初期値を駆動時間
計算外に置いておく事ができる。この様なシステ
ムは勿論、効率の少ない形態で制御する事になる
が、本発明技術に基づく基本的な効果は有する。
即ち、タービン速度の広い逸脱に対し敏速に応答
はするが、平均速度のみをよりぴつたりしたデツ
ドバンド限界内に留める事により過剰な制御作動
を避ける事になる。

図示された実施例において監視される制御出力
はスリツプ速度であるが本発明のより広汎な技術
は他の制御出力を監視することによつても用いる
事ができる。図示された構成においては問題とす
る出力は電力であり、これはタービン速度として
直接に関知される。又は、この電力は風車のトル
ク出力を関知する事によつても関知できる。この
場合は、出力は誘導発電機のスリツプ速度が代表
的には同期速度の２％以下であることから出力ト
ルクにおおざつぱに比例する。

本発明の技術思想が誘導発電機でなく同期発電
機の駆動用のシステムに用いられた場合には感知
された変数として出力トルクを用いる事は特に適
している。というのはタービン速度は出力である
電力を指示するものではないからである。発電機
と配電網との間の位相差の関知が同期発電機シス
テムにも用いる事ができる。又或は、出力たる電
力は電気−力センサにより直接に測る事もでき
る。

上記した様に、本発明技術思想は発電に用いら
れる風車に限つたものではない。例えば、ポンプ
システムの場合には問題となる出力は力であり、
特にこの場合には機械的な力であろうが出力たる
速度或はトルクも又問題とする変数たり得る。

制御出力が感知される限り、本発明基本の技術
思想は変るところはない。即ち平均制御出力は狭
いデツドバンド内に留める様にせしめられるが、
現在制御出力は広いデツドバンド内に留める事だ
けが必要である。

従つて、本発明技術思想はアクチユエータ動作
頻度を比較的少くして風車の高い生産性を達成す
る様に広い範囲の制御システムに広げて行く事が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御システムのブロツ
ク図、第２図は、本発明の制御システムにおいて
使用されるデツドバンドの図、第３図は、タービ
ン速度エラーに応じて行われる制御動作の位相−
平面プロツト図、第４図は、第３図と同様な図で
あり、スリツプ速度のいろいろな初期値を示した
図、第５図は、第３図及び第４図と同様な図であ
るが、初期のブレードピツチは異なるが初期のス
リツプは同じである場合のグラフ、第６図は、制
御システムのアクチユエータへの命令信号の適用
を算定すべく図示実施例のマイクロプロセツサに
用いられたルーチンの簡略化フローチヤートであ
る。 １０……ピツチ制御回路、１２……アクチユエ
ータ、１４……タービン、１６……発電機、１８
……速度センサ、２０……ピツチ角センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンと、ピツチ命令信号に応答してター
   ビンのブレードのピツチを変えるブレードピツチ
   アクチユエータとを含む風車を制御する風車制御
   装置において、 Ａ 風車の制御出力を感知し、そしてその制御出
   力を表す出力信号を発生する制御出力センサ、
   及び Ｂ 上記の出力信号を受け、その信号から瞬時制
   御出力を取り出し、その瞬時制御出力が比較的
   広いデツドバンドの外にあるか否かを決定し、
   もし瞬時制御出力が比較的広いデツドバンドの
   外にあると、ピツチ命令信号を上記のブレード
   ピツチアクチユエータに加えてブレードピツチ
   を調整し、そしてもし瞬時制御出力が比較的広
   いデツドバンドの内にあると、所定の平均化期
   間にわたる制御出力の平均を上記の出力信号か
   ら求め、この制御出力の平均が上記の比較的広
   いデツドバンドの内側の狭いデツドバンドの外
   にあるか否かを決定し、もし制御出力の平均が
   上記の狭いデツドバンドの外にあるとピツチ命
   令信号をブレードピツチアクチユエータへ加え
   てタービンブレードのピツチを変える制御回路 を備えたことを特徴とする風車制御装置。 ２ 先のブレードピツチアクチユエータの動作後
   所定の休止時間内に受けた出力信号から決定した
   瞬時制御出力に基づいて制御回路はブレードピツ
   チアクチユエータに命令信号を与えない請求項１
   に記載の風車制御装置。 ３Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はター
   ビン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項２に記載の風車制御装置。 ４Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はター
   ビン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項１に記載の風車制御装置。 ５ 制御回路は、ブレードピツチアクチユエータ
   の動作前に制御出力の関数としてブレードピツチ
   アクチユエータの動作時間を決定し、それからそ
   の決定したブレードピツチアクチユエータの動作
   時間に等しい時間ブレードピツチアクチユエータ
   の作動を命令する請求項１に記載の風車制御装
   置。 ６ 先のブレードピツチアクチユエータの動作後
   所定の休止時間内に受けた出力信号から決定した
   瞬時制御出力に基づいて制御回路はブレードピツ
   チアクチユエータに命令信号を与えない請求項５
   に記載の風車制御装置。 ７Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はター
   ビン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項６に記載の風車制御装置。 ８Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はター
   ビン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項５に記載の風車制御装置。 ９Ａ タービンブレードのピツチ角を感知し、そ
   してそのピツチ角を示すピツチ信号を制御回路
   に送るピツチ角センサを更に含み、 Ｂ ブレードピツチアクチユエータの動作前に感
   知されたタービンブレードのピツチの関数とし
   てブレードピツチアクチユエータの動作時間を
   制御回路が決定する請求項５に記載の風車制御
   装置。 １０ 先のブレードピツチアクチユエータの動作
   後所定の休止時間内に受けた出力信号から決定し
   た瞬時制御出力に基づいて制御回路はブレードピ
   ツチアクチユエータに命令信号を与えない請求項
   ９に記載の風車制御装置。 １１Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はタ
   ービン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項１０に記載の風車制御装置。 １２Ａ 制御出力センサが感知した制御出力はタ
   ービン速度であり、そして Ｂ 制御出力センサが発生した出力信号は、感知
   したタービン速度を表している速度信号である
   請求項９に記載の風車制御装置。 １３ 可変ピツチのタービンブレードを有するタ
   ービンを含む風車の出力を制御する風車出力制御
   方法において、 Ａ 風車の制御出力を感知し、 Ｂ その感知した瞬時制御出力が比較的広い所定
   のデツドバンドの外にあると、その瞬時制御出
   力がその広いデツドバンドより上側の場合はブ
   レードピツチを一方向に変え、そして瞬時制御
   出力がその広いデツドバンドより下側の場合は
   ブレードピツチを他方向に変え、 Ｃ 所定の平均化期間にわたり瞬時制御出力の平
   均を決定し、そして Ｄ この瞬時制御出力の平均が上記の比較的広い
   デツドバンドの内側の所定の狭いデツドバンド
   の外にあると、瞬時制御出力の平均が上記の狭
   いデツドバンドの上側にある場合にはブレード
   ピツチを一方向に変え、そし瞬時制御出力の平
   均が上記の狭いデツドバンドの下側にある場合
   にはブレードピツチを他方向に変える ことを特徴とした風車出力制御方法。 １４ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項１３に記載の風車出力制
   御方法。 １５ ブレードピツチが所定時間一定であつた後
   だけ制御出力を感知する請求項１３に記載の風車
   出力制御方法。 １６ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項１５に記載の風車出力制
   御方法。 １７ 段階Ｂにおけるブレードピツチの変化量は
   瞬時制御出力の関数であり、そして段階Ｄにおけ
   るブレードピツチの変化量は平均制御出力の関数
   である請求項１３に記載の風車出力制御方法。 １８ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項１７に記載の風車出力制
   御方法。 １９ ブレードピツチが所定時間一定であつた後
   だけ制御出力を感知する請求項１７に記載の風車
   出力制御方法。 ２０ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項１９に記載の風車出力制
   御方法。 ２１Ａ タービンブレードのピツチを感知する段
   階を更に含み、 Ｂ ブレードピツチの変化量は、感知されたブレ
   ードピツチの関数である請求項１７に記載の風
   車出力制御方法。 ２２ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項２１に記載の風車出力制
   御方法。 ２３ ブレードピツチが所定時間一定であつた後
   だけ制御出力を感知する請求項２３に記載の風車
   出力制御方法。 ２４ 感知され、そして制御される制御出力はタ
   ービン速度である請求項２３に記載の風車出力制
   御方法。