JPWO2013065323A1 - Control device for floating offshore wind power generation facility - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成により浮体の揺動を低減させ、発電機の出力を安定化させた上で最大の効率を得ることができる浮体式洋上風力発電施設の制御装置を提供すること。【解決手段】風により回転するローター11を有した浮体式洋上風力発電施設10おいて、ローター11の備えているブレード13のブレードピッチを変更するブレード駆動手段14と、浮体12運動を検出する揺動角センサ15とを備えており、揺動角センサ15により検出された揺動に基づいて、揺動を抑制するようにブレード駆動手段14によりブレード13を駆動して浮体12の揺動を低減することにより、発電出力の変化を抑制した上で最大の効率を得る。【選択図】 図1To provide a control device for a floating offshore wind power generation facility capable of reducing the swing of a floating body with a simple configuration and stabilizing the output of a generator and obtaining the maximum efficiency. In a floating offshore wind power generation facility having a rotor that rotates by wind, blade driving means for changing a blade pitch of a blade provided in the rotor, and a swing for detecting the movement of the floating body. And a dynamic angle sensor 15, and based on the swing detected by the swing angle sensor 15, the blade 13 is driven by the blade driving means 14 so as to suppress the swing, thereby reducing the swing of the floating body 12. By doing so, the maximum efficiency is obtained while suppressing the change in the power generation output. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、風速変化や波浪外力に応じて発生する浮体式洋上風力発電施設の運動を抑制する浮体式洋上風力発電施設の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a floating offshore wind power generation facility that suppresses the movement of the floating offshore wind power generation facility that occurs in response to a change in wind speed or a wave external force.

自然エネルギーを利用した発電方法として、洋上の風を利用して発電を行う洋上風力発電が注目されている。その中でも浮体式風力発電は、外洋の強く安定した風を利用することが出来る発電方法として注目されている。
しかし、この浮体式洋上風力発電は洋上に浮いた浮体上で風力発電を行うものである。このため、風速変化や波浪外力に応じて、浮体にかかる荷重の変化が生じる。そして、この荷重の変化によって発生する浮体の運動により、発電に用いられている風車に対する相対風速の変化が誘起される。相対風速が変化する結果、浮体式洋上風力発電施設の発電機の出力に変化が生じる。なお、浮体式洋上風力発電施設における浮体の運動は、陸上の風力発電施設とは異なり、周期が長い大きな運動(揺動)となる。
As a power generation method using natural energy, offshore wind power generation that generates power using offshore wind has attracted attention. Among them, floating wind power generation is attracting attention as a power generation method that can use strong and stable winds in the open ocean.
However, this floating offshore wind power generation is performed on a floating body floating on the ocean. For this reason, the change of the load concerning a floating body arises according to a wind speed change or a wave external force. And the change of the relative wind speed with respect to the windmill currently used for electric power generation is induced by the motion of the floating body which generate | occur | produces with this change of load. As a result of the change in the relative wind speed, the output of the generator of the floating offshore wind power generation facility changes. In addition, the movement of the floating body in the floating offshore wind power generation facility is a large movement (oscillation) having a long cycle, unlike the onshore wind power generation facility.

風力発電施設において生じる各種変化を制御することを目的として、種々の提案がなされている(特許文献1〜4)。
特許文献1には、風車の振動を抑制または制御することを目的として、検出した振動成分の周波数および位相を解析し、解析された位相と逆位相の周波数変化が風車に生じるように、発電機のステータコイルに流れる電流値およびブレードのピッチ角を制御する構成が記載されている。しかし、これは陸上の風力発電施設に関するものであり、浮体式洋上風力発電施設に関するものではない。
Various proposals have been made for the purpose of controlling various changes that occur in wind power generation facilities (Patent Documents 1 to 4).
In Patent Document 1, a generator and a generator are analyzed so that the frequency and phase of a detected vibration component are analyzed for the purpose of suppressing or controlling the vibration of the windmill, and a frequency change in the opposite phase to the analyzed phase is generated in the windmill. The configuration for controlling the value of the current flowing through the stator coil and the pitch angle of the blade is described. However, this relates to onshore wind power generation facilities and not to floating offshore wind power generation facilities.

特許文献2には、水上風力発電装置において、浮体構造物の揺動、振動を抑え、発電効率の変化を抑えることを目的として、風力、風向、波の伝播方向、波の伝播速度、波の高さ、および浮体構造物の姿勢について計測した計測値を基にして、浮体構造物に傾斜や捩れなどを生じさせる原因となる風車を特定し、特定された風車のローターのロータブレーキまたは傾角を制御する構成が記載されている。   Patent Document 2 discloses that in a wind power generator, wind, wind direction, wave propagation direction, wave propagation speed, wave Based on the measured values of the height and the posture of the floating structure, identify the wind turbine that causes the floating structure to tilt or twist, and determine the rotor brake or tilt angle of the rotor of the identified wind turbine. The configuration to be controlled is described.

特許文献3には、海底に固定された海上風力発電プラントにおいて、プラントの早期故障を回避することを目的として、プラントの臨界固有振動数を常に決定し、固定強度の変化に応じて禁止共振範囲の置き換えを行う構成が記載されている。
また、特許文献4には、発電用風力タービンシステムにおいて、風力タービンの取り付けられた塔の一次共振振動数を減衰させることができ、且つ定格トルクまたは力を維持するように、乱流に起因するトルクまたは動力の変化を最小化することを目的として、ブレード角の調整をする構成が開示されている。しかし、文献3および文献4は、浮体運動の結果として生じる発電機の出力の変化に関するものではない。
Patent Document 3 discloses that in a marine wind power plant fixed on the seabed, the critical natural frequency of the plant is always determined for the purpose of avoiding premature failure of the plant, and the forbidden resonance range according to the change in fixed strength. The structure which replaces is described.
Further, in Patent Document 4, in the wind turbine system for power generation, the primary resonance frequency of the tower to which the wind turbine is attached can be attenuated, and the turbulent flow is caused so as to maintain the rated torque or force. A configuration for adjusting the blade angle for the purpose of minimizing a change in torque or power is disclosed. However, Documents 3 and 4 do not relate to changes in the output of the generator that occur as a result of floating body motion.

特開2007−205225号公報JP 2007-205225 A 特開2005−351087号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-351087 特表2003−530518号公報Special table 2003-530518 特開昭58−178884号公報JP 58-17884 A

特許文献2に記載の水上風力発電装置は、複数の風車を備えた浮体風力発電装置に関するものであり、浮体構造物の揺動、振動の原因を特定するために、多くの要因を測定する必要がある。また、発電機の出力の安定化は浮体構造物の揺動、振動を減衰させた結果として間接的なものであり、風車の調整手段が直接発電機の制御にもかかわるものではない。
そこで、本発明は、簡単な構成により浮体の揺動を低減させ、発電機の出力を安定化させた上で最大の効率を得ることができる浮体式洋上風力発電施設の制御装置を提供することを目的としている。
The surface wind power generator described in Patent Document 2 relates to a floating wind power generator including a plurality of windmills, and it is necessary to measure many factors in order to identify the cause of the swing and vibration of the floating structure. There is. Further, stabilization of the output of the generator is indirect as a result of damping the swinging and vibration of the floating structure, and the wind turbine adjusting means is not directly related to the control of the generator.
Accordingly, the present invention provides a control device for a floating offshore wind power generation facility that can obtain the maximum efficiency while reducing the swing of the floating body with a simple configuration and stabilizing the output of the generator. It is an object.

請求項1に記載の本発明の浮体式洋上風力発電施設の制御装置は、風により回転するローターを有した浮体式洋上風力発電施設において、前記ローターのブレードピッチを制御するブレードピッチ制御手段と、浮体の運動を検出する浮体運動検出手段とを備え、前記浮体運動検出手段の検出結果に基づき前記ブレードピッチ制御手段で前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする。この構成によれば、ブレードピッチを制御することによりローターの回転により生じる力を変化させて、風速変化及び波浪外力によって生じる浮体の運動を抑制でき、発電機の出力を安定させることができる。   The floating offshore wind power generation facility control apparatus according to claim 1 of the present invention is a floating offshore wind power generation facility having a rotor that is rotated by wind, blade pitch control means for controlling the blade pitch of the rotor, Floating body motion detection means for detecting the motion of the floating body, and the blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor based on the detection result of the floating body motion detection means. According to this configuration, the force generated by the rotation of the rotor can be changed by controlling the blade pitch, so that the floating body motion caused by the wind speed change and the wave external force can be suppressed, and the output of the generator can be stabilized.

請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記浮体運動検出手段は、前記浮体の傾斜を検出する傾斜検出手段であることを特徴とする。この構成によれば、風速変化及び波浪外力による浮体の傾斜を増幅させず、また浮体の傾斜による発電機の出力の変動を減少させることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to the first aspect, the floating body motion detecting means is an inclination detecting means for detecting an inclination of the floating body. To do. According to this configuration, it is possible to reduce the fluctuation of the output of the generator due to the inclination of the floating body without amplifying the inclination of the floating body due to the wind speed change and the wave external force.

請求項3に記載の本発明は、請求項1または請求項2に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記浮体運動検出手段は、2以上の自由度を検出することを特徴とする。この構成によれば、場合によっては6自由度で揺動する浮体式洋上風力発電施設において、少なくとも2以上の自由度の浮体の動きに対してブレードピッチを制御することで、風速変化及び波浪外力によって生じる浮体の運動を抑制でき、発電機の出力を安定させることができる。   According to a third aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to the first or second aspect, the floating body motion detecting means detects two or more degrees of freedom. To do. According to this configuration, in a floating offshore wind power generation facility that swings with 6 degrees of freedom in some cases, by controlling the blade pitch with respect to the movement of the floating body with at least 2 degrees of freedom, the wind speed change and the wave external force The movement of the floating body caused by the above can be suppressed, and the output of the generator can be stabilized.

請求項4に記載の本発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、風速を検出する風速検出手段をさらに備え、前記ブレードピッチ制御手段が前記風速検出手段の検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする。この構成によれば、浮体の運動に加えて風速検出手段の検出結果を用いてブレードピッチを制御できる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to any one of the first to third aspects, further comprising wind speed detecting means for detecting a wind speed, wherein the blade pitch The control means controls the blade pitch of the rotor based on the detection result of the wind speed detection means. According to this configuration, the blade pitch can be controlled using the detection result of the wind speed detection means in addition to the movement of the floating body.

請求項5に記載の本発明は、請求項1から請求項4のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、発電機の出力を制御する発電機出力制御手段をさらに備えたことを特徴とする。この構成によれば、ブレードピッチに加えて発電機の出力を制御することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of the first to fourth aspects, the generator output control means for controlling the output of the generator is further provided. It is characterized by having. According to this configuration, the output of the generator can be controlled in addition to the blade pitch.

請求項6に記載の本発明は、請求項1から請求項5のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ローターの回転軸を収納したナセルを有し、前記ナセルのヨーイングを検出するヨーイング検出手段をさらに備え、前記ブレードピッチ制御手段が前記ヨーイング検出手段の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチを回転位置に応じて制御したことを特徴とする。この構成によれば、ナセルのヨーイングを抑制することができる。ここで「ブレードピッチを回転位置に応じて制御した」とは、各ブレードが所定の位置に達したときに所定のブレードピッチとなるように制御すること、あるいは各ブレードが所定の位置で所定のブレードピッチとなるように予め制御をすること等をいう。   A sixth aspect of the present invention is the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to one of the first to fifth aspects, further comprising a nacelle that houses a rotating shaft of the rotor. Yawing detection means for detecting yawing of the nacelle is further provided, wherein the blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor according to the rotational position based on the detection result of the yawing detection means. According to this configuration, it is possible to suppress nacelle yawing. Here, “the blade pitch is controlled according to the rotational position” means that each blade is controlled to have a predetermined blade pitch when it reaches a predetermined position, or each blade has a predetermined position at a predetermined position. This refers to controlling the blade pitch in advance.

請求項7に記載の本発明は、請求項1から請求項6のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ブレードピッチ制御手段は、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて前記ブレードピッチ制御手段の制御目標値を設定する目標設定部を有したことを特徴とする。この構成によれば、浮体運動を踏まえた上でブレードピッチ制御手段の制御目標値を設定することができる。   According to a seventh aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of the first to sixth aspects, the blade pitch control means includes the floating body motion detection means. It has a target setting unit for setting a control target value of the blade pitch control means based on a detection result. According to this configuration, the control target value of the blade pitch control means can be set in consideration of the floating body motion.

請求項8に記載の本発明は、請求項1から請求項7のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ブレードピッチ制御手段は、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて前記ブレードピッチ制御手段の制御ゲインを調節する制御ゲイン調節部を有したことを特徴とする。この構成によれば、浮体運動に応じてブレードピッチ制御手段の制御ゲインを調節することができる。   The present invention according to claim 8 is the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of claims 1 to 7, wherein the blade pitch control means is the one of the floating body motion detection means. It has a control gain adjusting unit for adjusting the control gain of the blade pitch control means based on the detection result. According to this configuration, the control gain of the blade pitch control means can be adjusted according to the floating body motion.

請求項9に記載の本発明は、請求項1から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、風の弱い弱風領域において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする。この構成によれば、従来、制御目標値として発電機の回転数制御のみが用いられていた弱風領域において、浮体式洋上風力発電施設の運動を抑制することができる。   According to a ninth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of the first to eighth aspects, the blade pitch control means is provided in a weak wind region where the wind is weak. The blade pitch of the rotor is controlled based on the detection result of the floating body motion detection means. According to this configuration, it is possible to suppress the movement of the floating offshore wind power generation facility in the low wind region where conventionally only the rotational speed control of the generator is used as the control target value.

請求項10に記載の本発明は、請求項5から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、風の弱い弱風領域において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御し、前記弱風領域において、前記発電機出力制御手段が前記ローターの回転状態に基づいて前記発電機の出力を制御したことを特徴とする。
この構成によれば、回転数や周期などの回転状態に基づいて、発電機の出力を制御することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of the fifth to eighth aspects, the blade pitch control means is provided in a weak wind region where the wind is weak. The blade pitch of the rotor is controlled based on the detection result of the floating body motion detection means, and the generator output control means controls the output of the generator based on the rotation state of the rotor in the low wind region. It is characterized by that.
According to this configuration, the output of the generator can be controlled based on the rotation state such as the rotation speed and the cycle.

請求項11に記載の本発明は、請求項1から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果と前記ローターの回転状態の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする。この構成によれば、ブレードピッチ制御に複数の検出結果を用いることができる。   The present invention according to claim 11 is the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to one of claims 1 to 8, wherein the blade pitch control means is the detection of the floating body motion detection means. The blade pitch of the rotor is controlled based on the result and the detection result of the rotation state of the rotor. According to this configuration, a plurality of detection results can be used for blade pitch control.

請求項12に記載の本発明は、請求項11に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ブレードピッチ制御手段が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果と前記ローターの回転状態の検出結果の重み付けを行い前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする。この構成によれば、ブレードピッチ制御をより適切なものとすることができる。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to the eleventh aspect, the blade pitch control means is configured to detect the detection result of the floating body motion detection means and the rotational state of the rotor. The blade pitch of the rotor is controlled by weighting detection results. According to this configuration, blade pitch control can be made more appropriate.

請求項13に記載の本発明は、請求項7から請求項12のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記目標設定部が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて発電機出力制御手段の目標回転数を設定変更したことを特徴とする。この構成によれば、浮体運動に応じて目標回転数を適切に設定変更し、浮体運動が生じている状態で発電機の出力効率が最大となる回転数にすることができる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to one of the seventh to twelfth aspects, the target setting unit is configured to detect the detection of the floating body motion detection unit. The target rotational speed of the generator output control means is set and changed based on the result. According to this configuration, it is possible to appropriately set and change the target rotational speed in accordance with the floating body motion, so that the rotational speed at which the output efficiency of the generator is maximized in a state where the floating body motion is occurring.

請求項14に記載の本発明は、請求項7から請求項13のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記目標設定部が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて、発電機出力制御手段の目標出力設定値を設定変更したことを特徴とする。この構成によれば、浮体運動に応じて目標出力設定値を適切に設定変更し、発電機が最大となる回転数にすることができる。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to one of the seventh to thirteenth aspects, the target setting unit is configured to detect the floating body motion detecting unit. The target output set value of the generator output control means is set and changed based on the result. According to this configuration, the target output set value can be appropriately set and changed according to the floating body motion, so that the rotational speed at which the generator is maximized can be achieved.

請求項15に記載の本発明は、請求項13または請求項14に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記浮体運動検出手段の前記検出結果としての揺動角に応じ、前記目標回転数あるいは前記目標出力設定値を設定変更したことを特徴とする。この構成によれば、浮体運動による揺動角を考慮して、発電機の回転数または出力を制御することができる。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the control device for a floating offshore wind power generation facility according to the thirteenth or fourteenth aspect, the target is determined in accordance with the swing angle as the detection result of the floating body motion detection means. The rotational speed or the target output set value is changed. According to this configuration, the rotational speed or output of the generator can be controlled in consideration of the swing angle due to the floating body motion.

請求項16に記載の本発明は、請求項1から請求項15のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段あるいは前記浮体の周囲の海象状態を検出するために備えた海象検出手段の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチをフィードフォワード制御したことを特徴とする。この構成によれば、海象状態の急激な変化をふまえてブレードピッチを制御することができる。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to one of the first to fifteenth aspects, the blade pitch control means is the floating body motion detecting means or the floating body. The blade pitch of the rotor is feedforward controlled based on a detection result of a sea state detection means provided for detecting a sea state around the rotor. According to this configuration, the blade pitch can be controlled based on a sudden change in the sea state.

本発明の浮体式洋上風力発電施設の制御装置によれば、風速変化及び波浪外力によって生じる浮体の運動を抑制でき、浮体式洋上風力発電施設の発電機の出力を安定化させた中で効率を最大に得ることが可能である。   According to the control device for a floating offshore wind power generation facility of the present invention, it is possible to suppress the movement of the floating body caused by wind speed change and wave external force, and to improve the efficiency while stabilizing the output of the generator of the floating offshore wind power generation facility. It is possible to get to the maximum.

浮体運動検出手段を、浮体の傾斜を検出する傾斜検出手段とした場合には、風速変化及び波浪外力による浮体の傾斜を増幅させず、また浮体の傾斜による発電機の出力の変動を減少させることができる。   When the floating body motion detection means is an inclination detection means for detecting the inclination of the floating body, it does not amplify the inclination of the floating body due to changes in wind speed and wave external force, and also reduces fluctuations in the output of the generator due to the inclination of the floating body. Can do.

浮体運動検出手段で2以上の自由度を検出する場合には、場合によっては6自由度で揺動する浮体式洋上風力発電施設において、少なくとも2以上の自由度の浮体の動きに対してブレードピッチを制御することで、風速変化及び波浪外力によって生じる浮体の運動を抑制でき、発電機の出力を安定させることができる。   When the floating body motion detecting means detects two or more degrees of freedom, in some cases, in a floating offshore wind power generation facility that swings with six degrees of freedom, the blade pitch with respect to the movement of the floating body with at least two degrees of freedom. By controlling, the movement of the floating body caused by the change in wind speed and the wave external force can be suppressed, and the output of the generator can be stabilized.

風速検出手段の検出結果に基づいてブレードピッチを制御する場合には、浮体の運動に加えて風速をもブレードピッチ制御に用いることができるから、浮体の運動制御と発電機の出力の制御をより精緻なものとすることができる。   When the blade pitch is controlled based on the detection result of the wind speed detection means, the wind speed can be used for blade pitch control in addition to the floating body motion. It can be elaborate.

発電機出力制御手段をさらに備えた場合には、ブレードピッチに加え発電機出力を制御できるから、発電機の回転数や出力をより精密に制御することができる。   When the generator output control means is further provided, since the generator output can be controlled in addition to the blade pitch, the number of revolutions and the output of the generator can be controlled more precisely.

ナセルとヨーイング検出手段をさらに備え、ローターのブレードピッチを回転位置に応じて制御する場合には、ナセルのヨーイングを抑制して発電機の出力をより安定化させ、効率を向上させることが可能である。   When the nacelle and yawing detection means are further provided, and the rotor blade pitch is controlled according to the rotational position, it is possible to suppress the nacelle yawing and stabilize the generator output, thereby improving the efficiency. is there.

浮体運動検出手段の検出結果に基づいて制御目標値を設定する目標設定部を備えた場合には、浮体運動を踏まえた制御目標値に基づいて制御できるから、浮体の運動を抑制し発電機の出力を安定化させた中で、より適切な制御によって効率を向上させることが可能となる。   When a target setting unit that sets the control target value based on the detection result of the floating body motion detection means is provided, control can be performed based on the control target value based on the floating body motion. While the output is stabilized, the efficiency can be improved by more appropriate control.

制御ゲイン調節部を有する場合には、浮体運動に応じてブレードピッチ制御手段の制御ゲインを調節できるから、浮体の運動の抑制と、発電機の出力を安定化させた中で効率を向上させることが可能となる。   When the control gain adjustment unit is provided, the control gain of the blade pitch control means can be adjusted according to the floating body movement, so that the floating body movement is suppressed and the efficiency is improved while the generator output is stabilized. Is possible.

弱風領域においてローターのブレードピッチを制御する場合には、弱風領域においても浮体の揺動を抑制し、発電機の出力をより安定化させた中で効率を向上させ発電品質を向上させることが可能である。さらにローターの回転状態に基づいて発電機の出力を制御する構成とすれば、浮体の運動の抑制と、揺動抑制による発電品質向上に加えて、ローターの回転状態を踏まえて発電効率を向上させることが可能である。   When controlling the blade pitch of the rotor in the weak wind region, suppress the swinging of the floating body even in the weak wind region, and improve the efficiency and improve the power generation quality while stabilizing the generator output. Is possible. If the generator output is controlled based on the rotation state of the rotor, power generation efficiency will be improved based on the rotation state of the rotor, in addition to suppression of floating body movement and improvement of power generation quality by suppressing swinging. It is possible.

ブレードピッチの制御において検出結果を重み付けする場合には、浮体の運動の抑制と発電品質の向上の制御を重み付けして、より精密に制御を行うことが可能である。   When weighting detection results in blade pitch control, more precise control can be performed by weighting control of floating body movement suppression and power generation quality improvement.

目標回転数または目標出力設定値を設定変更する場合には、発電機の出力を安定化した上で効率向上を図ることが可能である。この場合、揺動角に応じ、目標回転数あるいは目標出力設定値を設定変更する構成とすれば、簡単な構成で浮体の運動を検出し、浮体の運動の抑制と発電品質の向上が図れる。   When changing the setting of the target rotational speed or the target output set value, it is possible to improve efficiency while stabilizing the output of the generator. In this case, if the target rotational speed or the target output set value is set and changed according to the swing angle, the movement of the floating body can be detected with a simple configuration, and the movement of the floating body can be suppressed and the power generation quality can be improved.

海象検出手段の検出結果に基づいてフィードフォワード制御する場合には、海象状態の急激な変化に対応してブレードピッチを制御することができるから、浮体の運動を予測して抑制し、発電機の出力を安定化させた中で効率を最大に得ることが可能である。   When feedforward control is performed based on the detection result of the sea state detection means, the blade pitch can be controlled in response to an abrupt change in the sea state. The efficiency can be maximized while the output is stabilized.

本発明の第1の実施形態による制御装置を備えた浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す正面図The front view which shows schematic structure of the floating body type offshore wind power generation facility provided with the control apparatus by the 1st Embodiment of this invention (a)風力発電施設の浮体揺動を説明する浮体式洋上風力発電施設の側面図、(b)(a)に示す揺動に伴う発電機の出力の変化を示すグラフ(A) Side view of floating offshore wind power generation facility explaining floating body swing of wind power generation facility, (b) Graph showing change in generator output accompanying swing shown in (a) 風速と発電機の出力および風速と発電機回転数との関係を示す発電機のタービン性能曲線のグラフGraph of generator turbine performance curves showing the relationship between wind speed and generator output and wind speed and generator speed 図3の領域(1)のタービン性能曲線のうち、(a)揺動角が所定値未満の場合における目標回転数のグラフ、(b)揺動角が所定値以上の場合における目標回転数を示すグラフAmong the turbine performance curves in the region (1) of FIG. 3, (a) a graph of the target rotational speed when the swing angle is less than a predetermined value, and (b) the target rotational speed when the swing angle is greater than or equal to the predetermined value. Graph showing 図3の領域(1)における制御系の概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the control system in the area | region (1) of FIG. 図3の領域(2)のタービン性能曲線のうち、(a)揺動角が所定値未満の場合における目標回転数のグラフ、(b)揺動角が所定値以上の場合における目標回転数を示すグラフAmong the turbine performance curves in the region (2) of FIG. 3, (a) a graph of the target rotational speed when the swing angle is less than a predetermined value, and (b) the target rotational speed when the swing angle is greater than or equal to the predetermined value. Graph showing 図3の領域(2)における制御系の概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the control system in the area | region (2) of FIG. (a)図3の領域(3)における目標出力のグラフ、(b)目標出力と揺動に伴う発電機の出力の変化を示すグラフ(A) Graph of target output in region (3) of FIG. 3, (b) Graph showing change in generator output accompanying target output and oscillation 図3の領域(3)における制御系の概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the control system in the area | region (3) of FIG. 本発明の第1の実施形態による制御装置を備えた浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the floating body type offshore wind power generation facility provided with the control apparatus by the 1st Embodiment of this invention 図10に示すブロック図の要部詳細ブロック図FIG. 10 is a detailed block diagram of the main part of the block diagram 本発明の第2の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the floating type offshore wind power generation facility by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の構造を示す要部側面図The principal part side view which shows the structure of the floating type offshore wind power generation facility by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the floating type offshore wind power generation facility by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す上面図The top view which shows schematic structure of the floating type offshore wind power generation facility by the 4th Embodiment of this invention

10、40、50 浮体式洋上風力発電施設
11 ローター
12 52 浮体
13 ブレード
14 ブレード駆動手段(ブレードピッチ制御手段)
15 浮体運動検出手段(傾斜検出手段)
16 波高センサ(海象検出手段)
17 風速計(風速検出手段)
18、51 ナセル
19 回転軸
20 発電機制御手段
21 ブレードピッチ制御手段
22 ターゲットスケジューラ(目標設定部)
23 ゲインスケジューラ(制御ゲイン調節部)
24 フィードフォワード制御手段
25 発電機
31 海象状態検出手段(海象検出手段)
46、48、55 ヨーイング検出手段
10, 40, 50 Floating offshore wind power generation facility 11 Rotor 12 52 Floating body 13 Blade 14 Blade driving means (blade pitch control means)
15 Floating body motion detection means (tilt detection means)
16 Wave height sensor (sea state detection means)
17 Anemometer (wind speed detection means)
18, 51 Nacelle 19 Rotating shaft 20 Generator control means 21 Blade pitch control means 22 Target scheduler (target setting unit)
23 Gain Scheduler (Control Gain Adjuster)
24 Feed forward control means 25 Generator 31 Sea state detection means (sea state detection means)
46, 48, 55 Yawing detection means

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について、図1〜図11を参酌して以下に説明する。
図1は本実施形態による制御装置を備えた浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す正面図である。本実施形態の浮体式洋上風力発電施設10は、いわゆる浮体を海面に浮かべたスパー型のものであり、同図に示すように、ローター11と浮体12とから構成される。ローター11は、複数のブレード13、ブレード13のピッチを変更するブレード駆動手段14、回転軸19を内部に有するナセル18、及び回転軸19が接続された発電機(図示せず)を有する。
浮体式洋上風力発電施設10は、浮体12の運動を検出する浮体運動検出手段15、波高センサ(海象検出手段)16、風速計(風速検出手段)17を備えている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a floating offshore wind power generation facility equipped with a control device according to the present embodiment. The floating offshore wind power generation facility 10 of the present embodiment is a spar type that floats a so-called floating body on the sea surface, and includes a rotor 11 and a floating body 12 as shown in FIG. The rotor 11 includes a plurality of blades 13, blade driving means 14 for changing the pitch of the blades 13, a nacelle 18 having a rotary shaft 19 therein, and a generator (not shown) to which the rotary shaft 19 is connected.
The floating offshore wind power generation facility 10 includes a floating body motion detection means 15 that detects the motion of the floating body 12, a wave height sensor (sea state detection means) 16, and an anemometer (wind speed detection means) 17.

複数のブレード13は、ブレード駆動手段14を介して回転軸19に取り付けられている。本実施の形態のローター11は3枚のブレード13を備えている。ブレード13が風を受けることにより回転軸19が回転して、ナセル13内に設けられている発電機によって発電を行う。ブレード13のピッチを変更することで、ローター11の回転により生じる前後(図1の手前と奥)方向の力を変化させることができる。   The plurality of blades 13 are attached to the rotary shaft 19 via the blade driving means 14. The rotor 11 according to the present embodiment includes three blades 13. When the blade 13 receives wind, the rotating shaft 19 rotates and power is generated by a generator provided in the nacelle 13. By changing the pitch of the blades 13, the force in the front-rear direction (front and back in FIG. 1) generated by the rotation of the rotor 11 can be changed.

ここでブレード13のピッチすなわちブレードピッチとは、回転面に対するブレード13の角度をいう。ナセル18内に設けられたブレード駆動手段14によりブレード13を駆動してブレード13の回転軸19への取付角を変更することにより、ブレードピッチを変更する。ブレード駆動手段14としては、例えば電気や油圧を動力とする一般的に用いられるアクチュエータを挙げることができる。   Here, the pitch of the blade 13, that is, the blade pitch, refers to the angle of the blade 13 with respect to the rotating surface. The blade pitch is changed by driving the blade 13 by the blade driving means 14 provided in the nacelle 18 and changing the attachment angle of the blade 13 to the rotating shaft 19. As the blade driving means 14, for example, a commonly used actuator powered by electricity or hydraulic pressure can be cited.

本実施形態では、ローター11として、地面に対して水平な回転軸19を備えたいわゆる水平軸型風車を示したが、地面に対して垂直な回転軸を備えたいわゆる縦型風車を用いることもできる。   In the present embodiment, a so-called horizontal axis type windmill having a rotation shaft 19 that is horizontal to the ground is shown as the rotor 11, but a so-called vertical windmill having a rotation axis that is perpendicular to the ground may be used. it can.

浮体12は、その一部が海面Pの下に位置し、その浮力によって浮体式洋上風力発電施設10を海面P上に設置するものである。浮体12は、その全体が海面P下に位置する海面下部分12Aと、その一部が海面下に位置し大半の部分が海面P上に位置するタワー部12Bとを備えている。図1では省略しているが、浮体12は、係留索を介して海底のアンカーに係留されている。   A part of the floating body 12 is located below the sea surface P, and the floating offshore wind power generation facility 10 is installed on the sea surface P by its buoyancy. The floating body 12 includes a sea surface portion 12A that is entirely located below the sea surface P, and a tower portion 12B that is partly located below the sea surface and most of the portion is located on the sea surface P. Although not shown in FIG. 1, the floating body 12 is moored to an anchor on the seabed via a mooring line.

浮体運動検出手段15は、浮体12の運動(揺動)を検出するものであり、ローリング、ピッチング、ヨーイング、ヒービング、サージング、スウェイングの6自由度の内、少なくとも2以上の自由度を検出することが好ましい。特に、浮体運動検出手段15は、少なくとも傾斜検出手段として浮体12の傾斜(揺動角θ)を検出し、その時間的な変化から浮体12の傾斜運動を検出する。傾斜運動の検出に必要な時間計測や処理手段は、浮体運動検出手段(傾斜検出手段)15と一体的に設けることも、また別体の回路として設けることもできる。
ここで、傾斜検出手段は、浮体12の傾斜運動としてのピッチングを直接あるいは間接的に少なくとも検出する。一般的な浮体運動検出手段15は、例えば、ジャイロセンサー、傾斜計、加速度計、GPSを単独で、又は同種又は異種を組み合わせて構成することができる。また、浮体運動検出手段15を2次元センサーとすることにより、ピッチングのみならず浮体12の傾斜運動としてのローリングを直接あるいは間接的に検出することができる。この2次元の浮体運動を検出するには1次元センサーを2個組み合わせて構成することができる。また、ヨーイング、ヒービング、サージング、スウェイングと言った他の浮体運動を検出するには、専用の浮体運動検出手段を設けるか、例えば機能的に傾斜検出手段と兼ねることのできるジャイロセンサー等を用いることもできる。
本実施形態では、浮体運動検出手段15は、浮体12の重心位置(海面下部分12A)、浮体12の作業入り口付近(タワー部12B)、ならびにナセル18の3箇所に取り付けられている。作業入り口付近に取り付けることにより、浮体運動検出手段15のメンテナンスが容易になる。
The floating body motion detection means 15 detects the motion (swing) of the floating body 12, and detects at least two degrees of freedom among the six degrees of freedom of rolling, pitching, yawing, heaving, surging, and swaying. Is preferred. In particular, the floating body motion detection means 15 detects the tilt (swing angle θ) of the floating body 12 as at least the tilt detection means, and detects the tilt motion of the floating body 12 from its temporal change. The time measurement and processing means necessary for detecting the tilt motion can be provided integrally with the floating body motion detection means (tilt detection means) 15 or can be provided as a separate circuit.
Here, the inclination detecting means detects at least pitching as an inclination movement of the floating body 12 directly or indirectly. The general floating body motion detection means 15 can be constituted by, for example, a gyro sensor, an inclinometer, an accelerometer, and a GPS alone, or a combination of the same or different types. In addition, by using the two-dimensional sensor as the floating body motion detection means 15, not only pitching but also rolling as the tilting motion of the floating body 12 can be detected directly or indirectly. In order to detect this two-dimensional floating body motion, two one-dimensional sensors can be combined. Also, to detect other floating body movements such as yawing, heaving, surging, and swaying, use dedicated floating body movement detection means, or use a gyro sensor that can also function as a tilt detection means, for example. You can also.
In the present embodiment, the floating body motion detection means 15 is attached to three positions of the center of gravity of the floating body 12 (under the sea surface portion 12A), the vicinity of the work entrance of the floating body 12 (tower portion 12B), and the nacelle 18. By attaching to the vicinity of the work entrance, maintenance of the floating body motion detection means 15 is facilitated.

浮体運動検出手段15として加速度計を用いる場合、例えば、高さの異なる位置に取り付けられた複数の加速度計により測定された加速度に基づいて、浮体12の揺動角を検出することができる。
具体的には、浮体運動検出手段15で検出された検出値の時間的な変化を測定し、直接制御入力として利用したり、重心位置と浮体運動検出手段15取り付け位置の距離とかけ合わせることで浮体12の揺動レベル(揺動角)を推定し制御に利用する。
When an accelerometer is used as the floating body motion detection means 15, for example, the swing angle of the floating body 12 can be detected based on accelerations measured by a plurality of accelerometers attached at different heights.
Specifically, by measuring the temporal change of the detection value detected by the floating body motion detection means 15 and using it directly as a control input, or by multiplying it by the distance between the center of gravity position and the mounting position of the floating body motion detection means 15. The swing level (swing angle) of the floating body 12 is estimated and used for control.

波高センサ16は、海面Pにおける波の高さを測定するものであり、例えば、レーザ式波高計、超音波式波高計、容量式波高計、レーダー式波高計等を用いることができる。なお、本実施形態では、波高センサ16が浮体12に設けられている構成について説明したが、波高センサ16は必ずしも浮体12に取り付けられている必要はない。例えば、浮体式洋上風力発電施設10とは別体の波高センサを用い、有線または無線の通信手段を用いて測定結果を浮体式洋上風力発電施設10に送信する構成としてもよい。   The wave height sensor 16 measures the wave height on the sea surface P. For example, a laser wave height meter, an ultrasonic wave height meter, a capacitive wave height meter, a radar wave height meter, or the like can be used. In the present embodiment, the configuration in which the wave height sensor 16 is provided on the floating body 12 has been described. However, the wave height sensor 16 does not necessarily have to be attached to the floating body 12. For example, a configuration may be adopted in which a wave height sensor separate from the floating offshore wind power generation facility 10 is used, and a measurement result is transmitted to the floating offshore wind power generation facility 10 using wired or wireless communication means.

風速計17は、風向を伴ったベクトルとして風速を検出するものであり、例えば、風杯型風速計、風車型風速計、超音波式風速計などを用いることができる。   The anemometer 17 detects the wind speed as a vector with the wind direction. For example, a cup-type anemometer, a windmill-type anemometer, an ultrasonic anemometer, or the like can be used.

図2(a)は風力発電施設の浮体揺動を説明する浮体式洋上風力発電施設の側面図であり、図2(b)は(a)に示す揺動に伴う発電機の出力の変化を示すグラフである。図2(a)に示すように、風速の変化や海面Pにおける波浪による外力により、浮体12にかかる荷重が変化して、同図に両側矢印を用いて示したように、浮体式洋上風力発電施設10の前後(図では左右)に運動(揺動)が生じる。   FIG. 2 (a) is a side view of a floating offshore wind power generation facility explaining floating body swing of the wind power generation facility, and FIG. 2 (b) shows changes in the output of the generator accompanying the swing shown in (a). It is a graph to show. As shown in FIG. 2 (a), the load applied to the floating body 12 is changed by the change in wind speed and the external force caused by the waves on the sea surface P, and the floating offshore wind power generation as shown by the double-sided arrow in the figure. Movement (swing) occurs before and after the facility 10 (left and right in the figure).

浮体12に揺動が生じると、揺動に起因してローター11にあたる風の相対風速に変化が生じる。例えば、図2(a)に片側矢印で示した風速Vが一定であったとしても、浮体12が前方向に揺動(ピッチング)する際には(両側矢印のA方向への運動)相対風速が風速Vよりも大きくなり、後方向に揺動する際には(両側矢印のB方向への運動)相対風速が風速Vよりも小さくなる。この結果、図2(b)に示すように、時間の経過に伴って発電機の出力が変動する。   When the floating body 12 swings, the relative wind speed of the wind that hits the rotor 11 changes due to the swing. For example, even if the wind speed V indicated by the one-sided arrow in FIG. 2A is constant, when the floating body 12 swings forward (pitching) (movement of the double-sided arrow in the A direction), the relative wind speed Becomes larger than the wind speed V, and the relative wind speed becomes smaller than the wind speed V when swinging backward (movement of the double-sided arrow in the B direction). As a result, as shown in FIG. 2B, the output of the generator varies with the passage of time.

浮体式洋上風力発電施設10は、浮体運動検出手段15の検出結果に基づいて、ブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを変更する。例えば、図2(a)に示すように浮体12が前後方向に揺動(ピッチング)する際には、1サイクルの浮体12の運動の中で、ブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチの変更も1サイクルが行われる。
これによりローター11に生じる力を変化させて、浮体12の揺動を低減させることができる。図2(a)(b)において、実線は、浮体12の大きい揺動と発電機の出力の変化を示しており、破線は浮体12の小さい揺動と発電機の出力の変化を示している。ブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを変更することで、破線で示すように浮体12の揺動を小さくすることができる。浮体12の揺動を抑制して揺動角θを小さくすることにより、発電機の出力を安定させ、電力の品質を向上させることができる。また、浮体12がローリングする場合は、浮体運動検出手段15が傾斜(揺動角θ’)の2次元的な動きを検出してブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを変更する。また、ピッチングとローリングが組み合わさった浮体12の運動の場合は、2次元的な動きを考慮して最適にブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを制御する。更に、ヨーイング、ヒービング、サージング、スウェイングと言った浮体の運動を考慮して最適にブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを制御することもできる。
なお、浮体12の揺動周期は、通常は0.1〜0.3Hzであり、地上や浜辺に設置される固定式の風力発電施設のタワー(構造的には浮体12に相当)の1Hz以上の振動周期とは、数値的な範囲が異なっている。
The floating offshore wind power generation facility 10 changes the blade pitch of the blade 13 by the blade driving unit 14 based on the detection result of the floating body motion detection unit 15. For example, when the floating body 12 swings back and forth (pitching) as shown in FIG. 2A, the blade driving means 14 changes the blade pitch of the blade 13 during the movement of the floating body 12 in one cycle. One cycle is performed.
Thereby, the force generated in the rotor 11 can be changed, and the swinging of the floating body 12 can be reduced. 2 (a) and 2 (b), a solid line indicates a large swing of the floating body 12 and a change in the output of the generator, and a broken line indicates a small swing of the floating body 12 and a change in the output of the generator. . By changing the blade pitch of the blade 13 by the blade driving means 14, the swing of the floating body 12 can be reduced as shown by the broken line. By suppressing the swing of the floating body 12 and reducing the swing angle θ, the output of the generator can be stabilized and the quality of the power can be improved. When the floating body 12 rolls, the floating body motion detection means 15 detects a two-dimensional movement of inclination (swing angle θ ′), and the blade driving means 14 changes the blade pitch of the blade 13. In the case of the movement of the floating body 12 in which pitching and rolling are combined, the blade pitch of the blade 13 is optimally controlled by the blade driving means 14 in consideration of a two-dimensional movement. Furthermore, the blade pitch of the blade 13 can be optimally controlled by the blade driving means 14 in consideration of floating body motion such as yawing, heaving, surging, and swaying.
In addition, the rocking | fluctuation period of the floating body 12 is 0.1-0.3 Hz normally, and it is 1 Hz or more of the tower (structurally equivalent to the floating body 12) of the fixed wind power generation facility installed on the ground or the beach. The numerical range is different from the vibration period.

図3は風速と発電機の出力、および風速と発電機回転数との関係を示す発電機のタービン性能曲線のグラフである。同図の横軸は風速を示しており、太い実線で示した上側に位置するグラフでは縦軸が発電機の回転数を示しており、細い実線で示した下側に位置するグラフでは縦軸が発電機の出力を示している。   FIG. 3 is a graph of the turbine performance curve of the generator showing the relationship between the wind speed and the output of the generator and the relationship between the wind speed and the generator speed. The horizontal axis of the figure shows the wind speed, and in the graph located on the upper side indicated by a thick solid line, the vertical axis indicates the number of revolutions of the generator, and in the graph located on the lower side indicated by a thin solid line, the vertical axis Indicates the output of the generator.

浮体式洋上風力発電施設10は、風速の大きさによって3つの異なるモードでの制御を行う。図3に示すように、縦の破線で区切った(1)〜(3)で示す各領域に対応して、制御モード(1)〜(3)があり、下記のとおり風速の大きさに基づいてモードの切替を行う。
モード(1)発電機の最大回転数に到達する前
発電機のタービンの最大出力係数Cpmaxに合わせて発電機の回転数を制御する(発電機の負荷変更、ブレードのピッチ角固定)
モード(2)発電機の最大回転数に達した後、発電機の定格出力に達する前
発電機の回転数が一定になるように制御する(ブレードのピッチ角変更)
モード(3)発電機の定格出力に達した後
発電機の出力が一定になるように制御する(ブレードのピッチ角変更)
The floating offshore wind power generation facility 10 performs control in three different modes depending on the magnitude of the wind speed. As shown in FIG. 3, there are control modes (1) to (3) corresponding to the areas indicated by (1) to (3) separated by vertical broken lines, and are based on the magnitude of the wind speed as follows. Switch the mode.
Mode (1) Before reaching the maximum generator speed The generator speed is controlled in accordance with the maximum output coefficient Cpmax of the turbine of the generator (changing the generator load and fixing the blade pitch angle).
Mode (2) After reaching the maximum generator speed, but before reaching the rated output of the generator Control the generator speed to be constant (change the pitch angle of the blade)
Mode (3) After reaching the rated output of the generator, control the generator output to be constant (change the pitch angle of the blade)

なお、本発明では、適宜、発電機の最大回転数に到達する前の風速領域を弱風領域といい、発電機の最大回転数に達した後、発電機の定格出力に達するまでの風速領域を中風領域といい、発電機の定格出力に達した後の領域を強風領域という。なお、発電機の定格出力に達する前を弱風領域、定格出力に達した以降を強風領域と定義することも場合によっては可能である。   In the present invention, the wind speed area before reaching the maximum rotational speed of the generator is referred to as a weak wind area, and the wind speed area until reaching the rated output of the generator after reaching the maximum rotational speed of the generator. Is called the medium wind region, and the region after reaching the rated output of the generator is called the strong wind region. It is also possible in some cases to define the low wind region before reaching the rated output of the generator and the strong wind region after reaching the rated output.

浮体式洋上風力発電施設10は、ローター11の回転数、発電機の出力以外に、浮体運動検出手段15により浮体12の揺動角θもモニターしている。浮体12の揺動角θが大きくなった場合は、風速計17により測定された風速に基づいて特定されるモード毎に、ブレード駆動手段14によりブレード13のピッチ角制御を実施して、浮体12の運動を低減させる。これにより、発電機の出力変化を抑制して、電力品質を向上することができる。   The floating offshore wind power generation facility 10 monitors the swing angle θ of the floating body 12 by the floating body motion detection means 15 in addition to the rotational speed of the rotor 11 and the output of the generator. When the swinging angle θ of the floating body 12 is increased, the pitch angle of the blade 13 is controlled by the blade driving means 14 for each mode specified based on the wind speed measured by the anemometer 17, and the floating body 12. Reduce exercise. Thereby, the output change of a generator can be suppressed and electric power quality can be improved.

図4は、図3の領域(1)のタービン性能曲線を示しており、(a)は揺動角が所定値未満の場合における目標回転数のグラフであり、(b)は揺動角が所定値以上の場合における目標回転数を示すグラフである。   FIG. 4 shows a turbine performance curve in the region (1) of FIG. 3, where (a) is a graph of the target rotational speed when the swing angle is less than a predetermined value, and (b) is the swing angle. It is a graph which shows the target rotation speed in the case of more than predetermined value.

浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θが所定値未満である場合、浮体12の揺動による発電機の出力変化(図2参照)が電力の品質および発電効率に与える影響は大きくない。そこで、この場合、図4(a)に示すように、図3のモード(1)と同様、発電効率が最大となる回転数Cpmaxを目標回転数(目標値)として発電機の負荷を変化させる制御を行う。   When the swing angle θ of the floating body 12 detected by the floating body motion detection means 15 is less than a predetermined value, the influence of the change in the output of the generator (see FIG. 2) due to the swing of the floating body 12 on the power quality and the power generation efficiency. Is not big. Therefore, in this case, as shown in FIG. 4A, as in the mode (1) of FIG. 3, the load on the generator is changed with the rotational speed Cpmax at which the power generation efficiency is maximized as the target rotational speed (target value). Take control.

対して、浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θが所定値以上である場合、浮体12の揺動による出力の変化が電力の品質低下および発電効率に与える影響は大きい。そこで、この場合、図4(b)に示すように、図3におけるモード(1)とは異なり、目標回転数をCpmaxよりも低く設定変更した上、発電機の負荷を変化させる制御に加えて、ブレードピッチ制御手段21により浮体12の揺動の抑制制御を行う。
なお、発電機制御手段20やブレードピッチ制御手段21などの制御手段は、例えば、制御に用いられる各種情報が記録された記憶手段および演算処理装置により構成される。
On the other hand, when the rocking angle θ of the floating body 12 detected by the floating body motion detecting means 15 is equal to or greater than a predetermined value, the change in output due to the rocking of the floating body 12 has a great influence on the power quality reduction and the power generation efficiency. Therefore, in this case, as shown in FIG. 4 (b), unlike the mode (1) in FIG. 3, the target rotational speed is set lower than Cpmax, and in addition to the control for changing the load of the generator. Then, the blade pitch control means 21 controls the swinging of the floating body 12.
In addition, control means, such as the generator control means 20 and the blade pitch control means 21, are comprised by the memory | storage means and arithmetic processing apparatus in which the various information used for control is recorded, for example.

図5は、図3の領域(1)における制御系の概略を示すブロック図である。同図に示すように、浮体式洋上風力発電施設10は、制御手段として、発電機制御手段20とブレードピッチ制御手段21を備えている。発電機制御手段20は、目標回転数Ndに基づいて発電機トルクTrqを変化させることにより、発電システム30を構成する発電機25におけるタービンの回転数Nを制御するものである。発電システム30からは発電機25のタービンの回転数Nがフィードバックされる。回転数Nは発電機25の軸に取り付けられた回転数検出手段28で検出するが、発電機25の軸はローター11の回転軸19と直結されているため、ローター11の回転数Nと実質的には同一の値である。   FIG. 5 is a block diagram showing an outline of the control system in the region (1) of FIG. As shown in the figure, the floating offshore wind power generation facility 10 includes a generator control means 20 and a blade pitch control means 21 as control means. The generator control means 20 controls the rotation speed N of the turbine in the generator 25 that constitutes the power generation system 30 by changing the generator torque Trq based on the target rotation speed Nd. From the power generation system 30, the rotational speed N of the turbine of the generator 25 is fed back. The rotational speed N is detected by the rotational speed detection means 28 attached to the shaft of the generator 25. Since the shaft of the generator 25 is directly connected to the rotational shaft 19 of the rotor 11, the rotational speed N is substantially equal to the rotational speed N of the rotor 11. The same value.

ブレードピッチ制御手段21は、浮体運動検出手段15により検出された揺動角θが所定値以上である場合に、発電システム30を構成するブレード駆動手段14によりブレードピッチ角βθを変化させて浮体12の揺動を抑制し、発電機25の出力を安定化するものである。発電システム30からブレードピッチ制御手段21へ揺動角θがフィードバックされる。The blade pitch control means 21 changes the blade pitch angle β θ by the blade driving means 14 constituting the power generation system 30 when the swing angle θ detected by the floating body motion detection means 15 is equal to or greater than a predetermined value. 12 is suppressed and the output of the generator 25 is stabilized. The oscillation angle θ is fed back from the power generation system 30 to the blade pitch control means 21.

上述したように浮体運動検出手段15により検出された揺動角θが所定値以上である場合に、ブレードピッチ制御手段21によるブレードピッチ角βθを変化させる制御がなされる。上記所定値は、要求される電力品質に応じて、適宜設定すればよい。また、ブレードピッチ制御手段21が常にブレードピッチ角βθを制御することとしてもよい。この点は、後述する、中風領域および強風領域における制御でも同様である。When the swing angle theta detected by the floating body motion detecting means 15 as described above is a predetermined value or more, the control for changing the blade pitch angle beta theta by the blade pitch control means 21 is performed. The predetermined value may be set as appropriate according to the required power quality. Further, it is also possible that the blade pitch control means 21 always controls the blade pitch angle beta theta. This also applies to the control in the middle wind region and the strong wind region, which will be described later.

発電機制御手段20が、発電効率が最大となる回転数Cpmaxを得るために用いる目標回転数Ndよりも低い回転数に設定変更することにより、すなわち目標回転数Ndを、揺動していない状態での発電効率が最大となる回転数よりも低く設定変更することにより、所定の揺動角θ以上の浮体運動が生じている状態において、変動する発電機25の効率の平均値を最大とし、また発電機25の出力変動幅を最小とすることができる。これにより、電力品質を向上させることができる。   The generator control means 20 changes the setting to a lower rotational speed than the target rotational speed Nd used to obtain the rotational speed Cpmax that maximizes the power generation efficiency, that is, the target rotational speed Nd is not oscillated. By changing the setting lower than the rotational speed at which the power generation efficiency at the maximum is set, the average value of the efficiency of the fluctuating generator 25 is maximized in the state where the floating body motion of the predetermined swing angle θ or more is occurring, Further, the output fluctuation range of the generator 25 can be minimized. Thereby, electric power quality can be improved.

図6は、図3の領域(2)のタービン性能曲線を示しており、(a)は揺動角が所定値未満の場合における目標回転数のグラフであり、(b)は揺動角が所定値以上の場合における目標回転数を示すグラフである。   FIG. 6 shows a turbine performance curve in the region (2) of FIG. 3, (a) is a graph of the target rotational speed when the swing angle is less than a predetermined value, and (b) is the swing angle. It is a graph which shows the target rotation speed in the case of more than predetermined value.

図6(a)に示すように、浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θが所定値未満である場合、浮体12の揺動による出力変化が電力の品質および発電効率に与える影響は大きくない。そこで、この場合、図3のモード(2)と同様、Cpmaxを目標回転数としてブレードピッチを変化させる制御を行う。   As shown in FIG. 6A, when the swinging angle θ of the floating body 12 detected by the floating body motion detecting means 15 is less than a predetermined value, the output change due to the swinging of the floating body 12 affects the power quality and the power generation efficiency. The impact is not significant. Therefore, in this case, similarly to the mode (2) in FIG. 3, control is performed to change the blade pitch with Cpmax as the target rotational speed.

図6(b)に示すように、浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θが所定値以上である場合、浮体12の運動による出力の変化が電力の品質低下および発電効率に与える影響が大きい。そこで、図3のモード(2)とは異なり、目標回転数をCpmaxよりも低く設定変更した上、発電機25の負荷を変化させる制御に加えて、ブレードピッチ制御手段21により浮体12の揺動を抑制する。   As shown in FIG. 6B, when the rocking angle θ of the floating body 12 detected by the floating body motion detecting means 15 is equal to or greater than a predetermined value, the change in output due to the motion of the floating body 12 results in a reduction in power quality and power generation efficiency. The impact on Therefore, unlike the mode (2) of FIG. 3, the target rotational speed is set and changed lower than Cpmax, and in addition to the control for changing the load of the generator 25, the blade pitch control means 21 swings the floating body 12. Suppress.

図7は図3の領域(2)における制御系の概略を示すブロック図である。同図に示すように、浮体式洋上風力発電施設10は、制御手段として、発電機制御手段20とブレードピッチ制御手段21を備えている。領域(2)(中風領域)においては、発電機25の回転数Nが最大回転数に達している(図3参照)。このため発電機制御手段20は、回転数Nを最大回転数に維持する手段としてブレードピッチを変化させる。発電システム30からは発電機25のタービンの回転数Nがフィードバックされる。回転数Nは発電機25の軸に取り付けられた回転数検出手段28で検出するが、発電機25の軸はローター11の回転軸19と直結されているため、ローター11の回転数Nと実質的には同一の値である。   FIG. 7 is a block diagram showing an outline of the control system in the region (2) of FIG. As shown in the figure, the floating offshore wind power generation facility 10 includes a generator control means 20 and a blade pitch control means 21 as control means. In the region (2) (medium wind region), the rotational speed N of the generator 25 reaches the maximum rotational speed (see FIG. 3). Therefore, the generator control means 20 changes the blade pitch as means for maintaining the rotational speed N at the maximum rotational speed. From the power generation system 30, the rotational speed N of the turbine of the generator 25 is fed back. The rotational speed N is detected by the rotational speed detection means 28 attached to the shaft of the generator 25. Since the shaft of the generator 25 is directly connected to the rotational shaft 19 of the rotor 11, the rotational speed N is substantially equal to the rotational speed N of the rotor 11. The same value.

ブレードピッチ制御手段21は、領域(1)(弱風領域)と同様に機能するものである。しかし、領域(2)(中風領域)では、弱風領域とは異なり、ブレードピッチが発電機制御手段20による発電機25の回転数Nを制御する手段としても用いられている。そこで、領域(1)とは異なり、発電機制御手段20からの出力βとブレードピッチ制御手段21からの出力βθが加算された後に発電システム30に出力され、発電機25およびブレード駆動手段14の制御に用いられる。このように、発電機制御手段20およびブレードピッチ制御手段21からの出力に基づいて、ブレード駆動手段14によりローター11のブレード角を制御する。これにより浮体12の揺動を抑えると共に、発電機25の回転数Nを制御して、浮体式洋上風力発電施設10の発電機25の出力を安定化させた中で発電効率を最大とすることが可能となる。The blade pitch control means 21 functions in the same manner as the region (1) (light wind region). However, in the region (2) (medium wind region), unlike the weak wind region, the blade pitch is also used as means for controlling the rotational speed N of the generator 25 by the generator control means 20. Therefore, unlike the region (1), the output β N from the generator control means 20 and the output β θ from the blade pitch control means 21 are added and then output to the power generation system 30 to generate the generator 25 and the blade driving means. 14 is used for control. As described above, the blade angle of the rotor 11 is controlled by the blade driving means 14 based on the outputs from the generator control means 20 and the blade pitch control means 21. This suppresses the swinging of the floating body 12 and controls the rotational speed N of the generator 25 to maximize the power generation efficiency while stabilizing the output of the generator 25 of the floating offshore wind power generation facility 10. Is possible.

発電システム30におけるブレードピッチの制御は、βとβθとの重み付けを行って加算した結果に基づいて行うこととしてもよい。重み付けは、浮体運動検出手段15により検出された揺動角θや風速Vなどに基づいて行うことができる。例えば、電力品質の安定性(出力の安定性)を重視する場合、揺動角θが所定値未満のときにはβのみに基づいて発電システム30を制御し、揺動角θが所定値以上のときにはβθのみに基づいて制御することとしてもよい。また、発電効率を重視する場合、発電機25の発電効率への影響が大きくなる揺動角θを所定値として、揺動角θが所定値未満のときにはβθのみに基づいて発電システム30を制御し、揺動角θが所定値以上のときにはβのみに基づいて制御することとしてもよい。無論、βN、βθに適切な重み付け係数を掛けて双方の出力に基づいて制御することもできる。The blade pitch control in the power generation system 30 may be performed based on the result of weighting and adding β N and β θ . The weighting can be performed based on the rocking angle θ detected by the floating body motion detection means 15 and the wind speed V. For example, when importance is attached to the stability of the power quality (stability of the output), when the swing angle θ is less than a predetermined value by controlling the power generation system 30 based only on the beta N, swing angle θ is equal to or higher than the predetermined value sometimes it may be controlled based only on beta theta. In addition, when emphasizing the power generation efficiency, the swinging angle θ that greatly affects the power generation efficiency of the generator 25 is set as a predetermined value, and when the swinging angle θ is less than the predetermined value, the power generation system 30 is based only on βθ. It is also possible to control based on βN only when the swing angle θ is greater than or equal to a predetermined value. Of course, it is also possible to control based on both outputs by multiplying β N and β θ by appropriate weighting factors.

図8(a)は、図3の領域(3)のタービン性能曲線のうち揺動角が所定値未満の場合および揺動角が所定値以上の場合における目標定格出力のグラフである。
浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θ(図2参照)が所定値未満である場合、浮体12の揺動による出力の変化が電力の品質低下に与える影響は大きなものではない。そこで、図8(a)に破線で示すように、発電機25が定格出力となるように制御することで、発電効率を良好にすることができる。
FIG. 8A is a graph of the target rated output when the swing angle is less than a predetermined value and when the swing angle is greater than or equal to the predetermined value in the turbine performance curve in the region (3) of FIG.
When the rocking angle θ (see FIG. 2) of the floating body 12 detected by the floating body motion detecting means 15 is less than a predetermined value, the change in the output due to the rocking of the floating body 12 does not significantly affect the quality of power. Absent. Therefore, as shown by a broken line in FIG. 8A, the power generation efficiency can be improved by controlling the generator 25 to have a rated output.

対して、浮体運動検出手段15により検出された浮体12の揺動角θが所定値以上である場合、浮体12の運動による出力の変化が電力の品質低下に与える影響は大きい。そこで、図3のモード(3)とは異なり、ブレードピッチ制御手段21により浮体12の揺動を抑制する。これにより、揺動による電力の出力変化を抑制し、電力品質を向上させることができる。   On the other hand, when the rocking angle θ of the floating body 12 detected by the floating body motion detection means 15 is greater than or equal to a predetermined value, the change in output due to the motion of the floating body 12 has a great influence on the power quality degradation. Therefore, unlike the mode (3) of FIG. 3, the blade pitch control means 21 suppresses the swinging of the floating body 12. Thereby, the output change of the electric power by rocking | fluctuation can be suppressed and electric power quality can be improved.

図8(b)は目標出力と揺動に伴う発電機の出力の変化を示すグラフである。浮体12が揺動している場合に定格出力を目標出力とすると、浮体12が揺動して相対風力が大きくなったときに発電機25の定格出力を超えるおそれがある。そこで、所定値以上の揺動角θが検出された場合、定格出力よりも低い値が目標出力となるように設定を変更する。これにより、定格出力を超えた状態で発電機25が運転されることを防いで、浮体式洋上風力発電施設10の安全性を向上させることができる。   FIG. 8B is a graph showing changes in the output of the generator accompanying the target output and swinging. If the rated output is the target output when the floating body 12 is oscillating, the rated output of the generator 25 may be exceeded when the floating body 12 oscillates and the relative wind power increases. Therefore, when a swing angle θ greater than a predetermined value is detected, the setting is changed so that a value lower than the rated output becomes the target output. Thereby, it is possible to prevent the generator 25 from being operated in a state where the rated output is exceeded, and to improve the safety of the floating offshore wind power generation facility 10.

図9は、図3の領域(3)における制御系の概略を示すブロック図である。同図に示すように、浮体式洋上風力発電施設10は制御手段として、発電機制御手段20およびブレードピッチ制御手段21を備えている。領域(3)(強風領域)においては、発電機25の回転数Nが最大回転数に達し、発電機25の出力Pが定格出力に達している(図3参照)。そこで、発電機25の定格出力を目標出力Pdとして設定する。また、発電機制御手段20は、発電機25の出力Pを定格出力に維持するための手段としてブレードピッチを変化させる。発電システム30からは、発電機25の出力Pがフィードバックされる。なお、発電機25の出力Pは、出力検出手段29により検出される。   FIG. 9 is a block diagram showing an outline of the control system in the region (3) of FIG. As shown in the figure, the floating offshore wind power generation facility 10 includes a generator control means 20 and a blade pitch control means 21 as control means. In the region (3) (strong wind region), the rotational speed N of the generator 25 reaches the maximum rotational speed, and the output P of the generator 25 reaches the rated output (see FIG. 3). Therefore, the rated output of the generator 25 is set as the target output Pd. Further, the generator control means 20 changes the blade pitch as a means for maintaining the output P of the generator 25 at the rated output. From the power generation system 30, the output P of the generator 25 is fed back. The output P of the generator 25 is detected by the output detection means 29.

ブレードピッチ制御手段21は、領域(1)(弱風領域)と同様の機能を有するものである。しかし、強風領域ではブレードピッチが発電機制御手段20による発電機25の出力Pを制御する手段としても用いられている。このため、領域(2)同様、発電機制御手段20からの出力βとブレードピッチ制御手段21からの出力βθが加算されて、発電システム30に出力される。両者の加算においては、領域(2)(中風領域)同様、重み付けすることとしてもよい。このように、発電機制御手段20からの出力βとブレードピッチ制御手段21からの出力βθに基づいて、ブレード駆動手段14によりローター11のブレード角を制御する。これにより浮体12の揺動を抑えると共に発電機25の出力Pを制御することができるから、浮体式洋上風力発電施設10の発電機25の出力Pを安定化させた中で発電効率を最大にすることが可能となる。The blade pitch control means 21 has the same function as the region (1) (light wind region). However, the blade pitch is also used as means for controlling the output P of the generator 25 by the generator control means 20 in the strong wind region. Therefore, the area (2) Similarly, the output beta theta from the output beta P and the blade pitch control means 21 from the generator control unit 20 is added, is output to the power generation system 30. In addition of both, it is good also as weighting like area | region (2) (medium wind area | region). Thus, based on the output beta theta from the output beta P and the blade pitch control means 21 from the generator control unit 20, controls the blade angle of the rotor 11 by the blade drive means 14. Thus, the swinging of the floating body 12 can be suppressed and the output P of the generator 25 can be controlled, so that the power generation efficiency is maximized while the output P of the generator 25 of the floating offshore wind power generation facility 10 is stabilized. It becomes possible to do.

浮体式洋上風力発電施設10の制御手段について、図10を参酌して以下に説明する。
図10は本実施形態の浮体式洋上風力発電施設の制御系の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、浮体式洋上風力発電施設10は、既に説明した発電機制御手段20、ブレードピッチ制御手段21に加えて、ターゲットスケジューラ(目標設定部)22、ゲインスケジューラ(制御ゲイン調整部)23、フィードフォワード制御手段24、および海象の状態を総合的に把握する海象状態検出手段31を備えている。
The control means of the floating offshore wind power generation facility 10 will be described below with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the floating offshore wind power generation facility of the present embodiment. As shown in the figure, the floating offshore wind power generation facility 10 includes a target scheduler (target setting unit) 22, a gain scheduler (control gain adjustment unit) in addition to the generator control unit 20 and blade pitch control unit 21 described above. ) 23, feedforward control means 24, and sea state detection means 31 for comprehensively grasping the sea state.

ターゲットスケジューラ22は、弱風領域、中風領域および強風領域のうちどの領域に属するかにより、制御モードを切換えて、目標回転数Nrefまたは目標出力Prefを変更する。例えば、発電機25のタービン性能曲線のグラフ(図3参照)に対応した情報のテーブルが記憶された記憶手段と演算処理装置とを用いてターゲットスケジューラ22を構成することができる。   The target scheduler 22 changes the target rotation speed Nref or the target output Pref by switching the control mode depending on which of the low wind area, the medium wind area, and the strong wind area belongs. For example, the target scheduler 22 can be configured by using a storage unit and an arithmetic processing unit in which a table of information corresponding to a turbine performance curve graph (see FIG. 3) of the generator 25 is stored.

ターゲットスケジューラ22が制御モードを切換えるトリガ(きっかけ)としては、発電システム30の風速計17(図1参照)により測定された風速Vおよび/または発電機25の回転数Nを用いることができる。ターゲットスケジューラ22により、風速Vおよび回転数検出手段28で検出される発電機25の回転数Nに応じた適切な制御モードに自動的に切換えて制御を行うことができる。また、各制御モードにおいて、目標回転数Nrefまたは目標出力Prefを変更するトリガとしては、揺動角θが用いられる。   As a trigger for the target scheduler 22 to switch the control mode, the wind speed V measured by the anemometer 17 of the power generation system 30 (see FIG. 1) and / or the rotational speed N of the generator 25 can be used. The target scheduler 22 can automatically perform control by switching to an appropriate control mode according to the wind speed V and the rotational speed N of the generator 25 detected by the rotational speed detection means 28. In each control mode, the swing angle θ is used as a trigger for changing the target rotational speed Nref or the target output Pref.

ターゲットスケジューラ22には、発電システム30から、回転数検出手段28で検出される発電機25の回転数N、出力検出手段29で検出される出力P、風速計17で検出される風速V、浮体運動検出手段15による揺動角θ、及びヨーイング検出手段46で検出されるヨー角ψがフィードバックされる。フィードバックされたこれら出力は、制御モードに応じて用いられる。弱風領域および中風領域においては、制御目標値として目標回転数Nrefが用いられるから、回転数Nがフィードバック制御に用いられる(図5、7参照)。強風領域においては、制御目標値として目標出力Prefが用いられるから、出力Pがフィードバック制御に用いられる(図9参照)。   The target scheduler 22 receives from the power generation system 30 the rotational speed N of the generator 25 detected by the rotational speed detection means 28, the output P detected by the output detection means 29, the wind speed V detected by the anemometer 17, the floating body The rocking angle θ by the motion detector 15 and the yaw angle ψ detected by the yawing detector 46 are fed back. These fed back outputs are used according to the control mode. In the light wind region and the medium wind region, the target rotational speed Nref is used as the control target value, so the rotational speed N is used for feedback control (see FIGS. 5 and 7). In the strong wind region, since the target output Pref is used as the control target value, the output P is used for feedback control (see FIG. 9).

また、揺動角θは、ゲインスケジューラ23を介してブレードピッチ制御手段21に出力され、全領域においてブレードピッチ制御に用いられる。なお、ブレードピッチ制御手段21による制御は、揺動角θが所定値以上となることをトリガとして開始する構成としてもよい。   The swing angle θ is output to the blade pitch control means 21 via the gain scheduler 23 and used for blade pitch control in the entire region. It should be noted that the control by the blade pitch control means 21 may be configured to start when the swing angle θ is greater than or equal to a predetermined value.

ゲインスケジューラ23は、発電機制御手段20およびブレードピッチ制御手段21における入力に対する出力の比である制御ゲインを調節するものである。ゲインスケジューラ23による制御は、例えばPID制御などのような一般的に用いられる方式を用いることができる。ゲインスケジューラ23は、フィルタ26’を通した浮体運動検出手段15による揺動角θの検出結果に基づいて、ブレードピッチ制御手段21の制御ゲインを調節する。これによりブレード駆動手段14がローター11のブレードピッチを変化させて、浮体12の揺動による発電機25の出力変化を抑制する。   The gain scheduler 23 adjusts a control gain that is a ratio of output to input in the generator control means 20 and the blade pitch control means 21. For the control by the gain scheduler 23, a generally used method such as PID control can be used. The gain scheduler 23 adjusts the control gain of the blade pitch control means 21 based on the detection result of the swing angle θ by the floating body motion detection means 15 that has passed through the filter 26 ′. Thereby, the blade drive means 14 changes the blade pitch of the rotor 11 and suppresses the output change of the generator 25 due to the swinging of the floating body 12.

フィードフォワード制御手段24は、フィルタ26とフィードフォワード制御システム27とを備えている。そして、海象状態検出手段31により検出された浮体12の周囲の海象状態を発電機制御手段20およびブレードピッチ制御手段21の制御に反映させるものである。フィルタ26は、海象状態検出手段31により検出された海象に対応した信号から各種ノイズを取り除くものである。フィードフォワード制御システム27は、海象状態検出手段31により検出された外乱を予測して、発電機制御手段20およびブレードピッチ制御手段21の制御に反映させるものである。   The feedforward control means 24 includes a filter 26 and a feedforward control system 27. The state of the sea around the floating body 12 detected by the sea state detection unit 31 is reflected in the control of the generator control unit 20 and the blade pitch control unit 21. The filter 26 removes various noises from the signal corresponding to the sea state detected by the sea state state detecting means 31. The feedforward control system 27 predicts the disturbance detected by the sea state detection means 31 and reflects it in the control of the generator control means 20 and the blade pitch control means 21.

海象状態検出手段31は、浮体12の回りの周囲の海象状態を検出するものである。海象状態としては、例えば、波高、波向き、波周期、流速、流向などが挙げられる。なお、海象状態検出手段31は、浮体12とは別体のものとして構成することもできる。また、別体とする場合、例えば、無線や有線の通信手段を介して、浮体式洋上風力発電施設10に海象状態を送信する構成としてもよい。   The sea state detection means 31 detects the surrounding sea state around the floating body 12. Examples of sea state include wave height, wave direction, wave period, flow velocity, flow direction, and the like. The sea state detection means 31 can also be configured as a separate body from the floating body 12. Moreover, when making it a different body, it is good also as a structure which transmits a sea state to the floating-type offshore wind power generation facility 10, for example via a radio | wireless or a wired communication means.

海象状態検出手段31により検出された海象は、フィードフォワード制御手段24を介してブレード駆動手段14および発電機25の制御に用いられる。すなわち、図10に示すように、発電機制御手段20は、発電システム30からのフィードバック信号およびゲインスケジューラ23からの信号に加えて、フィードフォワード制御手段24からの信号をも制御に用いる。   The sea state detected by the sea state detection means 31 is used for controlling the blade driving means 14 and the generator 25 via the feedforward control means 24. That is, as shown in FIG. 10, the generator control means 20 uses the signal from the feedforward control means 24 in addition to the feedback signal from the power generation system 30 and the signal from the gain scheduler 23 for control.

フィードフォワード制御では、海象状態検出手段31の検出結果に基づいて浮体運動を予測して予め必要な制御量を計算することが可能である。アクチュエータとしてのブレード駆動手段14の応答時間等に起因する制御時間の遅れがあると、フィードフォワード制御することによって逆に浮体揺動を増幅することもある。そこで、フィードバック制御によってロバスト性を確保しながら、フィードフォワード制御で出力変動に対する速応性を向上させている。   In the feedforward control, it is possible to predict the floating body motion based on the detection result of the sea state detection means 31 and calculate a necessary control amount in advance. If there is a delay in the control time due to the response time of the blade driving means 14 as an actuator, the floating body swing may be amplified by feedforward control. Therefore, the feedforward control improves the speed response to the output fluctuation while ensuring the robustness by the feedback control.

図11は、図10に示すブロック図の要部詳細ブロック図である。
図10に示すフィードフォワード制御システム27は、発電機制御手段20の出力に対してトルク変化量△Tqを出力する回転数補正部と、ブレードピッチ制御手段21の出力に対してブレードピッチ変化量△βを出力するブレードピッチ補正部からなる。
FIG. 11 is a detailed block diagram of essential parts of the block diagram shown in FIG.
The feedforward control system 27 shown in FIG. 10 includes a rotation speed correction unit that outputs a torque change amount ΔTq with respect to the output of the generator control means 20, and a blade pitch change amount Δ with respect to the output of the blade pitch control means 21. It consists of a blade pitch correction unit that outputs β.

回転数補正部は、ローター11及び浮体12の運動モデル部27aとPID制御部27bとを有する。
ローター及び浮体の運動モデル部27aは、あらかじめ計算された応答関数を有しており、海象状態検出手段31からの直前の波高、波向計測データHw(t)と、発電システム30からの直前の発電機25の回転数N及び浮体運動検出手段15により検出される直前の揺動角θが入力されることで、回転数偏差△Nを出力する。
The rotation speed correction unit includes a motion model unit 27a and a PID control unit 27b of the rotor 11 and the floating body 12.
The rotor and floating body motion model unit 27a has a response function calculated in advance, and the wave height and wave direction measurement data Hw (t) immediately before from the sea state detection means 31 and The rotational speed deviation ΔN is output by inputting the rotational speed N of the generator 25 and the swing angle θ immediately before being detected by the floating body motion detecting means 15.

PID制御部27bでは、回転数偏差△Nが入力され、P制御、PI制御、PD制御又はPID制御を行うことでトルク変化量△Tqを出力する。
ブレードピッチ補正部は、ローター11及び浮体12の運動モデル部27cとPID制御部27dとブレードピッチ変化量変換部27eを有する。
In the PID control unit 27b, the rotational speed deviation ΔN is input, and the torque change amount ΔTq is output by performing P control, PI control, PD control, or PID control.
The blade pitch correction unit includes a motion model unit 27c, a PID control unit 27d, and a blade pitch change amount conversion unit 27e for the rotor 11 and the floating body 12.

ローター11及び浮体12の運動モデル部27cは、あらかじめ計算された応答関数を有しており、海象状態検出手段31からの直前の波高、波向計測データHw(t)と、発電システム30からの直前の発電機25の回転数N及び浮体運動検出手段15により検出される直前の揺動角θが入力されることで、出力偏差△Pを出力する。PID制御部27dでは、出力偏差△Pが入力され、P制御、PI制御、又はPID制御を行うことでトルク変化量△Tqを出力する。ブレードピッチ変化量変換部27eでは、トルク変化量△Tqが入力され、ブレードピッチ変化量△βを出力する。   The motion model unit 27c of the rotor 11 and the floating body 12 has a response function calculated in advance, and the wave height and wave direction measurement data Hw (t) immediately before the sea state detection unit 31 and the power generation system 30 The output deviation ΔP is output by inputting the rotation speed N of the immediately preceding generator 25 and the swing angle θ immediately before being detected by the floating body motion detecting means 15. The PID control unit 27d receives the output deviation ΔP, and outputs the torque change amount ΔTq by performing P control, PI control, or PID control. The blade pitch change amount conversion unit 27e receives the torque change amount ΔTq and outputs the blade pitch change amount Δβ.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について、図12及び図13を参酌して以下に説明する。
図12は本実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す斜視図、図13は本実施形態による浮体式洋上風力発電施設の構造を示す要部側面図である。
本実施形態では、ローター11の回転軸19を収納したナセル18のヨーイングを検出するヨーイング検出手段46を備えている。
なお、ナセル18のヨーイングを検出し、検出結果に基づいてローター11のブレードピッチを回転位置に応じて制御することに関係する構成以外の部分は、第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of a floating offshore wind power generation facility according to the present embodiment, and FIG. 13 is a side view of a main part showing a structure of the floating offshore wind power generation facility according to the present embodiment.
In this embodiment, the yawing detection means 46 which detects the yawing of the nacelle 18 which accommodated the rotating shaft 19 of the rotor 11 is provided.
The portions other than the configuration related to detecting yawing of the nacelle 18 and controlling the blade pitch of the rotor 11 according to the rotation position based on the detection result are the same as in the first embodiment.

浮体式洋上風力発電施設40は、浮体12が係留索42を介して海底Bのアンカー43に係留されたものである。なお、浮体12の下から出ている線は送電線44である。   In the floating offshore wind power generation facility 40, the floating body 12 is moored to an anchor 43 on the seabed B via a mooring line 42. A line extending from the bottom of the floating body 12 is a power transmission line 44.

浮体式洋上風力発電施設40は、風により回転するローター11と、ローター11の回転軸19を収容するナセル18と、ナセル18を水面に対して回動自在に支持する回動座軸受45を有した浮体12と、ナセル18の水面に対する回動揺動であるヨーイングを検出するヨーイング検出手段46を備えている。   The floating offshore wind power generation facility 40 includes a rotor 11 that is rotated by wind, a nacelle 18 that accommodates a rotating shaft 19 of the rotor 11, and a rotary seat bearing 45 that rotatably supports the nacelle 18 with respect to the water surface. The floating body 12 and the yawing detection means 46 for detecting the yawing which is the rotational swing of the nacelle 18 with respect to the water surface are provided.

ローター11は、複数のブレード13が放射状に設けられているハブ47と、ハブ47に連結された回転軸19とを備えている。回転軸19は、ナセル18内に回転可能に軸支されており、ローター11が風を受けることにより回転軸19が回転して、ナセル18内に設けられている発電機(図示しない)によって発電を行う。   The rotor 11 includes a hub 47 in which a plurality of blades 13 are provided radially, and a rotating shaft 19 connected to the hub 47. The rotating shaft 19 is rotatably supported in the nacelle 18, and the rotating shaft 19 rotates by receiving wind from the rotor 11, and power is generated by a generator (not shown) provided in the nacelle 18. I do.

ナセル18は、浮体12の上部に設けられている回動座軸受45により、海面Pに対して回動自在に支持されている。これにより、ナセル18の回動によって風向の変化に応じて回転軸19の方向を変化させて、ローター11の回転面を風に正対させることができる。   The nacelle 18 is rotatably supported with respect to the sea surface P by a rotating seat bearing 45 provided on the upper part of the floating body 12. Thereby, the direction of the rotating shaft 19 can be changed according to the change of a wind direction by rotation of the nacelle 18, and the rotating surface of the rotor 11 can be made to face a wind.

ヨーイング検出手段46は、ローター11が回転している際、波浪により鉛直方向の力が加わったときなどにナセル18に生じる回動揺動(ヨーイング)を検出するものである。なお、本実施形態では浮体12にヨーイング検出手段46を設けているが、ナセル18側にヨーイング検出手段46を設ける構成としても良い。ヨーイング検出手段46としては、例えば、ジャイロセンサー等を用いることができる。   The yawing detection means 46 detects a rotational swing (yawing) that occurs in the nacelle 18 when a vertical force is applied by waves while the rotor 11 is rotating. In the present embodiment, the yawing detection means 46 is provided on the floating body 12, but the yawing detection means 46 may be provided on the nacelle 18 side. As the yawing detection means 46, for example, a gyro sensor or the like can be used.

ブレード駆動手段14は、ヨーイング検出手段46の検出結果に基づいて、回転位置に応じてブレード13毎に個別に変化するようにブレード13を駆動する。たとえば、図12のローター11の回転面Lに二点鎖線で示した回転位置Aと回転位置Bにおけるブレードピッチをブレード13毎に個別に制御
することにより、同図にTで示したヨーイングを抑制することができる。
Based on the detection result of the yawing detection means 46, the blade drive means 14 drives the blade 13 so as to change individually for each blade 13 according to the rotational position. For example, the blade pitch at the rotation position A and the rotation position B indicated by the two-dot chain line on the rotation surface L of the rotor 11 in FIG. 12 is individually controlled for each blade 13 to suppress yawing indicated by T in FIG. can do.

(第3の実施形態)
図14は、第3の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、浮体式洋上風力発電施設50は、ナセル51と浮体52とを一体にして、ナセル51が浮体52に対して回動しないように構成したものである。浮体52は、水に浮くものであって、その上端にはナセル51が固定されており、その下端が回動手段53を介して海底Bのアンカー54に繋がれている。回動手段53は、浮体52が風向Wの変化に応じて回動可能となるように浮体52をアンカー54に繋ぐものである。
(Third embodiment)
FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a floating offshore wind power generation facility according to the third embodiment. As shown in the figure, the floating offshore wind power generation facility 50 is configured such that the nacelle 51 and the floating body 52 are integrated so that the nacelle 51 does not rotate with respect to the floating body 52. The floating body 52 floats on water, and a nacelle 51 is fixed to the upper end of the floating body 52, and the lower end of the floating body 52 is connected to the anchor 54 of the seabed B through the rotation means 53. The rotating means 53 connects the floating body 52 to the anchor 54 so that the floating body 52 can rotate according to the change in the wind direction W.

浮体52に設けられているヨーイング検出手段55は、ヨーイング検出手段46同様、浮体52(ナセル51)のヨーイングを検出するものである。浮体式洋上風力発電施設50は、ヨーイング検出手段55の検出結果に基づいて、浮体式洋上風力発電施設40同様の手段によりヨーイングを抑制する。
なお、浮体52は係留索等の他の係留方式を併用して係留することもできる。
The yawing detection means 55 provided in the floating body 52 detects the yawing of the floating body 52 (the nacelle 51), like the yawing detection means 46. The floating offshore wind power generation facility 50 suppresses yawing by means similar to the floating offshore wind power generation facility 40 based on the detection result of the yawing detection means 55.
The floating body 52 can also be moored by using other mooring methods such as mooring lines.

(第4の実施形態)
図15は、第4の実施形態による浮体式洋上風力発電施設の概略構成を示す上面図である。
この第4の実施形態は、図1に示す浮体式洋上風力発電施設において、タワー部12Bからナセル15が回動自在に支持されて風の方向にローター11が正対するように構成されている場合に、ナセル15にもヨーイング検出手段48を組み込んでいるものである。
浮体式洋上風力発電施設の場合、陸上や浜辺に設置されるタワーが固定された風力発電施設と異なり、風の方向と浮体12の揺動する方向が異なる場合が多い。このような場合に、浮体12の運動を考慮することに加え、ローター11の向き、すなわちナセル15の浮体12に対するヨー角を考慮して、あるいはヨーイング運動を考慮して、更にブレード駆動手段14によりブレード13のブレードピッチを制御することができる。これにより、更に浮体式洋上風力発電施設の発電機の出力を安定化させたり、効率を向上させることが可能となる。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 is a top view showing a schematic configuration of a floating offshore wind power generation facility according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, in the floating offshore wind power generation facility shown in FIG. 1, the nacelle 15 is rotatably supported from the tower portion 12 </ b> B, and the rotor 11 faces the wind direction. In addition, yawing detection means 48 is also incorporated in the nacelle 15.
In the case of a floating offshore wind power generation facility, the wind direction and the swinging direction of the floating body 12 are often different, unlike a wind power generation facility in which a tower installed on land or on a beach is fixed. In such a case, in addition to considering the movement of the floating body 12, the direction of the rotor 11, that is, the yaw angle of the nacelle 15 with respect to the floating body 12, or the yawing movement is taken into consideration, and the blade driving means 14 further. The blade pitch of the blade 13 can be controlled. As a result, the output of the generator of the floating offshore wind power generation facility can be further stabilized and the efficiency can be improved.

本発明は、浮体式洋上風力発電施設における浮体の運動の抑制と発電品質や安全性を向上させるための制御装置として利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a control device for suppressing movement of a floating body and improving power generation quality and safety in a floating offshore wind power generation facility.

Claims (16)

風により回転するローターを有した浮体式洋上風力発電施設において、
前記ローターのブレードピッチを制御するブレードピッチ制御手段と、
浮体の運動を検出する浮体運動検出手段とを備え、
前記浮体運動検出手段の検出結果に基づき前記ブレードピッチ制御手段で前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする浮体式洋上風力発電施設の制御装置。
In a floating offshore wind power generation facility with a rotor that rotates by wind,
Blade pitch control means for controlling the blade pitch of the rotor;
A floating body motion detection means for detecting the motion of the floating body,
A control apparatus for a floating offshore wind power generation facility, wherein the blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor based on a detection result of the floating body motion detection means.
前記浮体運動検出手段は、前記浮体の傾斜を検出する傾斜検出手段であることを特徴とする請求項1に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to claim 1, wherein the floating body motion detection means is an inclination detection means for detecting an inclination of the floating body. 前記浮体運動検出手段は、2以上の自由度を検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The control device for a floating offshore wind power generation facility according to claim 1 or 2, wherein the floating body motion detection means detects two or more degrees of freedom. 風速を検出する風速検出手段をさらに備え、
前記ブレードピッチ制御手段が前記風速検出手段の検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。
It further comprises a wind speed detecting means for detecting the wind speed,
The floating offshore wind power generation facility according to any one of claims 1 to 3, wherein the blade pitch control unit controls the blade pitch of the rotor based on a detection result of the wind speed detection unit. Control device.
発電機の出力を制御する発電機出力制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   5. The control apparatus for a floating offshore wind power generation facility according to claim 1, further comprising generator output control means for controlling the output of the generator. 前記ローターの回転軸を収納したナセルを有し、
前記ナセルのヨーイングを検出するヨーイング検出手段をさらに備え、
前記ブレードピッチ制御手段が前記ヨーイング検出手段の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチを回転位置に応じて制御したことを特徴とする請求項1から請求項5のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。
It has a nacelle that houses the rotating shaft of the rotor,
Further comprising yawing detection means for detecting yawing of the nacelle,
6. The blade pitch control unit according to claim 1, wherein the blade pitch control unit controls the blade pitch of the rotor in accordance with a rotational position based on a detection result of the yawing detection unit. Control device for floating offshore wind power generation facilities.
前記ブレードピッチ制御手段は、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて前記ブレードピッチ制御手段の制御目標値を設定する目標設定部を有したことを特徴とする請求項1から請求項6のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The said blade pitch control means has the target setting part which sets the control target value of the said blade pitch control means based on the said detection result of the said floating body motion detection means, The Claim 1 to Claim 6 characterized by the above-mentioned. Control apparatus of the floating type offshore wind power generation facility of 1 of them. 前記ブレードピッチ制御手段は、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて前記ブレードピッチ制御手段の制御ゲインを調節する制御ゲイン調節部を有したことを特徴とする請求項1から請求項7のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   8. The blade pitch control means according to claim 1, further comprising a control gain adjustment unit that adjusts a control gain of the blade pitch control means based on the detection result of the floating body motion detection means. Control apparatus of the floating type offshore wind power generation facility of 1 of them. 風の弱い弱風領域において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする請求項1から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor based on the detection result of the floating body motion detection means in a weak wind region where the wind is weak. The control apparatus of the floating offshore wind power generation facility as described in an item | term. 風の弱い弱風領域において、前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づき前記ローターの前記ブレードピッチを制御し、前記弱風領域において、前記発電機出力制御手段が前記ローターの回転状態に基づいて前記発電機の出力を制御したことを特徴とする請求項5から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   In the weak wind region where the wind is weak, the blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor based on the detection result of the floating body motion detection means, and in the weak wind region, the generator output control means is the rotor. 9. The control device for a floating offshore wind power generation facility according to claim 5, wherein an output of the generator is controlled based on a rotation state of the floating body type offshore wind power generation facility according to claim 5. 前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段の前記検出結果と前記ローターの回転状態の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする請求項1から請求項8のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The blade pitch control means controls the blade pitch of the rotor based on the detection result of the floating body motion detection means and the detection result of the rotation state of the rotor. The control apparatus of the floating offshore wind power generation facility of 1 term | claim. 前記ブレードピッチ制御手段が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果と前記ローターの回転状態の検出結果の重み付けを行い前記ローターの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする請求項11に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The floating body according to claim 11, wherein the blade pitch control unit weights the detection result of the floating body motion detection unit and the detection result of the rotation state of the rotor to control the blade pitch of the rotor. Control device for offshore wind power generation facilities. 前記目標設定部が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて発電機出力制御手段の目標回転数を設定変更したことを特徴とする請求項7から請求項12のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The said target setting part changed and set the target rotation speed of the generator output control means based on the said detection result of the said floating body motion detection means, The one of Claims 7-12 characterized by the above-mentioned. Control equipment for floating offshore wind power generation facilities. 前記目標設定部が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果に基づいて、発電機出力制御手段の目標出力設定値を設定変更したことを特徴とする請求項7から請求項13のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The said target setting part changed the target output setting value of the generator output control means based on the said detection result of the said floating body motion detection means, The one of Claims 7-13 characterized by the above-mentioned. Control device for floating offshore wind power generation facility as described in 1. 前記浮体運動検出手段の前記検出結果としての揺動角に応じ、前記目標回転数あるいは前記目標出力設定値を設定変更したことを特徴とする請求項13または請求項14に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The floating offshore wind turbine according to claim 13 or 14, wherein the target rotational speed or the target output setting value is changed according to a swing angle as the detection result of the floating body motion detecting means. Control equipment for power generation facilities. 前記ブレードピッチ制御手段が前記浮体運動検出手段あるいは前記浮体の周囲の海象状態を検出するために備えた海象検出手段の検出結果に基づいて前記ローターの前記ブレードピッチをフィードフォワード制御したことを特徴とする請求項1から請求項15のうちの1項に記載の浮体式洋上風力発電施設の制御装置。   The blade pitch control means feed-forward-controls the blade pitch of the rotor based on a detection result of the floating body motion detection means or a sea state detection means provided for detecting a sea state around the floating body. The control device for a floating offshore wind power generation facility according to any one of claims 1 to 15.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015004737A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 株式会社日立産機システム Floating offshore wind power generating device and transformer used in same
ES2728322T3 (en) * 2013-09-24 2019-10-23 Univ Maine System Floating Wind Turbine Support System
JP6165053B2 (en) * 2013-12-27 2017-07-19 株式会社日立製作所 Wind power generator
EP3132139A1 (en) * 2014-04-14 2017-02-22 Envision Energy (Denmark) ApS Wind turbine with floating foundation and position regulating control system and method thereof
EP3163074B1 (en) 2014-06-24 2020-04-22 NTN Corporation Condition monitoring system and wind power generation system using same
JP2016008538A (en) * 2014-06-24 2016-01-18 Ntn株式会社 State monitoring system and wind generator system mounted with the same
JP6374234B2 (en) * 2014-06-24 2018-08-15 Ntn株式会社 Condition monitoring system and wind power generation system including the same
WO2016017396A1 (en) 2014-07-29 2016-02-04 Ntn株式会社 State monitoring system and wind power generation system provided with same
JP2016031047A (en) * 2014-07-29 2016-03-07 Ntn株式会社 State monitoring system and wind power generation system including the same
JP6554368B2 (en) * 2015-09-10 2019-07-31 株式会社日立製作所 Wind power generation system or control method of wind power generation system
CN106410870B (en) * 2016-12-02 2018-11-06 浙江大学 A kind of control method for frequency of offshore wind farm access Multi-end flexible direct current transmission system
JP6920932B2 (en) * 2017-09-05 2021-08-18 株式会社日立製作所 Wind power generator
JP2019094886A (en) * 2017-11-28 2019-06-20 株式会社日立製作所 Floating type offshore wind power generation device
US11319925B2 (en) 2017-12-14 2022-05-03 Vestas Wind Systems A/S Tower damping in wind turbine power production
EP3719308A1 (en) * 2019-04-01 2020-10-07 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine with sea level wave characteristic determination
GB2591732B (en) * 2019-12-20 2022-03-16 Equinor Energy As Wind turbine control
EP3885570A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-29 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Using tidal currents for optimizing production in a floating wind turbine
GB2602301B (en) * 2020-12-22 2023-03-29 Equinor Energy As Floating wind turbine control below rated wind speed
EP4063643A1 (en) * 2021-03-22 2022-09-28 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method and device of controlling an operation of a floating wind turbine
JP2024065150A (en) * 2022-10-31 2024-05-15 三菱造船株式会社 Yaw motion reduction device for floating wind turbines

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005351087A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd On-water wind power generating device
JP2009513881A (en) * 2005-11-01 2009-04-02 スタトイルハイドロ・アーエスアー A method for damping vibrations in towers of wind turbine installations.
JP2010501777A (en) * 2006-08-22 2010-01-21 スタトイルハイドロ・アーエスアー A method of dampening tower vibration in wind power generation equipment
WO2010076557A2 (en) * 2008-12-30 2010-07-08 Statoil Asa Blade pitch control in a wind turbine installation
JP2010196520A (en) * 2009-02-24 2010-09-09 Fuji Heavy Ind Ltd Horizontal axis windmill
WO2010122316A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Statoil Asa Extracting wave energy in a wind turbine installation
US20110140420A1 (en) * 2010-06-23 2011-06-16 Friedrich Loh Methods and systems for operating a wind turbine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005351087A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd On-water wind power generating device
JP2009513881A (en) * 2005-11-01 2009-04-02 スタトイルハイドロ・アーエスアー A method for damping vibrations in towers of wind turbine installations.
JP2010501777A (en) * 2006-08-22 2010-01-21 スタトイルハイドロ・アーエスアー A method of dampening tower vibration in wind power generation equipment
WO2010076557A2 (en) * 2008-12-30 2010-07-08 Statoil Asa Blade pitch control in a wind turbine installation
JP2010196520A (en) * 2009-02-24 2010-09-09 Fuji Heavy Ind Ltd Horizontal axis windmill
WO2010122316A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Statoil Asa Extracting wave energy in a wind turbine installation
US20110140420A1 (en) * 2010-06-23 2011-06-16 Friedrich Loh Methods and systems for operating a wind turbine

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