TW200914728A - Wind power generator, wind power generation system, and generation control method of wind power generator - Google Patents

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TW200914728A TW097118770A TW97118770A TW200914728A TW 200914728 A TW200914728 A TW 200914728A TW 097118770 A TW097118770 A TW 097118770A TW 97118770 A TW97118770 A TW 97118770A TW 200914728 A TW200914728 A TW 200914728A
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Yoshiyuki Hayashi
Masaaki Shibata
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Description

200914728 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於風力發電裝置、風力發電系統及風力發電 裝置之發電控制方法，特別係關於不會招致裝置成本之增 大，可獲得更適當之風肖以供風力發電裝4之發電控制， 藉以提尚發電性能，並減低風車之疲勞負荷之風力發電裝 置、風力發電系統及風力發電裝置之發電控制方法。 【先前技術】 一般，在風力發電裝置中，通常使用設置於短艙上之風 速計及風向計進行風速及風向之計測，使用此等風速及風 向作為運轉控制之控制參數。但，此等風速及風向由於係 在轉子之下游測所計測，故會流入減速之風速及偏流之風 向，在計測精度上有問題。 因此，例如在日本特開平11 _i59436號所揭示之「風力 發電系統」等，曾有下列方法之提案：使用利用電波之多 普勒雷達測定風力發電裝置之轉子前方之風向量，由該風 向量預測風力發電裝置之輸出值，依據該預測輸出值，施 行電力系統側發電機之輸出控制。 [專利文獻1 ] 曰本特開平11-159436號 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 在上述專利文獻1所揭示之技術中，為改善計測精度， 使用多普勒雷達測定風力發電裝置之轉子前方之風向量， 131502.doc 200914728 但此種多“雷収超音波方相速料價格高昂，成本 上有問題。 又’在風速方面，雖有即使在使用設置於轉子下游之低 廉之風速計之情形，也可利用另外施行之校準結果加以補 正之方法之提案，但在風向方面，迄今為止’並未施行補 正。因此，特別在調整短餘方位而施行使葉片旋轉面追隨 几向之偏轉角控制之情形，由於依據偏流後之風向資料， 故葉片旋轉面並未朝向真正風向，有可能得不到充分之輸 出°又’以偏流之狀態持續運轉時，會招致風車變動負荷 之增大’故有在確保健全性之觀點上並不理想之情況。 本發明係為解決上述問題而發明者，其目的在於提供不 :招致裝置成本之增大，可獲得更適當之風向以供風力發 跋裝f之1電控制’藉以提高發電性能’並減低風車之疲 負何之風力發電裝置、風力發電系統及風力發電裝置 發電控制方法。 為解決上述問題，本發明採用以下之手段。 ;本發明之第1態樣係包含設置於短餘之風速計及風向 :十、與控制前述短艙之方位之偏轉角控制機構之風力發電 ^置’該風力發電裝置係包含：資料儲存部，其係逐次儲 ::亥風力發電裝置之運轉時之發電輸出、依據藉由前述風 Ί則疋之風速所推定之流人風速、以及藉由前述風向叶 :定^風向與前述短驗之方位之差之風向偏差之資料集 刀析其係施行前述資料儲存部之儲存資料之統計解析 而求出對各流入風速之發電輸出之風向偏差之分佈曲線， 131502.doc 200914728 以該分佈曲線呈現岭值之風向偏差作為前述風向計之補正 值，記憶各流入風速之前述風向計之補正值；及控制部， 其係以前述各流入風速之前述風向計之補正值補正前述風 向計之風向，使用該補正後之風向作為控制參數而施行發 電控制。 依據本態樣’由於依據運轉時隨時儲存之儲存資料施行 風向之補正’故不會招致裝置成本之增大，可獲得更適· =風向。X ’因㈣補正後之風向施行發電控制，故可提 南發電性能。 ▲本發明之第2態樣係包含設置於短艙之風速計及風向 叶、與控制前述短艘之方位之偏轉角控制機構之風力 ^置’該風力發電裝置係包含：學習模式控制部，其係藉 則逑偏轉角控制機構’在每特定時間，分段地使前述短艙 之:位對作為目標之風向逐一改變特定量，利用改變前述 目&風向與前述短搶之方位之差之風向偏差之學習模式運 轉違風力發電裝置；資料儲存部’其係逐次儲存前述學習 ^式之該風力發電裝置之運轉時之發電輸出、依據藉由前 差測定之風速所推定之流入風速、以及前述風向偏 、之貝料集；分析部，其係施行前述資料儲存部之儲存資 料=統叶解析而求出對各流入風速之發電輸出之風向偏差 =刀佈曲線’以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前 風向言十之姑T杜 . 補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補正 t及控制部’其係在通常運轉時，以前述各流入風速之 J述風向计之補正值補正前述風向計之風向，使用該補正 131502.doc 200914728 後之風向作為控制參數而施行發電控制。 依據本態樣，由於依據運轉時隨時儲存之儲存資料施行 〇補正ί文不會招致裝置成本之增大，可獲得更適當 一八向X，因利用補正後之風向施行發電控制，故可提 南發電性能。另外，另行設置利用學習模式之運轉控制， ，制地改變風向偏差而施行資料收集，故可在更短期間 獲仔風向計之補正值。 在上述風力發電裝置中’前述控制部也可包含偏轉角控 制‘其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前述風向叶 之風向與前述短搶之方位之差之風向偏差中加入前述各流 =速之前述風向計之補正值後之補正風向偏差之偏轉角 夺曰令。 古如此’由於利用補正後之風向施行偏轉角控制，故可提 冋發電性能，並減輕風車之疲勞負荷。 在上述風力發電裝置Φ，今，+· A , $述貝料儲存部也可逐次儲存 運轉時之塔軸周圍之轉矩、 廿 偏轉角控制機構之偏轉馬 達之祕f力、或對發電輸出施謂τ處料之功率 旋轉頻率之贿成分中之-方、與前述流入風速、及；述 、集刀析部也可施行前述資料儲存部 :儲存育料之統計解析而求出對各流入風 圍之轉矩、前述偏轉馬達之消耗電力、或對前述發電= 之功率譜之旋轉頻率U倍成分中之一方之風向偏差之八 佈曲線’以該分佈曲綠呈 刀 呈現岭值或下峰值之風向偏差作為 別H十之補正值’記憶各流入風速之前述風向計之補 131502.doc 200914728 正值。 本發明之第3態樣係包含分別包含設置於短艙之風速計 及風向計、與㈣前述短搶之方位之偏轉角控制機構之複 數台之風力發電裝置、及集中管理該複數台之風力發電裝 置之運轉之中央控制裝置之風力發電系統；該風力發電系 統之前述中央控制裝置係包含：資料儲存部，其係逐次儲 存特定之風力發電裝置或特定之複數台之風力發電裝置之 f轉時之發電輸出、依據藉由前述風速計測定之風速所推 2=風速、以及藉由前述風向計測定之風向與前述短 前述次粗之差之風向偏差之f料集；及分析部，其係施行 二=存部之儲存資料之統計解析而求出對各流入風 向偏差之分佈曲線，分佈曲線呈現 之風向偏差作為前述風向計之補正值 速之前述風向計之補正值 。匕各“風 含：控制邦甘/ ,】述風力發電裝置係分別包 控制邛，其係以削述各流入風速之 值補正前述風向計之風向，使 "向計之補正 參數而施行發電控制。 "叙風向作為控制 本發明之第4態樣係包含分別包 及風向計、與控制前述短艙:於短艙之風速計 數台之風力發電裝置角控制機構之複
汉木中官理該複I A 置之運轉之中央控制裝置之風力發 °之風力發電裝 統之前述中央控制裝置係包含二，该風力發電系 特定之風力發電裝置或特定之㈣^控制部，其係在 藉前述偏轉角控制機構，在每特定：風力發電裝置中， ，B ，分段地使前述短 131502.doc -10- 200914728 艙之方位對作為目標之風向逐-改變特定旦 述目標風向與前述短艙之方位之差之風向：# 用改變前 運轉该特定之風力發電裝置或特定之複數二二換式 置；資料儲存部，其係逐次_前述學_ 裝 力發電裝置或特定之複數台之風力發;；==之風 △據精由^風速計測定之風速所推定之流入風 、以及則述風向偏差之資料集八
述資料儲存部之儲存資料料，77 σ ’’、係施行前 丨解析而求出對各流入風速
二：出之風向偏差之分佈曲線，以該分佈曲線呈科 值之風向偏差作為箭#雨A — 乍“ 34風向权補正值，記憶各流入風速 則述風向計之補正值；各前述風力發電裝置係分別包 含.控制部，其係在通常運轉時，以前述各流入風速之前 迷風向計之補正值補正前述風向計之風向，使用該補正後 之風向作為控制參數而施行發電控制。 依據此種風力發電系統，由於依據運轉時隨時儲存之儲 存資料施行風向之補正’故不會招致裝置成本之增大，可 獲得更適當之風向。又，因利用補正後之風向施行發電控 制’故可提高發電性能。 在上述風力發電系統中，前述控制部也可包含偏轉角控 制部’其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前述風向計 之風向與前述短艙之方位之差之風向偏差中加入前述各流 入風速之前述風向計之補正值後之補正風向偏差之偏轉角 指令。 由於利用補正後之風向施行偏轉角控制，故可提高發電 131502.doc 200914728 性能’並減輕風車之疲勞負荷。 運二系統中，前述資料館存部也可逐次錯存 達之消耗電力 轉矩、前述偏轉角控制機構之偏轉馬 旋轉頻率、或對發電輸出施以Μ處理時之功率譜之 η 6 、之_成分中之一方、與前述流入風速、及前辻 風向偏差之資料隼.a、+.八』 及别逑 之儲存刖“析部也可施行前述資料儲存部 之統物析而求出對各流人料之前述塔 圍之轉矩、前述偏轉馬達之消 。 :功率譜之旋轉頻率之N倍成”之— 前=向：該分佈曲線呈現峰值或T，值之風向偏差作為 1值^冲之補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補 本發明之第5態樣係包含設置於短搶之風速計及風向 ;置：=_艘之方位之偏轉角控制機構之風力發電 ^之發電控制方法，該風力發電裝置之發電控制方二 "3 .貧料儲存部㈣，其係逐讀存該風力發電裝置之 運轉時之發電輸出、依據藉由前述風速計測定之風速所推 定之流入風速、以及藉由前述風向計測定之風向與前述短 擒之方位之差之風向偏差之資斜隹·八』 〈貪枓集，分析步驟，其係施行 前述資料儲存步驟之儲存f料之統計解析而求出對各流入 風速之發電輸出之風向偏差之分佈曲線’以該分佈曲:呈 現峰值之風向偏差作為前述風向計之補正值，記憶各流入 風速之前述風向計之補正值；及控制步驟，其係:前 流入風速之前述風向計之補正值補正前述風=計之， 131502.doc -12- 200914728 使用該補正後之風向作為控制參數而施行發電控制。 依據本態樣，由於依據運轉時隨時儲存之儲存資料施行 風向之補正，故不會招致裝置成本之增大，可獲得更適當 之風向。又，因利用補正後之風向施行發電控制，故可提 高發電性能。
本發明之第6態樣係包含設置於短艙之風速計及風向 計、與控制前述短擒之方位之偏轉角控制機構之風力發電 裝置之發電控制方法，該風力發電裝置之發電控制方法係 包含.學習模式控制步驟’其係藉前述偏轉角控制機構， 在每特定時間，分段地使前述絲之方位對作為目標之風 向逐-改變特定量’利用改變前述目標風向與前述短艙之 方位之差之風向偏差之學習模式運轉該風力發電裂置；資 料儲存步驟，其係逐次儲存前述學習模式之該風力發電裝 置之運轉時之發電輸出、依據藉由前述風速計測定之風速 所推定之流入風速、以及前述風向偏差之資料集；分析步 :’其係施行前述資料儲存步驟之儲存資料之統計解析而 ，出對各流人風速之發電輸出之風向偏差之分佈曲線，以 Γ佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述風向計之補正 7憶各流人風速之前述風向計之補正值；及控制步 之補:在通常運轉時’以前述各流入風速之前述風向計 之補正值補正前述風向計之風向，使用該補正後 為控制參數而施行發電控制。 ° 依據本態樣，㈣域運轉時隨_存之料資料 風向之補正，故不會招致裝置成本 <曰大，可獲得更適當 Ϊ31502.doc -13- 200914728 ^ 補正後之風向施行發電控制，故可提 咼發電性能。另外，另# φ ^, …， 利用學習模式之運轉控制， 而強制地改變風向偏差 權巧η 仃貝料收集，故可在更短期間 獲付風向計之補正值。 在上述風力發電裝置之發雷 H A A t %控制方法中，前述控制步驟 可匕έ偏轉角控制步驟，i传 Λ ^ Jt ^ η ，、糸白則述偏轉角控制機構輸 出依據在刖；4風向計之風南盥a —丫之風向與則述短艙之方位之差之風向 f 偏差中加入刖述各流入風读之命、门上 «•八風迷之則述風向計之補正值後之 正風向偏差之偏轉角指令。 南 由於利用補正後之風& # & ω 、…、 風向轭仃偏轉角控制，故可提高發雷 性倉匕，並減輕風車之疲勞負荷。 a 在上述風力發電裝置發 知€徑制方法中，前述資料儲在 步驟也可逐次儲存運轉年 、 子 控制機構之偏轉馬達之唯杯 轉角
“士 運之巧耗電力、或對發電輸出施以FFT 處理時之功率譜之旋轅噸走 1 …疋轉頻率之贿成分中之-方、盥前诚 〜入風速、及前述風向偏差之一、述 浐―义，+,次』， 科集，刖述分析步驟也可
把灯則述資料儲存步驟 J v鄉之儲存貝枓之統計解析而求 化入風速之前述塔轴周圍之轉矩、前述㈣ 力、或對前述發電輸出之功率碰 ’、、，耗電 之一方之風向偏差之分佈曲線，以該分佈曲線呈規：中 下峰值之風向偏差作Α前、+· ''' 見峰值或 作為别述風向計之補正值，記 風速之前述風向計之補正值。 ％、谷机入 由於依據運轉時隨時儲存之儲存資料施行風向 故不會招致裝置成本之增大，可獲得更適當之風向，， 131502.doc • J4· 200914728 又，因利用補正後之風向施行發電控制故可提高發電 性能。 另外，由於利用補正後之風向施行偏轉角控制，故可提 高發電性能，並發揮可減輕風車之疲勞負荷之效果。 【實施方式】 以下，參照圖式詳細說明有關本發明之風力發電裝置' 風力發電系統及風力發電裝£之發電控_法之實施型 態。 f , " [第1實施型態] 圖1及圖2係本發明之第1實施型態之風力發電裝置之構 成圖。圖1係全體之概略構成圖，圖2係圖丨所示之控制裝 置之詳細構成圖。 在圖1中’帛1實施型態之風力發電裝置係&含風速計 5 \風向計6、風車轉子11、風車葉片12、增速機14、發電 ^系統15、俯仰角控制機構17、偏轉角控制機構18及控制 ϋ 裝置2〇所構成。又，在同圖中，2為塔，3為短艘。 安裝於風車轉扣之複數片風車葉片12受到風力能而與 風車轉子11同時旋轉，被增速機14增速後，驅動發電機系 ' 、统^内之發電機而發電日夺，可將風力能變換成電能。又， 實，型態之風力發電裝置係可變速旋轉控制方式之風力 發電裝置，利用繞組型感應發電機或同步發電機等作為發 電機。又，在利用同步發電機之構成中，使用將發電機之 輸出暫且變換成直流而再藉逆變器變換成交流之AC_dc_ AC連接方式。 131502.doc -15- 200914728 風速計5及風向計6係在短艙3上設置於風車葉片丨2之下 游側。又，俯仰角控制機構17係依據來自控制裝置2〇之俯 仰角控制部22(參照圖2)之俯仰角指令卟控制風車葉片丨二之 俯仰角，其構造等與以往同等。又，偏轉角控制機構⑽ 依據來自控制裝置20之偏轉角控制部23(參照圖勾之偏轉角 指令ey控制短艙3之方位，其構造等與以往同等。 其次，如圖2所示，上述控制裝置2〇係包含運轉控制部 30、流入風速推定部24、資料儲存部乃、分析部％、風向 補正表27作為主要構成。上述運轉控制部3〇係包含發電機 輸出控制部21、俯仰角控制部22及偏轉角控制部^作為主 要構成。 ~ 流入風速推定部24係利用另外施行之校準結果，補正風 速計5計測之風速Vw，輸出補正後之風速作為流入 Ws。 又，資料儲存部25係％次儲存該風力發電裝置之運轉時 =發電輸出P、依據藉由風速計5測定之⑯速推定之 桃入風速Ws、以及風向計6測定之風向㈣與短驗3之方位 之差之風向偏差之資料集。 、分析部26係就資_存部25之料f料施行統計解析， 求出對各流人風速Ws之發電輸出p之風向偏差之分佈曲 線’以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為風向計^參照 圖之補正㈣，在風向補正表27記憶各流人風速^之風' 向。十6之補正值0d。又’由儲存資料求出分佈曲線之統計 解析方法並無特別限定，只要使用—般使狀方法即可。 131502.doc -16- 200914728 運轉控制部（控制部）30係以各流入風速之前述風向，之 補正值補正風向計6之風向，使用該補正後之風向作為 制參數而施行發電控制。 Λ 發電機輸出控制部21只要使用以往使用之方法，例如場 ”控制及場前饋控制等即可，例如依據空氣密度心 最適增益，依據該最適增益及發電機轉速ω，向發電機系 統15輸出指示發電量之發電量輸出指令Pd。 ’、 士俯仰角控制部22只#使用以往使用之方法，例如求出對 流入風速Ws供應最大輸出之俯仰角，以空氣密度p將其補 正，將補正後之俯仰角輸出至仰角控制機構17作 指令θρ。 月 偏轉角控制部23係依據在風向計6計測之風向ew與短艙3 之方位之差之風向偏差中加入各流入風速Ws之風向計之 補正值ed後之補正風向偏差之偏轉角指令，向偏轉角控 制機構1 8輸出該偏轉角指令0y。 其次，參照圖3至圖5說明有關包含以上之構成要素之本 實施型態之風力發電裝置之發電控制方法。在此，圖3係 說明對流入風速之發電輸出P、旋轉數Ω及俯仰角卟之變化 之說明圖’圖4係例示對各流入風速Wsl〜Ws4之發電輸出p 之風向偏差之分佈曲線之說明圖，圖5係說明在資料儲存 邠25及分析部26之風向補正表27之作成、與偏轉角控制部 23之偏轉角控制之說明圖。 叙，在風力發電裝置中，對風向之變動，控制短艙3 之方位（俯仰角控制），對風速之變動，控制轉速時，可穩 131502.doc 17 200914728 定且高效率地控制發電。又， 如圖3所示，在風力發電裝 置中’由於發電能力（額定輪屮、典不丨抑 疋掏出）党到限制，吹超過一定速 度之風時’有必要控制發電輪 电掏出（轉速），需以風車葉片12 之俯仰角控制施行轉速控制。小 也就疋說，通常以在不足額 定輸出之較弱風時，提高發電效率，X，在可達到額定輸 出之較強風時’降低發電效率之方式施行俯仰角控制，而 施行發電輸出之控制。
又’如上所述，在偏轉角控制中，雖短搶3之方位而使 風車葉片12之旋轉面追賴向，但由於絲據設置在風車 葉片12之下游測之風向計6之風速，即偏流後之風向，故 風車葉片12之旋轉面未朝向真正的風向。 也就是說，如圖4所示，在對流入風速Ws4之發電輪出 之風向偏差之分佈曲線巾，發電輸^現♦值之風向偏差 非為零，例如，呈現向負方向偏移Δθ之風向偏差。風車葉 片12之旋轉面朝向真正的風向時，發電輸出最大，故此風 向偏差之偏移量ΔΘ為偏流引起之風向計6之誤差，可求出 作為風向計6之偏置量。又，如圖4所示，在流入風速Ws 愈快時，偏流之影響程度也愈大，故流入風速Ws愈快， 風向偏差之偏移量ΔΘ愈大。 其次，參照圖5 ’更具體地加以說明。首先，藉資料儲 存部25，逐次儲存該風力發電裝置之運轉時之發電輸出 P、流入風速推疋部2 4推定之流入風速w s、風向計6測定 之風向θ\ν與短艙3之方位之差之風向偏差之資料集。就某 一流入風速，在發電輸出Ρ對風向偏差之平面上繪製儲存 131502.doc -18· 200914728 二析Γ出 内圖所示之分佈。藉分析部26之 峰值之風！此分佈之分佈曲線’以該分佈曲線呈現 風向偏差（偏移量Λθ)作為風向計6之補正㈣。就 風速^流入風速^施行此—連串之處理，而將對各流入 几jWs之風向計6之補正㈣記憶於風向補正表〜 ’在偏㈣控制部23 ’依據由流人風速推定部Μ 二現％點之)流入風速^ ’參照風向補正表27而獲得 風向什6之補正值0d。又，另一 向“與短搶3之方位之差而求得風向偏取:：广 指令。在該偏置指令中加入風向計 在作為偏置 補值θά而以補正後 八向偏差作為修正偏置指令（偏轉角 控制機構18輸出。 门偏轉角 電穿置ί ’在本實施型態之風力發電裝置及風力發 Μ置之發電控制方法中’藉資料儲存㈣，逐次储存該 褒置之運轉時之發電輸出ρ、依據藉由風速計5測 二=推定之流入風速Ws、以及風向計6測定之風向〜 行’儲广,位之差之風向偏差之資料集。藉分析部26施 订§亥儲存㈣之料解析而求出各流人 風向偏差之分佈曲線。 ^輪出之 ^外，以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為風向計6 不正值ed。將各流入風速之風向計之補正值記憶於風向 子正表27’在運轉控制部3〇中，以流入風速ws之風 值糊正風速計6之風速Vw，制該補正後之風向 作马控制參數而施行發電控制。 13I502.doc -19- 200914728 尤其，在運轉控制部30之偏轉角控制部乃中，向偏轉角 控制機構18輸出依據在風向計6之風向與短艙3之方位之差 之風向偏差中加入各流入風速貿3之風向計6之補正值“後 之補正風向偏差之偏轉角指令0y。 如此，由於依據運轉時隨時儲存之儲存資料施行風向之 補正’故不會招致裝置成本之增大’可獲得更適當之風 向。又，因利用補正後之風向施行偏轉角控制，故可提高 發電性能’並減低風車之疲勞負荷。 又風向什6之誤差之原、目之偏流之大小不僅風力發電 裝置本體，連週邊之風力發電裝置也有因流入風速、或場 地週邊之地形、及設置狀況而受到影響之可能性。因此， 風向計6之偏置量會逐次變化，難以作最適之事前調整。 因此，藉由以特定週期定期地使分析部26重複執行分析， 可使風向補正表27常保持最適之補正值，可連續地提高發 電性能。 [第2實施型態] 其次，說明有關本發明之第2實施型態之風力發電裝置 及風力發電裝置之發電控制方法。第2實施型態之風力發 電裝置之構成包含與上述之P實施型態之風力發電裝置 等略同之構成，但相異處在於控制裝置2〇包含學習模式控 制部之點。 相對於在第1實施型態中在運轉中施行風向補正表π之 作成、更新，在本實施型態之風力發電裝置及風力發電裝 置之發電控制方法中’施行利用有別於通常運轉之學習模 131502.doc -20- 200914728 式之運轉而作成風向補正表27。 :士在學f模式控制部中，藉偏轉角控制機構U，在每 / τ間分段地使短搶3之方位對作為目標之風向逐一 =變特U，利用改變目標風向與短⑹之方位之差之風 °偏差之學習模式運轉該風力發電裝置。 + =罢在貝枓健存部別，逐次料學f模式之該風力發 = 運轉時之發電輸出P、依據藉由風速計5測定之風 ,Λ疋之机入風速WS、以及風向偏差之資料集。在分 :26:，與第丨實施型態同樣地，施行儲存資料之統計 ^ I、出對各流人風速^之發電輸出？之風向偏差之分 ^布曲線，以該分佈曲線呈現蜂值之風向偏差作為風向計之 正值⑸，在風向補正表27記憶各流入風速之風向計之補 正值。 =次’參照圖6說明有關本實施型態之風力發電裝置之 =控制方法。在此，圖6錢明在f料儲存抑及分析 控制表27之作成、與偏轉角控制部23之偏轉角 首先，藉學習模式控制部’以學習模式運轉該風力發電 #置，並藉偏轉角控制機構18，在每特定時間，分段地使 短搶3之方位對作為目標之風向逐一改變特定量，改變目 標風向與短艙3之方位之差之風向偏差。 其次’藉資料儲存部25，逐次儲存該風力發電裝置之學 餐模式運轉時之發電輸出P、依據流入風速推定部Μ推定 之流入風速Ws、風向計6測定之風向0w與短艘以方位之 131502.doc -21 · 200914728 差之風向偏差之資料集。 就某一流入風速，在發電輸出P對風向偏差之平面上繪 製儲存資料時，例如可獲得如框内圖所示之分佈。藉分析 部26之統計解析求出沿著此分佈之分佈曲線，以該分佈曲 線王現峰值之風向偏差（偏移量ΔΘ)作為風向計6之補正值 ⑼。就所有之流人風速Ws施行此—連串之處理，而將對 各流入風速Ws之風向計6之補正值⑼記憶於風向補正 27 〇 f 1. 一方面，在偏轉角控制部23，依據由流入風速推定部24 輸出之（現時點之）流入風速^，參照風向補正表η而獲得 風向計6之補正值，另—方"風向物測之風 向ew與短艙3之方位之差 求仵風向偏差，以此作為偏置 才日令。在該偏置指令中Λ 笮力入風向汁之補正值0d而以補正後 之風向偏差作為修正偏at j.t λ / 偏置私令（偏轉角指令ey)而向偏轉角 匕制機構1 8輸出。 偏轉角控制部23之偏轉角"、：：γ"傻，施行利用 工希疋日亇間，並施行修正偏詈 指令（偏轉角指令ey)是否大@五命 仃L正偏置 目…η曰 大致為零之確認。若大致為零， 貝J <為已獲得適當之風向 芒北盔雨,* 南正表27而可結束學習模式，但 / 表^切得適當之風向補正表27,故再” 試依據學習模式之風向補正表27之作成。故再度嘗 如以上所說明，在本實 電裝置之發電控制方法中，=之風力發電裝置及風力發 角控制機㈣，在每特定時二莫式控制部，利用偏轉 疋砰間，分段地使短艙3之方位對 】31502.doc •22· 200914728 作為目標之風向逐-改變特定量，利用改變目標風向虚短 w之方位之差之風向偏差之學習模式運轉該風力發電 置’藉資料儲存部25，逐次錯存學習模式之該風力發電褒 置之運轉時之發電輸出P、依據藉由風速計墒定之‘速戶; 推定之流入風速^、以及風向計6測定之風向^與短心 之方位之差之風向偏差之資料集。 而’藉分析部26施行該儲存f料之統計解析而求出對各 流入風速之發電輸出之風向偏差 徇差之刀佈曲線，以該分佈曲 線呈現峰值之風向偏差作為面 偈產作為風向計6之補正值θ(1，在風向 補正表2 7 §己憶各流入風速之風向4夕、去x y士 κ凤向叶之補正值，藉運轉控制 部30’以各流入風速Ws之風向計之補正值⑽補正風向計6 之風向卜使用該補正後之風向作為控制參數而施行發電 控制。 尤其，在運轉控制部3〇之偏轉角控制部23中，向偏轉角 控制機構1 8輸出依據在風向外6 界甘取冋„1*6之風向與短艙3之方位之差 之風向偏差中加入各流入思技切·。4 π / 速Ws之風向計6之補正值0(1後 之補正風向偏差之偏轉角指令ey。 如此，由於依據學習模式時隨時儲存之儲存資料施行風 向之補正’故不會招致裝置成本之增大，可獲得更適當之 風向。又，因利用補正後之厢 _ 傻之風向把仃偏轉角控制，故可提 高發電性能，並減低風車之疲勞負荷。 又，另行設置利用學習模式之運轉控制，而強制地改變 風向偏差而施行資料收隼，y — 叹果故與任憑自然地施行資料收集 之弟1實施麼態相比，可*争Ba 在更短期間儲存所需之資料，故 131502.doc -23- 200914728 可在短期間内作成風向補正表27，尤其對執行場地構建時 之初始設定相當有效。 [第3實施型態] 其次，圖7係本發明之第3實施型態之風力發電系統之構 成圖。在圖7中，本實施型態之風力發電系統係包含有m 台之風力發電裝置ι-l〜丨-M之風力發電場，包含有集中管 理Μ台之風力發電裝置之運轉之中央控制裝置 100 ° f.
L 各風力發電裝置1-1〜之概略構成與Ρ實施型態及第 2實施型態同樣地具有圖1所示之構成，但控制部130_ 1广之詳細構成只要至少包含含有圖2所示之發電機輸 控制部21、俯仰角控制部22及偏轉角控制部23之運轉控 :部30、與流入風速推定部24即可，不需要其他構成： 素0 又，中央控制裝置1 0 0係包含作丨今政Μ 19ς ν 匕3 唬收發部101、資料儲存 4 125、分析部126、風向鍤 128。 補表127及學習模式控制部 在本貫施型態之風力發雷糸 之學…… *電糸統令，藉中央控制裝置100 心予各拉式控制部128，選定拉 之葙疋特疋之風力發電裝置或特定 :减台之風力發電裝置，在該風力發電裝置 二 控制機構18 ’在每特定時間 9 為目標之風向逐一改變特定量：地使域之方位對作 之方位之差之風向偏差之學習 ”紐艙 而#切轉該風力發電裝置。 精貝枓儲存部125，由胜〜 特疋之風力發電裝置或特定 I3I502.doc 24 200914728 之複數台之風力發雷 時之發電輪以、依據欠捿收而料學習模式之運轉 入風速ws、以及ηΓ 料5敎域速所推定之流 儲存資料之統=析向而偏差之資料集，藉分析部⑶，施行 之風向偏差之分佈曲線 入風速Ws之發電輸出ρ 偏更以該分佈㈣呈現峰值之風向 偏差作為風向計6之補 之補正值，在風向補正表127記憶各流入 風速之風向計6之補正值。
± 4定特定之複數台之風力發電裝置而收集資料之 丨月形僅將由複數台之風力發電裝置逐次接收之資料集重 疊而作成—個儲存資料。又，各風力發電裝置Μ〜之 控=部13(Μ〜13〇_Μ(包含發電機輸出控制部21、俯仰角控 制。卩22及偏轉角控制部23之運轉控制部3〇)所執行之運 轉控制雖與第1實施型態及第2實施型態相同，但在參照風 向補正表之際’需進入到中央控制裝置1〇〇内之風向補正 表12 7加以讀取。 又，風向補正表之資料容量小，故也可在各風力發電裝 置1-1〜1-Μ之控制部130_1〜130_河内備置風向補正表，藉中 央控制裝置100作成風向補正表127後，整批地發送至各風 力發電裝置1-1〜1-Μ。 一般’在風力發電場中，為避免受到週邊之風力發電裝 置之影響，會以一定間隔配置風力發電裝置，故可選定1 台或數台之風力發電裝置，而更有效地作成風向補正表 127。 以上，已參照圖式詳述有關本發明之實施型態，但具體 131502.doc -25- 200914728 的，成並不限；t於此等實施型態，也包含不脫離本發明之 要旨之範圍之設計變更等。 例如，在儲存資料中，也可使用塔軸周圍之轉矩取代發 電輸出p。又’在儲存資料中，也可使用偏轉角控制機構 丄8之偏轉馬達之消耗電力取代發電輸出p。使用此等之情 形’、分析部26可施行資料儲存部25之儲存資料之統計解析 而求出對各流人風速之塔軸周圍之轉矩、偏轉馬達之消耗 電力中之一方之風向偏差之分佈曲線，以該分佈曲線呈現 峰值之風向偏差作為風向計6之補正值⑽，在風向補正表 27記憶各流入風速之風向計6之補正值。 士又，在儲存資料中，也可使用對發電輸出施以FFT處理 時之功率譜之旋轉頻率之N倍成分取代發電輸出p。在此， N為風車葉片12之翼數，3支之情形，具有旋轉頻率之3倍 成分。此情形，分析部26可施行資料儲存部25之儲存資料 之統計解析而求出對各流人風速之發電輸出之功率譜之旋 ㈣率之N倍成分之風向偏差之分佈曲線，以該分佈曲線 王現下峰值之風向偏差作為風向計6之補正值⑽，在風向 補正表27 5己憶各流入風速之風向計6之補正值。 另外，在第1實施型態至第3實施型態中，揭示適用於獨 立鈿订俯仰角控制及發電輸出控制之可變速旋轉控制方式 之風力發電裝置之構成之例，但只要屬於在運轉（包含試 驗運轉）中，可儲存對風向㊀…、風速Vw之發電量p、塔軸 周圍之轉矩Mz、或偏轉角控制機構之偏轉馬達之消耗電 力等之資料之構成之風力發電裝置，任何方式皆可適用。 I31502.doc -26- 200914728 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之第1貫把型態之風力發電裝置之全體之概 略構成圖。 圖2係圖1所示之控制裝置之詳細構成圖。 圖3係設立對流入風速之發電輸出、旋轉數及俯仰角之 變化之說明圖。 圖4係例不對各流入風逮之發電輸出之風向偏差之分佈 曲線之說明圖。 、圖5係說明在f料儲存部及分析部之風向補正表之作 成、與偏轉角控制部之偏轉角控制之說明圖。 、圖6係6兒明在貧料儲存部及分析部之風向補正表之作 成，、偏轉角控制部之偏轉角控制之說明圖。 圖7係本發明之第3實施型態之風力發電系統之構成圖。 【主要元件符號說明】 1-1 〜 風力發電裝置 2、2-1 〜2~M 塔 3、3-1 〜3-M 短艙 5 風速計 6 風向計 11 風車轉子 12 風車葉片 14 增逮機 15 發電機系統 17 俯仰角控制機構 131502.doc -27- 200914728 18 偏轉角控制機構 20、130-1 〜130-M 控制裝置（控制旬 21 發電機輸出控制 22 俯仰角控制部 23 偏轉角控制部 24 流入風速推定部 25 > 125 資料儲存部 26、126 分析部 27 ' 127 風向補正表 30 運轉控制部 100 中央控制裝置 101 信號收發部 128 學習模式控制部 P 發電輸出 Pd 輸出指令 Vw 風速 0d 補正值 θρ 俯仰角指令 θγ 偏轉角指令 0W 風向 ω 發電機轉速 131502.doc -28-

Claims (1)

  1. 200914728 _、申請專利範圍： 種風力發電裝置，其特徵在於：其係包含設置於短艙 之風速计及風向計、與控制前述短艙之方位之偏轉角控 制機構；且包含： 資料儲存部，其係逐次儲存該風力發電裝置之運轉時 之如電輸出、依據藉由前述風速計測定之風速所推定之 流入風速、以及藉由前述風向計測定之風向與前述短艙 之方位之差之風向偏差之資料集； 分析部，其係施行前述資料儲存部之儲存資料之 解析而求出對各流入風速之發 么电称出之風向偏差之分佈 :’以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述風向計 ^正值’記憶各流人風速之前述風向計之補正值，及 控制部，其係以前述各流 ^ x A 』迷風向計之補正 值補正别述風向計之風向 制炎餐而p 更用該補正後之風向作為控 市J翏數而施行發電控制。 2. L 一種風力發電裝置，其特徵在於：農 之風速計及風向計、验係包&置於短驗 制機構；且包含： 冑之方位之偏轉角控 學習模式控制部，並俜蕻 特定時π \ 偏轉角控制機構，在每 、曰’为段地使前述短艙之方位 逐一改變特定量，利 為目‘之風向 方位之差之風向偏風向與前述短搶之 資料储存部，其係逐次儲存前=力1電裳置； 電裝置之運轉時之發電輸出、？式之相力發 據藉由珂述風速計測定 131502.doc 200914728 之風速所推定之流入風速 集； 以及前述風向偏差之資料 分析部，其係施行前述資料儲存部之儲存資料之统計 解析而求出對各流入風速之發電 货电翰出之風向偏差之分佈 曲線，以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述風向計 之補正值，記憶各流人風速之前述風向計之補正值；及 控制部，其係在通常運轉時，以前述各流入風速之前 述風向計之補正值補正前述風向計之風向，使用該補正 後之風向作為控制參數而施行發電控制。 3. 如請求項1之風力發電裝置，其中前述控制部係包含偏 轉角控制部，其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前 述風向計之風向與前述短艙之方位之差之風向偏差中加 入前述各流入風速之前述風向計之補正值後之補正風向 偏差之偏轉角指令。 4. 如請求項2之風力發電裝置，其中前述控制部係包含偏 轉角控制部，其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前 述風向計之風向與前述短艙之方位之差之風向偏差中加 入前述各流入風速之前述風向計之補正值後之補正風向 偏差之偏轉角指令。 5-如請求項1至4中任一項之風力發電裝置，其中前述資料 儲存部係逐次儲存運轉時之塔軸周圍之轉矩、前述偏轉 角控制機構之偏轉馬達之消耗電力、或對發電輸出施以 FFT處理時之功率譜之旋轉頻率之n倍成分中之一方、與 前述流入風速、及前述風向偏差之資料集； 131502.doc 200914728 6.
    前述分析部係施行前述資料儲存部之儲存資料之統計 解析而求出對各流人風速之前述塔轴周圍之轉矩、前述 偏轉馬達之消耗電力、或對前述發電輸出之功率级之旋 =率之N倍成分中之-方之風向偏差之分佈曲二以 二刀佈曲線呈現峰值或下峰值之風向偏差作為前述風向 。十之補正值，記憶各流人風速之前述風向計之補正值。 一種風力發電以’其特徵在於：其係包含分別包含設 置於短艙之風速計及風向計、與控制前述短餘之方位之 偏轉角控制機構之複數台之風力發電裝置、及集中管理 複數口之風力發電裝置之運轉之中央控制裝置； W述令央控制裝置係包含： 〜資㈣存部，其係逐次儲存特定之風力發電裝置或特 ，之：數台之風力發電裝置之運轉時之發電輪出、依據 藉=前述風速計測定之風速所推定之流入風速、以及藉 由别述風向計測定之風向與前述短搶之方位之差之風向 偏差之資料集；及 ° 刀析部，其係施行前述資料儲存部之儲存資料之統計 解析而求出對各流人風速之發電輸出之風向偏差之分佈 曲線’以該分佈曲線呈現♦值之風向偏差作為前述風向 汁之補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補正值； 各前述風力發電裝置係分別包含： 控制。卩，其係以前述各流入風速之前述風向計之補 正值補正前述風向計之風向，使用該補正後之風向作為 控制參數而施行發電控制。 131502.doc 200914728 7· —種風力發電系統，其特徵在於· m. ^ 、 /、係包含分別包含没 置於短搶之風速計及風向計、與控制前述㈣。又 偏轉角控制機構之複數台 位之 >， 風力發電裝置、及隼φ與饰 該複數台之風力發電裝置之 〃 Β 二 連轉之中央控制裝置； 月1J述中央控制裝置係包含： 學習模式控制部，宜係右Μ — 、》 ' 特疋之風力發電裝置或牲… 之複數台之風力發電裝置中，二 ^ 名|Μ — * 精述偏轉角控制機構， 在每特疋時間，分段地待俞 π ^ 使則述短艙之方位對作為目俨之 風向逐-改變特定量，利用改變前述 ：之 搶之方位之差之風向偏差之學習模式運轉該特 發電裝置或特定之複數台之風力發„置轉/^之風力 資料健存部，其係逐次儲存前述學 力發電裝置或特定之複數台之風力發電裝置風 發電輸出、依據㈣前述風料敎之風速所推定之^ 入風速、以及前述風向偏差之資料集；及 机 刀析部，其係施行前述資料儲存部之儲存資料 解析而求出對各流入風速之發電輸出之風向偏差之八十 曲線、’以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述2 計之補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補正值° 各W述風力發電裝置係分別包含： ’ 控制部，其係在通常運轉時，以前述各流入風速4 述風向。十之補正值補正前述風向計之風向， 2、、 ^ ^ ^ ^ π s亥補正 傻風向作為控制參數而施行發電控制。 8·如請求項6之風力發電系統’其中前述控制部係包八 131502.doc 200914728 轉角控制部’其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前 賴向計之風向與前述短艙之方位之差之風向偏差中加 ，述各机入風速之前述風向計之補正值後之補正風向 偏差之偏轉角指令。 β求項7之風力發電系統’其中前述控制部係包含偏 專角控制一’其係向前述偏轉角控制機構輸出依據在前 述^向计之風向與前述短驗之方位之差之風向偏差中加 入引述各流入風速之前述風向計之補正值後之補正風向 偏差之偏轉角指令。 “求項6至9中任一項之風力發電系統，其中前述資料 儲存。卩係逐次儲存運轉時之塔軸周圍之轉矩、前述偏轉 角控制機構之偏轉馬達之消耗電力、或對發電輸出施以 ^處理時之功率譜之旋轉頻率之Ν倍成分中之—方、與 i述桃入風速、及前述風向偏差之資料集； 别述分析部係施行前述資料儲存部之儲存資料之統計 解析而求出對各流人風速之前述塔軸周圍之轉矩、前述 偏轉馬達之消耗電力'或對前述發電輸出之功率譜之旋 轉頻率◎倍成分中之一方之風向偏差之分佈曲線以 該分佈曲線呈現峰值或下轉之風向偏差作為前述風向 。十之補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補正值。 η· 2風力發電裝置之發電控制方法，其特徵在於：其係 ι 3叹置於短艙之風速計及風向計、與控制前述短艙之 方位之偏轉角控制機構；且包含： 貝料儲存部步驟，其係逐次儲存該風力發電裝置之運 131502.doc 200914728 轉時之發電輸出、依據藉由前述風速計測定之風速所推 定之机入風速、以及藉由前述風向計測定之風向與前述 短驗之方位之差之風向偏差之資料集； 刀析步驟，其係施行前述資料儲存步驟之儲存資料之 先°十解析而求出對各流人風速之發電輸出之風向偏差之 分佈曲線，以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述 風向計之補正值，記憶各流入風速之前述風向計之補正 值；及
    控制步驟，其係以前述各流入風速之前述風向計之補 正值補正前述風向計之風向，使用該補正後之風向作為 控制參數而施行發電控制。 12.—種風力發電裝置之發電控制方法，其特徵在於：其係 包含設置於短艙之風速計及風向計、與控制前述短搶之 方位之偏轉角控制機構；且包含： —千習模式控制步驟，其係藉前述偏轉角控制機構，在 特疋時間’分段地使前述短搶之方位對作為目標之風 :逐-改變特定量’利用改變前述目標風向與前述短艙 位之差之風向偏差之學習模式運轉該風力發電裝置； 發Π儲存步驟’其係逐次儲存前述學習模式之該風力 ^電裝置之運轉時之發電輸出、依據藉由前述風速計測 集几速所推疋之流人風速、以及前述風向偏差之資料 131502.doc 200914728 分佈曲線，以該分佈曲線呈現峰值之風向偏差作為前述 風向計之補正值，記憶各流人風速之前述風向計之補正 值；及 控制步驟，其係在通常運轉時，以前述各流入風速之 前述風向計之補正值補正前述風向計之風向，使⑽補 正後之風向作為控制參數而施行發電控制。
    13.如請求項U之風力發電系統之發電控制方法其中前述 控制步驟係包含偏轉角控制步驟’其係向前述偏轉角控 制機構輸出依據在前述風向計之風向與前述短驗之方位 之差之風向偏差中加人前述各流人風速之前述風向計之 補正值後之補正風向偏差之偏轉角指令。 14·如π求項12之風力發電系統之發電控制方法，其中前述 控制步驟係包含偏轉角控制步驟，其係向前述偏轉角控 制機構輸出依據在前述風向計之風向與前述短艙之方位 之差之風向偏差中加入前述各流入風速之前述風向計之 補正值後之補正風向偏差之偏轉角指令。 15·如請求仙㈣中任一項之風力發電系統之發電控制方 法其中别述資料儲存步驟係逐次儲存運轉時之塔軸周 圍之轉矩、前述偏轉角控制機構之偏轉馬達之消耗電 力、或對發電輸出施以FFT處理時之功率譜之旋轉頻率 之N倍成分t之—方、與前述流人風速、及前述風向偏 差之資料集； 月'J述分析步驟係施行 統計解析而求出對各流 前述資料儲存步驟之儲存資料之 入風速之前述塔軸周圍之轉矩、 131502.doc 200914728 前述偏轉馬達之消耗電力、或對前述發電輸出之功率譜 之旋轉頻率之N倍成分中之一方之風向偏差之分佈曲 線’以該分佈曲線呈現峰值或下峰值之風向偏差作& 述風向古+ > @月1J 。 補正值，記憶各流入風速之前述風向計之、 正4畜_。 3用
    131502.doc
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