JPS6410670B2 - - Google Patents

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JPS6410670B2
JPS6410670B2 JP58086045A JP8604583A JPS6410670B2 JP S6410670 B2 JPS6410670 B2 JP S6410670B2 JP 58086045 A JP58086045 A JP 58086045A JP 8604583 A JP8604583 A JP 8604583A JP S6410670 B2 JPS6410670 B2 JP S6410670B2
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JP
Japan
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wind turbine
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wind
wind speed
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JP58086045A
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JPS59212576A (ja
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Kozo Kyoizumi
Kazutsugu Watanabe
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224Adjusting blade pitch
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/026Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for starting-up
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/76Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B2270/50Control logic embodiment by
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B2270/604Control system actuates through hydraulic actuators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、プロペラ型風車発電機の運転制御
方法に係り、従来不可欠であつた風車近傍に設置
する風速計なしで、風車が実際に受けている風に
応じて風車発電機自体で必要な制御が可能な運転
制御方法に関する。
一般に、可変ピツチ・プロペラ型風車発電機
は、システムを安全にかつ効率よく運転するた
め、風車近傍に風速計を設置し、風速信号に基づ
いて風車のカツト・イン(起動ピツチにあつたブ
レードを運転ピツチに切換えることを言う)、カ
ツト・アウト(運転ピツチにあつたブレードを起
動ピツチに切換えることを言う)を行ない所定の
パターンで運転制御されている。
かかる制御パターンを第1図に基づいて説明す
ると、風速が所定速度以下の場合、ブレードは起
動ピツチ状態にあり、風速に比例してゆつくりと
回転し、所定風速すなわちカツト・イン風速v1
なると、これを風速計で検知してピツチ変換機構
を起動して運転ピツチに切換る。運転ピツチで
は、同じ風速でも起動ピツチ時より回転数が増加
し、風速に比例して風車の回転数が多くなる。
つぎに、設定した定格風速v2に風速が達し、こ
れ以上速くなると、自動ピツチ制御が作動して風
車の回転が一定になるようピツチ制御される。さ
らに、風速が増大して強風カツト・アウト風速v4
になつたのを風速計で検知すると、強制的にブレ
ードのピツチを起動ピツチに戻し、強風化でも風
車の回転数を低く保ち、風車が異常に高速回転し
て装置の破損するのを防止する。また、風速が再
び低くなり、例えばv3風速(強風カツト・イン)
になると、ピツチ制御して定格回転数まで上昇さ
せる。通常、このv3とv4とに適当な差を設けて、
強風下のカツト・イン、カツト・アウトを安定に
作動させている。
上の如く、プロペラ型風車発電機の運転制御に
は、風速計が不可欠であつたが、かかる風速計
は、計器自体が非常に高価であり、また、風速計
信号を風車制御回路へ伝えるため、スリツプリン
グの回路数が増える問題があり、さらに、風車近
傍に風速計を設置しても、風車が受けている風の
状況と風速計が表示する状況とは著しく相違する
場合があり、風車が実際に受けている風に応じて
最適な制御がなされているとは言い難い。
この発明は、かかる現状に鑑み、風速計なし
で、風車が実際に受けている風に応じて風車発電
機自体で必要な制御が可能な運転制御方法を目的
にしている。
すなわち、この発明は、可変ピツチ機構を有す
るプロペラ型風車発電機において、ピツチ変換機
構内に設定した基準部材の変位として検出したブ
レードのピツチ角信号と、ブレードローターの回
転数信号とによりブレードにおける風速を検知
し、検知した風速に基づいて予め設定した風速と
風車回転数との運転ピツチパターンで運転するこ
とを特徴とするプロペラ型風車発電機の制御方法
である。
ブレードのピツチ角は、ピツチ変換機構内に設
定した基準部材の一定の変位を、公知の変位セン
サで検知するもので、ピツチ変換機構には、ギ
ア、カム、ロツト、レバー、スプリングなどを使
用する機械式、シリンダーを使用する油圧式、モ
ータ、電磁制御等を使用する電気式、シリンダー
を使用する空気式及びこれらの組み合せ等の多種
のものが提案されているが、いずれの機構であつ
ても、ブレードのピツチ変化を、使用している部
材の回転や直線運動として変換し、変位センサで
検知するか、使用する動力あるいは量の変化等よ
り検知したり、または直接ブレードシヤンクある
いはこれに付設する部材の回転等で検知すること
により容易に検知できる。
また、ブレードローターの回転すなわち風車の
回転数は、風車の回転軸、風車と発電機との間に
介在させる増速機、あるいは発電機の回転を、公
知の回転検出装置で検知でき、設定する制御装置
の方式により風車回転数の検知場所を適宜選定す
ればよい。
風速と風車回転数で定める運転ピツチパターン
は、前述した第1図のパターンを始め、使用する
風車発電機の発電能力に応じて選定した運転ピツ
チパターンを使用すればよく、ピツチ変換機構内
に設定した基準部材の変位として検出したブレー
ドのピツチ角信号と、ブレードローターの回転数
信号とによりブレードにおける風速を検知し、検
知した風速に基づいて、予め設定した風速と風車
回転数との運転ピツチパターンとなるように、例
えば、実施例に示す如く、ピツチ変換機構の動力
の油圧回路を制御する。
制御装置は、ピツチ変換機構の動力源に応じ
て、適宜選定し、油圧制御弁を電気的に制御した
り、モータやシリンダーを電気的、機械的に制御
すればよい。
以下に、この発明による実施例を詳述する。第
2図は実施例のピツチ変換機構を示す説明図、第
3図はピツチ変換機構の制御装置の回路説明図で
ある。
風車は、複数枚のブレード1がそのシヤンク2
外周部を軸受4で軸支されてハブ5の外周の放射
位置に回転自在に取着されて構成されている。ハ
ブ5内にはその軸方向に油圧シリンダー6が形設
してあり、ベータシヤフト7が先端部にピストン
9を形成して嵌入され、ピストン9に当接してハ
ブ先端部のシリンダー6内にスプリング11が挿
入してある。
シヤンク2の端面には係合ピン3が突設され、
ベータシヤフト7のシヤフト部中央外周にはピン
穴10が凹設してあり、係合ピン3をピン穴10
が係合し、ベータシヤフト7の直線運動が回転運
動に変換され、ピツチが制御される構成である。
ベータシヤフト7のシヤフト部軸中心には油道
8が穿孔されており、風車で駆動されるポンプ2
0によつて供給される圧油を、シリンダー6内の
圧油室12に導入できる。このポンプ20よりの
圧油は電気−圧力制御弁21で制御されて圧油室
12に供給されてスプリング11を押圧するが、
圧油が無い場合はピストン9を図で右行させて、
ブレード1を起動ピツチに保持する構成である。
この電気−圧力制御弁21を作動させるのは、
電気的制御を行なう制御装置23であり、制御装
置23には、風車の回転数を検出するタコジエネ
レータ24よりの回転数信号と、ブレード1のピ
ツチはベータシヤフト7の位置で判別できるの
で、ベータシヤフト7の右端に付設したポテンシ
ヨメータ22からのピツチ角信号とが入力され
る。なお、タコジエネレータ24は図示しない発
電機の回転軸に付設され、発電機の回転数を変換
機で所定の電圧に変換して入力する構成である。
制御装置23は、コンパレータ31,32,3
3、NAND回路34、AND回路35、スイツチ
36、抵抗39および差動増幅器37、電流増幅
器38から形成されており、コンパレータ31,
32と差動増幅器37の各々の一方の入力端子
に、タコジエネレータ24からの信号が入り、他
のコンパレータ33の一方の入力端子にはポテン
シヨメータ22からの信号が入力され、コンパレ
ータ32,33の出力がNAND回路34に入力
され、NAND回路34の出力とコンパレータ3
1の出力がAND回路35に入り、その出力はス
イツチ36に接続され、また、スイツチ36は差
動増幅器37の出力と電流増幅器38の入力側間
に接続されている。
この制御装置23は、コンパレータ31の他の
入力端子にカツト・インv1値が入力され、同様
に、コンパレータ32には強風カツト・インv3
カツト・アウトv4値が、コンパレータ33には設
定ピツチ値が、差動増幅器37の+側には設定回
転数値が入力され、第1図に示す運転ピツチパタ
ーンで制御する構成である。
風速が零近辺では、電気−圧力制御弁21へ制
御電流を出力する電流増幅器38の出力が、スイ
ツチ36がオフで、抵抗により0となるため、電
気−圧力制御弁21への入力も0となり、シリン
ダー6の圧油室12の圧油供給が0となり、ベー
タシヤフト7はスプリングにより右側へ押圧され
てブレード1は起動ピツチとなる。
起動ピツチのままで風速が上昇してv1以上にな
ると、タコジエネレータ24からの信号でコンパ
レータ31がオンとなり、また、コンパレータ3
2はv3,v4以下では作動せず、コンパレータ33
の出力に関わらず、NAND回路34の出力はオ
ンとなるため、AND回路35の2つの入力がオ
ンとなり、その出力がオンとなる。AND回路3
5の出力がオンとなつてスイツチ36を駆動し、
タコジエネレータ24差動増幅器37、電流増幅
器38及び電気−圧力制御弁21からなるピツチ
制御装置をクローズドループに形成する。
風速がv1〜v2の間は、差動増幅器37の+側入
力(設定回転数)の方が大きく、適当な増幅度を
有するため、電流増幅器38が最大出力を出力
し、シリンダー6内の圧油室12の圧力が上り、
ブレード1のピツチは運転ピツチに切替えられ
る。
さらに、風速が上昇すると、タコジエネレータ
24の出力が上り差動増幅器37の−側入力信号
が+側入力信号に一致するよう作動し、通常のク
ローズドループ比例制御動作が得られ、v2以上の
風速になつても、風車の回転は設定された回転数
で駆動される。
風速がv4に近づくと、風車の回転数を一定に保
持するため、第1図に示す一点鎖線のパターンの
如く、起動ピツチに近づいてくる。このピツチの
変化をベータシヤフト7のポテンシヨメータ22
で検出し、起動ピツチを含む設定ピツチ以下とな
つたとき、コンパレータ33がオンとなるように
設定する。
このとき、ブレード1のピツチが起動ピツチに
近く、風速が設定回転数で回転する場合は風速が
速いことになるので、コンパレータ32の入力信
号のv4に相当する値として、設定回転数よりも僅
かに低い回転でのタコジエネレータ24出力を選
定すれば、この出力電圧以上になるとコンパレー
タ32がオンとなる。
両方のコンパレータ33,32がオンとなるた
め、NAND回路34の出力は0となり、AND回
路35の出力も0となり、スイツチ36がオフと
なる。スイツチ36がオフで、抵抗により0とな
るため、電気−圧力制御弁21への入力も0とな
り、シリンダー6圧油室12の圧油供給が0とな
り、ベータシヤフト7はスプリング11により右
側へ押圧されてブレード1は起動ピツチとなる。
第1図に示す如く、ブレード1が起動ピツチに
あつても、風速が高いので、風車の回転数はカツ
ト・インv1時の回転数n1より大きい、ここで、風
速が下がつて風車回点数がn3になれば、再びスイ
ツチ36を駆動してオンとし、制御装置を作動さ
せるよう、コンパレータ32には、風車回転数と
出力間に、第4図に示すヒステリシスをもたせて
ある。
従つて、この発明は、カツト・イン、定格回
転、カツト・アウト、強風カツト・インの自動制
御を風車近傍に設置する風速計無しで、風車自体
で実施できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は風車発電機の運転ピツチパターンを示
すグラフである。第2図は実施例のピツチ変換機
構を示す説明図、第3図はピツチ変換機構の制御
装置の回路説明図である。第4図はコンパレータ
の出力特性を風車回転数で示すグラフである。 1……ブレード、2……シヤンク、3……係合
ピン、4……軸受、5……ハブ、6……シリンダ
ー、7……ベータシヤフト、8……油道、9……
ピストン、10……ピン穴、11……スプリン
グ、12……圧油室、20……ポンプ、21……
電気−圧力制御弁、22……ポテンシヨメータ、
23……制御装置、24……タコジエネレータ、
31,32,33……コンパレータ、34……
NAND回路、35……AND回路、36……スイ
ツチ、37……差動増幅器、38……電流増幅
器、39……抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 可変ピツチ機構を有するプロペラ型風車発電
    機において、ピツチ変換機構内に設定した基準部
    材の変位として検出したブレードのピツチ角信号
    と、ブレードローターの回転数信号とによりブレ
    ードにおける風速を検知し、検知した風速に基づ
    いて予め設定した風速と風車回転数との運転ピツ
    チパターンで運転することを特徴とするプロペラ
    型風車発電機の制御方法。
JP58086045A 1983-05-17 1983-05-17 プロペラ型風車発電機の制御方法 Granted JPS59212576A (ja)

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JP58086045A JPS59212576A (ja) 1983-05-17 1983-05-17 プロペラ型風車発電機の制御方法

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JP58086045A JPS59212576A (ja) 1983-05-17 1983-05-17 プロペラ型風車発電機の制御方法

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JPS59212576A JPS59212576A (ja) 1984-12-01
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