JPWO2014102956A1 - 浮体式風力発電装置の制御方法及び制御装置、並びに浮体式風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、浮体の動揺に起因して風力発電機(ロータ)が前後に動くため、ロータが風から受けるスラスト力は浮体の動揺の影響を受ける。例えば、浮体式風力発電装置が浮体の動揺によって風上側に向かって傾斜する間にロータに対する相対風速は、実際の風速に風力発電機(ロータ)の風上側への移動速度を加えたものであり、ロータが風から受けるスラスト力は比較的大きい。これに対し、浮体式風力発電装置が浮体の動揺によって風下側に向かって傾斜する間にロータに対する相対風速は、実際の風速から風力発電機(ロータ)の風下側への移動速度を減じたものであり、ロータが風から受けるスラスト力は比較的小さい。
逆に、浮体の動揺メカニズムは、基本的には、浮体式風力発電装置の慣性力と、浮体に作用する浮力に起因した復元力と、ロータに作用する空力的なスラスト力とを考慮した運動方程式で記述可能であるから、ロータが風から受けるスラスト力が浮体の動揺に影響を及ぼすことは明らかである。そのため、ピッチ制御によってロータが風から受けるスラスト力が変化すると、浮体の動揺にもその影響が表れる。例えば、風力発電装置が風上側に向かって傾斜する間に、ピッチ制御によってロータに空力ブレーキをかけると、ロータが受ける空力的なスラスト力が急減して風上側に向かう風力発電装置の傾斜を助長してしまう。逆に、風力発電装置が風下側に向かって傾斜する間に、ピッチ制御によってロータが受け取るトルク成分の空力荷重を増やそうとすると、ロータが受ける空力的なスラスト力も増加し、やはり風車の傾斜を助長してしまう。
上記浮体式風力発電装置の制御方法では、浮体の動揺とロータが受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮し、浮体の動揺に基づく風力発電機の姿勢及び傾斜動作方向が異なる第1期間と第2期間とでピッチ角の変化率(増大速度)を異ならせている。すなわち、第1期間におけるピッチ角の第1変化率(増大速度)を第2期間におけるピッチ角の第2変化率(増大速度)よりも小さくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第1期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第2期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。
風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、ロータが風から受けるスラスト力は、浮体の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間においては、ロータが風から受けるスラスト力は、浮体の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間に比べてピッチ角の変化率(増大速度)を小さくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。すなわち、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に有利に働く空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に不利に働く空力的スラスト力の減少を促進できる。
浮体式風力発電装置においては、風力発電機の姿勢は出来るだけ鉛直方向に立設した状態(以下、鉛直姿勢という)に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機の姿勢を考慮して、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率(増大速度)を小さくすれば、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の減少を促進できる。
このように、第1期間から第2期間への移行時には、第1変化率から第2変化率にピッチ角の変化率を単調増加させ、第2期間から第1期間への移行時には、第2変化率から第1変化率にピッチ角の変化率を単調減少させるようにしたので、ピッチ制御による風力発電機の停止動作を円滑に行うことができる。
そこで、上記浮体式風力発電装置の制御方法では、第3期間におけるピッチ角の第3変化率(減少速度)を第4期間におけるピッチ角の第4変化率(減少速度)よりも大きくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第3期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第4期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。
風力発電機をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間に比べてピッチ角の変化率(減少速度)を大きくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。すなわち、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に有利に働く空力的スラスト力の増加を促進しながら、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に不利に働く空力的スラスト力の増加を抑制できる。
風力発電機をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の姿勢を考慮して、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率(減少速度)を大きくすれば、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の増加を促進しながら、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の増大を抑制できる。
このように、第3期間から第4期間への移行時には、第3変化率から第4変化率にピッチ角の変化率を単調減少させ、第4期間から第3期間への移行時には、第4変化率から第3変化率にピッチ角の変化率を単調増加させるようにしたので、浮体の動揺を抑制しつつもピッチ制御による風力発電機の起動動作を円滑に行うことができる。
図1に示すように、一実施形態において、浮体式風力発電装置100は、風力発電機1と、風力発電機1が立設される浮体10と、風力発電機1を制御する制御装置20とを備える。
ロータ4は、不図示のドライブトレインを介して発電機に連結されてもよい。ドライブトレインは、ハブ3に連結されるメインシャフトや、該メインシャフトの回転を増速して発電機に入力するための増速機(例えば、油圧トランスミッションやギア式増速機)を含んでいてもよい。あるいは、ロータ4のハブ3に発電機が直結されていてもよい。そして、ブレード2が風を受けてロータ4が回転することによって発電機で発電が行われる。
また、浮体式風力発電装置100は、ハブ3、ナセル5又はタワー6上部に取り付けられた加速度センサ25や姿勢検出センサ26等の各種のセンサを備えていてもよい。
なお、ナセル5はタワー6に対してヨー旋回可能であってもよい。一実施形態では、風力発電機1は、通常運転時に風向きに応じてブレード2が風上側へ配向されるようにナセル5がヨー旋回するように構成されたアップウィンド風車である。
各ブレード2は、図3に示すように、前縁201から後縁202に亘って、正圧面203と負圧面204とが延在した翼型を有する。なお、前縁201と後縁202とを結ぶ直線205は、コードと称される。
各ブレード2は、ピッチ制御部22の制御下で動作するピッチ調節機構21によって、コード205がロータ回転方向に対して角度aをなすように配向される。この角度aは、コード205の延長線L1と、翼回転方向(ロータ回転面)に平行な直線L2との間の角度であり、ブレード2のピッチ角を意味する。風力発電機1の通常運転時における各ブレード2のピッチ角aは典型的には概ね0度であり、このときのピッチ角はファイン位置と称されることがある。これに対し、風力発電機1の完全停止時における各ブレード2のピッチ角aは典型的には概ね90度(最大角)であり、このときのピッチ角はフェザー位置と称されることがある。各ブレード2のピッチ角aをファイン位置(約0度)からフェザー位置(約90度)に向けて大きくすると、空力的な制動力がロータ4に作用して、ロータ4の回転速度は低下する。逆に、各ブレード2のピッチ角aをフェザー位置(約90度)からファイン位置(約0度)に向けて小さくすると、各ブレード2に加わる揚力が増大し、ロータ4の回転速度は上昇する。
これに対し、典型的な浮体式風力発電装置の場合における浮体の動揺周期は約10秒であるから、風力発電機1の姿勢が最も風下側に傾いた状態と最も風上側に傾いた状態との間で変化するまでの間に、ピッチ調節機構21によってブレード2を回動させてピッチ角を変更した影響がスラスト力の変化として実質的に表れうる。よって、ピッチ制御によってロータ4が風から受けるスラスト力が変化すると、浮体10の動揺にもその影響が表れることになる。
そこで、幾つかの実施形態では、浮体10の動揺とロータ4が受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮し、風力発電機1の停止時及び起動時におけるピッチ制御を行う。
図3は、本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、(A)はピッチ角の時系列変化を示す図で、(B)は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、(C)は風力発電機の運動を示す図である。図4は、本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、(A)は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、(B)は風力発電機の運動を示す図である。図5は、本発明の実施形態に係る風力発電機の停止時のピッチ制御を説明するフローチャートである。なお、以下の説明における各部位の符号は、図1に示した浮体式風力発電装置100と同一の符号を用いている。
図3(C)及び図4(B)に示すように、浮体10の動揺によって、風力発電機1は前後(風上側及び風下側)に傾斜する。風力発電機1の前後への傾斜動作は繰り返し行われるが、図3及び図4では、この繰り返し動作のうち前後への一回分の傾斜動作に対応する区間(1周期分)を抽出している。すなわち、風力発電機1が鉛直方向に沿った状態(以下、鉛直姿勢という)である時刻t1→風上側への傾斜動作により風力発電機1が最も前傾姿勢となる時刻t2→風下側への傾斜動作により風力発電機1が鉛直姿勢に戻る時刻t3→風下側への傾斜動作により風力発電機1が最も後傾姿勢となる時刻t4→風上側への傾斜動作により風力発電機1が鉛直姿勢に戻る時刻t5を示している。
図3(A)は風力発電機1のブレード2のピッチ角の時系列変化を示す。ピッチ制御部22に停止指令が入力されると、ピッチ制御部22は、ロータ4に空力的制動力が付与されるように、ピッチ調節機構21を制御してブレード2のピッチ角を増大させる。すなわち、通常運転時においてはブレード2に揚力が作用するようにピッチ角はファイン側に設定されているので、ブレード2の停止時にはピッチ角をファイン側からフェザー側へ移行させる。ロータ4には、図1に示すように、実際の風速と浮体10の動揺による風速によって、ピッチ角に応じたスラスト力Fs及びトルクFtが作用する。
すなわち、ピッチ制御部22は、風力発電機1が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第1期間におけるブレード2のピッチ角の第1変化率(増大速度)が、風力発電機1が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第2期間におけるブレード2のピッチ角の第2変化率(増大速度)よりも小さくなるようにブレード2のピッチ角を増大させる。図3(A)及び図4(A)に示す例では、ピッチ角変化率曲線31に従い、時刻t1から時刻t2までの第1期間においてピッチ角変化率を0としてピッチ角を一定に維持し、時刻t3から時刻t4までの第2期間においてピッチ角変化率を0より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させている。
風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間A)において、ロータ4が風から受けるスラスト力は、浮体10の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機1の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間B)においては、ロータ4が風から受けるスラスト力は、浮体10の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機1の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機1をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機1の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間A)において、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間B)に比べてピッチ角の変化率(増大速度)を小さくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機1の停止動作を行うことができる。すなわち、風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間A)では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に有利に働く空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間B)では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に不利に働く空力的スラスト力の減少を促進できる。
一実施形態では、図4(A)に示すピッチ角変化曲線31に従って、期間Aにおけるピッチ角変化率VA(=0)と期間Bにおけるピッチ角変化率VB(>0)との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。他の実施形態では、図4(A)に示すピッチ角変化曲線32に従って、期間Aにおけるゼロよりも大きいピッチ角変化率VAと期間Bにおけるピッチ角変化率VB(>VA)との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
他の実施形態では、図4(A)に示すピッチ角変化率曲線33,34のように、第1期間を含む期間Aのピッチ角変化率VAと、第2期間を含む期間Bのピッチ角変化率VBとのうち少なくとも一方を任意の関数F(t)に基づいて設定してもよい。すなわち、ピッチ角変化率VA又はピッチ角変化率VBは、時間の経過とともに連続的に変化させてもよい。
このように、第1期間から第2期間への移行時には、第1変化率から第2変化率にピッチ角の変化率を単調増加させ、第2期間から第1期間への移行時には、第2変化率から第1変化率にピッチ角の変化率を単調減少させることで、ピッチ制御による風力発電機1の停止動作を円滑に行うことができる。
続いて、傾斜動作情報に基づいて、現在の風力発電機1の動作に対応する期間が、風力発電機1が風上に傾斜中の期間Aに該当するか否かを判定する(S13)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Aである場合、ピッチ角変化率VAを設定する(S14)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Aではない場合、期間Bであると判断し、ピッチ角変化率VBを設定する(S15)。このとき、ピッチ角変化率VAは、ピッチ角変化率VBよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率VA又はピッチ角変化率VBを指令値としてピッチ調節機構21に入力し、ピッチ調節機構21によってブレード2のピッチ角を増大させる(S16)。ピッチ制御部22には予め目標ピッチ角(例えば最大角)が設定されており、ピッチ制御部22によってブレード2のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し(S17)、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
なお、図6(B)では、風力発電装置1の風上側への傾斜角を負とし、風下側への傾斜角を正としている。
浮体式風力発電装置100においては、風力発電機1の姿勢は出来るだけ鉛直姿勢に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機1をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機1の姿勢を考慮して、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機1が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率(増大速度)を小さくすれば、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機1が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の減少を促進できる。
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線35,36のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線37,38のように第1期間と第2期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
あるいは、ピッチ角変化率曲線38のように、風力発電機1が最も前傾姿勢となる時刻t2から後方(風下側)へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻t4まで曲線的にピッチ角変化率を増大させ、時刻t4から前方(風上側)へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで曲線的にピッチ角変化率を減少させてもよい。
続いて、姿勢情報に基づいて、現在の風力発電機1の動作に対応する期間が、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する期間Cに該当するか否かを判定する(S23)。現在の風力発電機1の姿勢に対応する期間が期間Cである場合、ピッチ角変化率VCを設定する(S24)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Cではない場合、期間Dであると判断し、ピッチ角変化率VDを設定する(S25)。ここで、ピッチ角変化率VCは、ピッチ角変化率VDよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率VC又はピッチ角変化率VDを指令値としてピッチ調節機構21に入力し、ピッチ調節機構21によってブレード2のピッチ角を増大させる(S26)。ピッチ制御部22には予め目標ピッチ角(例えば最大角)が設定されており、ピッチ制御部22によってブレード2のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し(S27)、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
図9は、本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、(A)はピッチ角の時系列変化を示す図で、(B)は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、(C)は風力発電機の運動を示す図である。図10は、本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、(A)は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、(B)は風力発電機の運動を示す図である。図11は、本発明の実施形態に係る風力発電機1の起動時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
すなわち、ピッチ制御部22は、風力発電機1が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第3期間におけるブレード2のピッチ角の第3変化率(減少速度)が、風力発電機1が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第4期間におけるブレード2のピッチ角の第4変化率(減少速度)よりも大きくなるようにブレード2のピッチ角を減少させる。図9(A)及び図10(A)に示す例では、ピッチ角変化率曲線41に従い、時刻t1から時刻t2までの第3期間においてピッチ角変化率を0より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させ、時刻t3から時刻t4までの第4期間においてピッチ角変化率を0とし、ピッチ角を一定に維持している。
風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間E)において、ロータ4が風から受けるスラスト力は、浮体10の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機1の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間F)においては、ロータ4が風から受けるスラスト力は、浮体10の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機1の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機1をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間E)において、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間F)に比べてピッチ角の変化率(減少速度)を大きくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機1の起動動作を行うことができる。すなわち、風力発電機1の風上側への傾斜動作中の全期間(期間E)では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に有利に働く空力的スラスト力の増大を促進しながら、風力発電機1の風下側への傾斜動作中の全期間(期間F)では、傾斜動作(浮体動揺)の抑制に不利に働く空力的スラスト力の増大を抑制できる。
一実施形態では、図10(A)に示すピッチ角変化曲線41に従って、期間Eにおけるピッチ角変化率VE(>0)と期間Fにおけるピッチ角変化率VF(=0)との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。他の実施形態では、図10(A)に示すピッチ角変化曲線42に従って、期間Eにおけるピッチ角変化率VEと期間Fにおけるゼロよりも大きいピッチ角変化率VF(<VE)との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
他の実施形態では、図10(A)に示すピッチ角変化率曲線43,44のように、第3期間を含む期間Eのピッチ角変化率VEと、第4期間を含む期間Fのピッチ角変化率VFとのうち少なくとも一方を任意の関数F(t)に基づいて設定してもよい。すなわち、ピッチ角変化率VE又はピッチ角変化率VFは、時間の経過とともに連続的に変化させてもよい。
このように、第3期間から第4期間への移行時には、第3変化率から第4変化率にピッチ角の変化率を単調減少させ、第4期間から第3期間への移行時には、第4変化率から第3変化率にピッチ角の変化率を単調増加させることで、ピッチ制御による風力発電機1の起動動作を円滑に行うことができる。
続いて、傾斜動作情報に基づいて、現在の風力発電機1の動作に対応する期間が、風力発電機1が風上に傾斜中の期間Eに該当するか否かを判定する(S33)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Eである場合、ピッチ角変化率VEを設定する(S34)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Eではない場合、期間Fであると判断し、ピッチ角変化率VFを設定する(S35)。このとき、ピッチ角変化率VEは、ピッチ角変化率VFよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率VE又はピッチ角変化率VFを指令値としてピッチ調節機構21に入力し、ピッチ調節機構21によってブレード2のピッチ角を減少させる(S36)。ピッチ制御部22には予め目標ピッチ角(例えば0度)が設定されており、ピッチ制御部22によってブレード2のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し(S37)、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
浮体式風力発電装置100においては、風力発電機1の姿勢は出来るだけ鉛直姿勢に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機1をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機1の姿勢を考慮して、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機1が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率(減少速度)を大きくすれば、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の増大を促進しながら、風力発電機1が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機1が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の増大を抑制できる。
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線45,46のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線47,48のように第3期間と第4期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
あるいは、ピッチ角変化率曲線48のように、風力発電機1が最も前傾姿勢となる時刻t2から後方(風下側)へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻t4まで曲線的にピッチ角変化率を減少させ、時刻t4から前方(風上側)へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで曲線的にピッチ角変化率を増大させてもよい。
続いて、姿勢情報に基づいて、現在の風力発電機1の動作に対応する期間が、風力発電機1が風上側に傾斜した姿勢を有する期間Gに該当するか否かを判定する(S43)。現在の風力発電機1の姿勢に対応する期間が期間Gである場合、ピッチ角変化率VGを設定する(S44)。現在の風力発電機1の動作に対応する期間が期間Gではない場合、期間Hであると判断し、ピッチ角変化率VHを設定する(S45)。ここで、ピッチ角変化率VGは、ピッチ角変化率VHよりも大きい。そして、設定されたピッチ角変化率VG又はピッチ角変化率VHを指令値としてピッチ調節機構21に入力し、ピッチ調節機構21によってブレード2のピッチ角を減少させる(S46)。ピッチ制御部22には予め目標ピッチ角(例えば0度)が設定されており、ピッチ制御部22によってブレード2のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し(S47)、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
2 ブレード
3 ハブ
3a ハブカバー
4 ロータ
5 ナセル
6 タワー
10 浮体
20 制御装置
21 ピッチ調節機構
22 ピッチ制御部
25 加速度センサ
26 姿勢検出センサ
100 浮体式風力発電装置
Claims (13)
- 浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、
前記風力発電機の停止時に、前記風力発電機のロータに空力的制動力が付与されるように前記風力発電機のブレードのピッチ角を増大させるピッチ角増大ステップを備え、
前記ピッチ角増大ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第1期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第1変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第2期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第2変化率よりも小さくしたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御方法。 - 前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードの変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードの変化率よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードの変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードの変化率よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 前記ピッチ角増大ステップでは、前記第1期間から前記第2期間への移行時に前記第1変化率から前記第2変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させ、前記第2期間から前記第1期間への移行時に前記第2変化率から前記第1変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、
前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第3期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第3変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第4期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第4変化率よりも大きくしたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。 - 前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードの変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードの変化率よりも大きいことを特徴とする請求項5に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードの変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードの変化率よりも大きいことを特徴とする請求項5に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 前記ピッチ角減少ステップでは、前記第3期間から前記第4期間への移行時に前記第3変化率から前記第4変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させ、前記第4期間から前記第3期間への移行時に前記第4変化率から前記第3変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
- 浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、
前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、
前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第3期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第3変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第4期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第4変化率よりも大きくしたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御方法。 - 浮体と、
前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、
前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第1期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第1変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第2期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第2変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置。 - 浮体と、
前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、
前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第3期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第3変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第4期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第4変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置。 - ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、
前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部を備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第1期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第1変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第2期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第2変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御装置。 - ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、
前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第3期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第3変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第4期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第4変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御装置。
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