TW201533316A - 風力發電裝置 - Google Patents

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TW201533316A
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Hiromu Kakuya
Souichiro Kiyoki
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Hitachi Ltd
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Abstract

在風力發電裝置中，經由有效抑制發電時的塔的振動，並減輕塔的疲勞的方式，提供有一種耐用性優異之風力發電裝置。而且，提供有一種抑制用於塔補強之追加成本，且經濟性優異之風力發電裝置。 一種風力發電裝置，具備：塔，係設置在地上或是海上，成為風力發電裝置的支撐部；短艙，係設在前述塔上，內部具備發電機；以及轉子，係設在前述短艙之其中一端，是利用受風而變換成旋轉能量之複數個葉片以及轂所構成；其特徵為具備：傾斜角檢測手段，係檢測前述短艙的斜率；以及傾斜角控制手段，係設在前述葉片，調節相對於前述轂之前述葉片的傾斜角；根據經由前述傾斜角檢測手段所檢測出的前述短艙的傾斜角，經由前述傾斜角控制手段，控制前述葉片之前述傾斜角。

Description

風力發電裝置
本發明有關減低風力發電裝置中塔的振動之技術。
最近幾年，擔心二氧化碳的排放導致地球暖化或化石燃料的枯竭，追求抑制二氧化碳量的排放或減低對化石燃料的依賴度。為了圖求抑制二氧化碳的排放量或減低對化石燃料的依賴度方面，利用風力或太陽光等之從自然可得之可再生能源之發電系統的導入是有效的。
即便在利用上述可再生能源之發電系統中，風力發電系統是與太陽光發電系統相異，因為不會受到因日射所致之直接的輸出變化，所以作為比較安定的發電系統受到注目。而且，與地上相比較，設置在風速高、風速變化少的海上之風力發電系統也作為有力的發電系統而受到注目著。
處於構築風力發電系統的情況下，抑制構成風力發電系統的塔的振動之手段是必要的。其理由於以下表示。以連接葉片與葉片的轂所構成的轉子，係連接到設 置在塔上的短艙。在可以輸出數MW的風力發電系統中，塔到達數十公尺的高度。為此，轉子因受到風速的變化而施加到塔的力(動差)大幅度變化，於塔產生振動。因為該振動為要因而對塔蓄積疲勞，塔的壽命有可能變短。
作為有關該技術分野之背景技術，例如有專 利文獻1般的技術。於專利文獻1，揭示有一種風力發電裝置，具備根據翼傾斜角指令控制風車葉片的傾斜角之傾斜角控制機構，該風力發電裝置被安裝在短艙，具有：檢測該短艙的振動的加速度之加速度計；以及，根據利用前述加速度計所檢測出的加速度，算出用以對前述風車葉片產生推力之該風車葉片的傾斜角並把翼傾斜角指令輸出到前述傾斜角控制機構使得以抵銷前述短艙的振動之主動式抑振手段。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特許第4599350號公報
在專利文獻1，揭示有為了抑制上述塔的振動，利用設置在短艙之加速度感測器的輸出訊號，以控制葉片的傾斜角的方式調整加到轉子的推力，抑制塔的振動之手段。根據專利文獻1所記載的技術，以賦予對應到塔 振動的速度之假想的阻尼項的方式，可以抑制塔振動。
但是，把專利文獻1所揭示的技術適用到浮 動式的風力發電系統之場合，會有以下般的課題。在浮動式方面，相對於著床式，塔的傾斜角度變大。在利用了加速度感測器之場合，於塔傾斜角變大之際，也檢測到因重力所致之加速度。根據包含有重力的影響之加速度來決定傾斜角指令值的話，因為存在有藉由塔的振動以外的加速度所決定的傾斜角指令值的成分，會有可能根據與本來的目的相異之傾斜角指令值來決定各葉片的傾斜角。結果，在於專利文獻1所揭示之技術之下，會有無法適切抑制塔的振動之場合。
在此，本發明的目的，是在風力發電裝置 中，經由有效抑制發電時的塔的振動，並減輕塔的疲勞的方式，提供有一種耐用性優異之風力發電裝置。而且，提供有一種抑制用於塔補強之追加成本，且經濟性優異之風力發電裝置。
為了解決上述課題，本發明為一種風力發電裝置，具備：塔，係設置在地上或是海上，成為風力發電裝置的支撐部；短艙，係設在前述塔上，內部具備發電機；以及轉子，係設在前述短艙之其中一端，是利用受風而變換成旋轉能量之複數個葉片以及轂所構成；其特徵為具備：傾斜角檢測手段，係檢測前述短艙的斜率；以及傾 斜角控制手段，係設在前述葉片，調節相對於前述轂之前述葉片的傾斜角；根據經由前述傾斜角檢測手段所檢測出的前述短艙的傾斜角，經由前述傾斜角控制手段，控制前述葉片之前述傾斜角。
根據本發明，是在風力發電裝置中，經由有效抑制發電時的塔的振動，並減輕塔的疲勞的方式，可以實現有一種耐用性優異之風力發電裝置。而且，可以實現有一種抑制用於塔補強之追加成本，且經濟性優異之風力發電裝置。
1‧‧‧風力發電裝置
2‧‧‧葉片
3‧‧‧轂
4‧‧‧轉子
5‧‧‧傾斜致動器
6‧‧‧短艙
7‧‧‧傾斜角感測器
8‧‧‧塔
9、120‧‧‧控制器
12、12a、12b、12c‧‧‧歪斜感測器
51、141‧‧‧位移速度演算部
52‧‧‧位移速度偏差演算部
53‧‧‧傾斜角指令值演算部
54‧‧‧葉片特性部
55、102‧‧‧加法運算部
56‧‧‧塔振動特性部
57‧‧‧傾斜角感測器特性部
61、151‧‧‧塔位移演算部
62、152‧‧‧微分演算部
71、161‧‧‧雜訊去除處理部
81、171‧‧‧帶通濾波器特性部
101‧‧‧獨立傾斜角偏差演算部
142‧‧‧歪斜感測器特性部
501、1401‧‧‧塔制振控制部
502、1402‧‧‧控制對象部
〔圖1〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的概略構成之圖。
〔圖2〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的短艙以及傾斜角感測器之圖。
〔圖3〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的短艙的傾斜角與水平方向的位移的關係之圖。
〔圖4〕為表示在有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的短艙與塔的代表點所假設的2次震動系統之概略之圖。
〔圖5〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電 裝置的系統概要之方塊圖。
〔圖6〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖7〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖8〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖9〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的傾斜角指令值演算部的概要之方塊圖。
〔圖10〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置之獨立傾斜角偏差演算部的概要之方塊圖。
〔圖11〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置之塔制振控制的演算流程之流程圖。
〔圖12〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的概略構成之圖。
〔圖13〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置之塔的歪斜與水平方向的位移的關係之圖。
〔圖14〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的系統概要之方塊圖。
〔圖15〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖16〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖17〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發 電裝置的位移速度演算部的概要之方塊圖。
〔圖18〕為表示有關本發明之一實施方式之風力發電裝置之塔制振控制的演算流程之流程圖。
以下，使用圖面說明本發明的實施例。
〔實施例1〕 ≪實施例1之概略構成≫
首先，使用圖1，說明有關本實施例之風力發電裝置的概略構成。圖1表示本實施例之風力發電裝置1之整體的概略構成。風力發電裝置1具備有利用複數個葉片2、及連接複數個葉片2之轂3所構成之轉子4。轉子4係在圖中省略，但介隔著旋轉軸連結到短艙6之其中一端，以旋轉的方式可以變更葉片2的位置。經由讓葉片2受風的方式來旋轉轉子4，以使在圖中省略之具備在短艙的內部之發電機旋轉的方式，可以產生電力。於各葉片2，具備可以調整葉片2與轂3之位置關係、亦即稱呼為傾斜角之葉片的角度之傾斜角控制手段，也就是傾斜致動器5。以使用傾斜致動器5來變更葉片2的傾斜角之方式，可以變更對風之轉子的旋轉能量。經此，寬廣的風速領域中，可以一邊控制轉子4的旋轉速度，一邊控制風力發電裝置1之發電電力。短艙6係設置在成為風力發電裝置的支撐部 之塔8上，塔8在圖中是沒有明記，但是被設置在基部，設置在地上或是海上的指定位置。風力發電裝置1係更進一步在短艙6具備可以計測短艙6的傾斜角之傾斜角感測器7。而且，風力發電裝置1具備控制器9，以根據傾斜角感測器7的輸出訊號來調整傾斜致動器5的方式，減低在塔8所產生的振動之塔制振控制，是以程式的形態被安裝著。在圖1，圖示有控制器9設置在短艙6或是塔8的外部之形態，但不限於此，亦可是設置在短艙6或是塔8或是以外之指定位置、或是風力發電裝置1的外部之形態。
≪實施例1中的短艙傾斜角≫
圖2為表示以設置在風力發電裝置1的短艙6的指定位置之傾斜角感測器7進行計測傾斜角之圖。把以與水平軸一致之X0軸、與X0軸垂直的Z0軸、以及位在X0軸與Z0軸的交點並朝向紙面背側之Y0軸所構成之座標系Σ0作為基準之際，傾斜角感測器7設置在以存在於與紙面平行的平面之X1軸以及Z1軸、和與Y0軸方向為一致之Y1軸所構成之座標系Σ1。該傾斜角感測器7係計測繞相對於座標系Σ0之座標系Σ1的Y0軸(Y1軸)旋轉的旋轉角度。傾斜角感測器7係物理性設置在短艙6，因為進行與短艙6同樣的運動，上述旋轉角度與短艙6的傾斜角度一致。
≫決定實施例1中的塔位移≫
圖3為表示風力發電裝置1受到風力能量進行發電之際的塔8的振動的位移之概要圖。塔8為剛體，假設以塔8的基部而傾斜的形態的話，相對於圖2所示之傾斜角，塔8的位移x可以用以下的式子決定。
在此，h表示塔的高度。
≪實施例1中的塔振動的假設舉動≫
圖4表示假設在塔8的代表點之2次振動模型。以下，在本實施例，塔8的振動僅假定成1次振動模式。如圖4所示，把質量M的質點假設在塔8的代表點，該振動特性具有彈性性質K與黏度特性D，並作為在上述所定義的位移x所根據的東西。而且，F為表示加到塔8之前後方向的力(推力)。該推力乃是轉子4、短艙6、以及塔8受到風所產生的力，藉由調整各葉片的傾斜角的方式可以變更其大小。
≪實施例1中的塔制振控制≫
以下，使用圖5乃至圖11，說明有關安裝到風力發電裝置1的控制器9，根據微分了上述位移x的結果之位移速度vx來減低塔8的振動之塔制振控制之其中一例。
圖5為表示實施例1中的塔制振控制與控制 對象的概要之方塊圖。圖5所示之方塊圖，係利用塔制振控制部501與控制對象部502所構成。塔制振控制部501，係利用位移速度演算部51、位移速度偏差演算部52、以及傾斜角指令值演算部53所構成。位移速度演算部51係根據傾斜角感測器7的輸出訊號之傾斜角，演算塔8的位移速度vx。位移速度偏差演算部52係把位移速度演算部51的輸出之位移速度vx，從位移速度目標值vx*予以減掉，演算位移速度偏差△vx。傾斜角指令值演算部53係根據位移速度偏差△vx演算用以減低塔8的振動之傾斜角指令值θ* c。在此，所謂傾斜角指令值，是定義成對複數葉片2之全部的傾斜致動器5給予同樣的指令之指令值。控制對象部502，係利用葉片特性部54、加法運算部55、塔振動特性部56、以及傾斜角感測器特性部57所構成。葉片特性部54藉由用以減低塔8的振動之傾斜角指令值θ* c決定產生在塔8的推力(因塔制振控制所致之推力)△F。加法運算部55，係對基本推力F0與因塔制振控制所致之推力△F做加法運算，演算施加到塔8之全部的推力(全推力)F。在此，所謂基本推力F0，乃是表示風力發電裝置1因應風速為了控制發電電力而控制了傾斜角之際所產生的推力、亦即不實行塔制振控制的場合之推力。塔振動特性部56，係如圖4所示，為假設在塔8的代表點之質點的2次振動模型的舉動，根據全推力F決定塔8的位移x。傾斜角感測器特性部57係表示設置在塔8上部的短艙6之傾斜角感測器7的輸出特性。
以下，說明有關構成各塔制振控制部501以 及控制對象部502之其中一例。
首先，說明有關塔制振控制部501。圖6為表 示實施例1中的位移速度演算部51的第1實施方式之圖。本實施方式中的位移速度演算部51，係利用塔位移演算部61與微分演算部62所構成。在塔位移演算部61，根據傾斜角感測器7的輸出訊號之傾斜角，並根據數學式1決定位移x。在微分演算部62，以對位移x進行時間微分的方式決定位移速度vx。圖7為表示實施例1中的位移速度演算部51的第2實施方式之圖。本實施方式中的位移速度演算部51，係於上述第1實施方式的前段，追加雜訊去除處理部71。雜訊去除部71具備把包含在傾斜角感測器7的輸出訊號的雜訊予以除去之特性，具備低通濾波器的傳遞特性者為佳。在本實施方式，根據塔8的傾斜角，決定雜訊去除後傾斜角。之後，根據數學式1決定位移x，經由微分決定位移速度vx。圖8為表示實施例1中的位移速度演算部51的第3實施方式之圖。本實施方式中的位移速度演算部51，係相對於上述第2實施方式，具備在雜訊去除處理部71與塔位移演算部61之間，追加了帶通濾波器特性部81之構成。於傾斜角感測器7的輸出訊號之傾斜角實行上述的雜訊去除處理部71，決定雜訊去除後傾斜角。帶通濾波器特性部81，係相對於雜訊去除後傾斜角實行僅取出指定頻率帶域之處理，決定指定帶域傾斜角。上述指定頻率 帶域為塔8的1次振動模式之固有頻率帶域者為佳，亦可為利用構成風力發電裝置1之發電機或風扇等所產生之頻率帶域者。由已決定之指定帶域傾斜角，以塔位移演算部61根據數學式1決定位移x後，藉由以微分演算部62對位移x進行微分的方式決定位移速度vx。位移速度偏差演算部52，係經由位移速度vx與位移速度目標值vx*，根據下式演算位移速度偏差△vx。
【數學式2】△vx=vx *-vx
圖9為表示傾斜角指令值演算部53之其中一例之方塊圖。在圖9的形態，相對於乃是輸入之位移速度偏差△vx，根據利用增益為Kp之比例成分與增益為KD之微分成分所構成之PD控制，演算傾斜角指令值θ* c。下式表示PD控制的傳遞函數。
接著，在以下說明控制對象部502之其中一例。葉片特性部54，係根據下式，由傾斜角指令值θ*c決定因塔制振控制所致之推力△F。
數學式4表示因塔制振控制所致之推力△F與 傾斜角指令值θ* c成比例之特性，但並不限於此，亦可為反比例或多項式之特性者。
塔振動特性部56，係如圖4所示，從假設2次振動模型方面，在塔8的位移x與全推力F之間假設下式的特性。
傾斜角感測器特性部57，係經由塔8的變形 特性與傾斜角感測器7的特性來決定。假設圖3的關係到傾斜角與位移x的話，根據下式決定傾斜角。
≪適用PD控制到塔制振控制的場合之效果≫
以下，詳細說明有關適用PD控制到塔制振控制的場合之效果。因全推力F、塔制振控制所致之推力△F、以及基本推力F0方面，成立有以下的關係。
【數學式7】F=F 0+△F
在此，由數學式3與數學式4，因位移速度變 化△vx與塔制振控制所致之推力△F方面成立有以下的關係。
在此，位移速度偏差△vx係以數學式2來表現，但抑制塔8的振動方面，因為【數學式9】vx *=0
有必要的緣故，數學式2成為下式之樣貌。
【數學式10】△vx=-vx
由數學式8與數學式10得到下式。
由數學式5得到下式
在此，代入數學式7與數學式11的話，得到下式。
相對於適用實施例1的塔制振控制之前面的特性的下式，
數學式13係右邊第1項的重量項、以及右邊 第2項的衰減項變大。此乃表示經由因塔制振控制所致之傾斜角指令值，假想性增加塔重量與衰減特性。經由上述效果，可以減低塔8的振動。
≪因獨立傾斜(角)控制所致之塔制振控制的效果提升≫
圖10係表示以獨立決定傾斜角指令值的方式可以提升塔制振控制的效果之控制(因獨立傾斜角指令所致之塔制振控制)的方塊圖。本控制，係利用從以上述的塔制振控制所決定之傾斜角指令值θ* c來決定各葉片德獨立傾斜角偏差θ* i之獨立傾斜角偏差演算部101、與加法運算部102所構成。獨立傾斜角偏差演算部101，係根據下式，決定獨立傾斜角偏差θ* i。
在此，i表示葉片編號，Ψi表示各葉片之轉子旋轉位置(相對於水平面，以垂直方向為基準)，Ψ0表示考慮了從傾斜角指令一直到動作為止的延遲之偏置值。在此，f(θ* c)係如下式般與傾斜角指令值θ* c成比例者為佳，亦可為根據多項式者，且不限於此。
如數學式15所示，以在獨立傾斜角偏差θ* i利用有cos的方式，可以減低葉片2的位置為最高、且助長因風力所致之塔8的振動之推力。而且，葉片2的位置為最低，在與塔重疊的狀況下葉片2比起存在於其他的位置之場合推力變弱的緣故，產生使塔8的振動增加之動差。為了抑制這個，在葉片2的位置位於最低的旋轉位置之場合，為了加大因傾斜角指令值所致之推力變化的影響，利用cos函數，把其操作量調整成與葉片2高的位置成逆方向。在因獨立傾斜角指令所致之塔制振控制方面，最終依照下式演算各葉片2之獨立傾斜角指令值。
在以上說明之實施例1中的塔制振控制方面，利用有複數個常數，但這些常數係經由模擬或是實機試驗所決定者為佳，亦可為經由指定的設計手法所決定 者。而且，亦可不為常數，而為因應指定的狀態而適宜變化者。
≪實施例1中的塔制振控制之流程圖≫
圖11係表示實施例1中的塔制振控制之流程圖之其中一例。在步驟S1101，根據傾斜角感測器7的輸出訊號決定傾斜角，前進到下個步驟。繼續在步驟S1102，根據傾斜角決定塔8的振動的位移速度vx，前進到下個步驟。在步驟S1103，根據塔8的位移速度vx，決定各葉片2之傾斜角指令值θ* c，前進到下個步驟。在步驟S1104，根據傾斜角指令值θ* c，決定獨立傾斜角指令值θ* i，結束一連串的處理。
本實施例中的塔制振控制之流程圖係不限於此，例如，省略決定獨立傾斜角指令值θ* i之步驟S1104，僅從步驟S1101至步驟S1103之處理也可得其效果。
〔實施例2〕 ≪實施例2之概略構成≫
以下，使用圖12乃至圖18，說明有關本實施例之風力發電裝置的概略構成。圖12表示本實施例之風力發電裝置1之整體的概略構成。葉片2、轂3、轉子4、傾斜致動器5、短艙6、塔8，係與在圖1已說明之實施例1 為同樣。在實施例2，檢測塔8的歪斜量之歪斜檢測手段亦即複數個歪斜感測器12(在圖12以12a、12b、12c明記之)具備在塔8的地表側之指定位置。而且，風力發電裝置1具備控制器120在適宜位置，控制器120方面，根據這些歪斜感測器12的輸出訊號，以對傾斜致動器5給予指令的方式，可以減低在塔8所產生的振動之塔制振控制，是程式的形態被安裝著。被安裝在控制器120的塔制振控制，係從歪斜感測器12的輸出訊號決定塔8的變形量，決定根據該變形量調整有複數葉片2的傾斜角之對傾斜致動器5的指令值之傾斜角指令值。尚且，圖12記載有控制器120在短艙6以及塔8的外部，但不限於此，亦可具備在短艙6的指定位置、或是塔8的指定位置，也可設置在風力發電裝置1之外部。
≪決定實施例2中的塔位移≫
圖13，為表示風力發電裝置1受到風力能量進行發電之際的塔8的振動的位移與以歪斜感測器12所計測的歪斜量之關係之圖。圖13中，分別表示x為塔8的水平方向的位移，δ為根據設置在塔8之歪斜感測器12的輸出訊號所決定之歪斜感測器12安裝部的塔8的變形量，為在塔8的歪斜感測器12的安裝部以外假設成剛體的場合之塔8的傾斜角，h1為從塔8中的短艙6的安裝位置一直到歪斜感測器12的安裝位置為止的長度。但是，塔長度h1乃是在轉子4、短艙6、以及塔8沒有輸入有風力 能量之狀態、亦即沒有受到風之狀態下的垂直方向的長度。
在本實施例，傾斜角微小的話，利用傾斜角近似變形量δ之性質，利用比例增益G3，根據下式演算塔8的位移x。
【數學式18】x=G 3 δ
尚且，比例增益G3係如圖13所示之從幾何學的關係所決定者為佳，亦可為根據實測資料所決定者。而且，不限於數學式18，亦可為根據變形量δ的多項式所決定者。在此，變形量δ係根據複數設置的歪斜感測器12之複數個輸出訊號所決定。對歪斜感測器12的輸出訊號施以過濾處理，可以利用去除雜訊後的訊號的最大值，亦可從去除雜訊後的訊號推測歪斜感測器12安裝位置的塔8的變形形態，決定根據未變形的狀態之變形量。
≪實施例2中的塔振動的假設舉動≫
實施例2中的塔振動假設舉動，係與上述的實施例1同樣，假設圖4所示之2次振動模型的緣故，省略詳細說明。
≪實施例2中的塔制振控制≫
以下，使用圖14乃至圖18，實施例2中，說明有關 安裝在控制器120之塔制振控制。
實施例1中的塔制振控制、與實施例2中的塔制振控制之相異處，為塔制振控制的輸入是利用變形量δ者。利用該變形量δ，決定塔8的位移速度vx，並據此決定輸出到傾斜致動器5之傾斜角指令值。圖14為表示實施例2中的塔制振控制部與控制對象的概要之方塊圖。圖14所示之方塊圖，係利用塔制振控制部1401與控制對象部1402所構成。塔制振控制部1401，係利用位移速度演算部141、位移速度偏差演算部52、以及傾斜角指令值演算部53所構成。位移速度演算部141係根據歪斜感測器12的輸出訊號之變形量δ，演算塔8的位移速度vx。位移速度偏差演算部52以及傾斜角指令值演算部53係與實施例1同樣的緣故，省略說明。
控制對象部1402，係利用葉片特性部54、加法運算部55、塔振動特性部56、以及歪斜感測器特性部142所構成。葉片特性部54、加法運算部55、以及塔振動特性部56係與實施例1同樣的緣故，省略說明。歪斜感測器特性部142係表示設置在塔8上部的短艙6之歪斜感測器12的輸出特性。以下，說明有關與實施例1之相異點之位移速度演算部141、以及歪斜感測器特性部142。
圖15表示實施例2中的位移速度演算部141的第1實施方式。本實施方式中的位移速度演算部141，係利用塔位移演算部151與微分演算部152所構成。塔位 移演算部151係根據歪斜感測器12的輸出訊號之變形量δ，利用數學式18決定塔8的位移x。微分演算部152，係與實施例1同樣，以對位移x進行時間微分的方式決定位移速度vx。圖16為表示實施例2中的位移速度演算部141的第2實施方式之圖。本實施方式中的位移速度演算部141，係於上述第1實施方式的前段，追加雜訊去除處理部161。雜訊去除處理部161具備把包含在傾斜角感測器7的輸出訊號的雜訊予以除去之特性，具備低通濾波器的傳遞特性者為佳。在本實施方式，根據塔8的變形量δ，決定雜訊去除後變形量δ1。之後，根據數學式18決定位移x，經由微分決定位移速度vx。圖17表示實施例2中的位移速度演算部141的第3實施方式。本實施方式中的位移速度演算部141，係相對於上述第2實施方式，具備在雜訊去除處理部161與塔位移演算部151之間，追加了帶通濾波器特性部171之構成。於歪斜感測器12的輸出訊號之變形量δ實行上述的雜訊去除處理部161，決定雜訊去除後變形量δ1。帶通濾波器特性部171，係相對於雜訊去除後變形量δ1實行僅取出指定頻率帶域之處理，決定指定帶域變形量δ2。上述指定頻率帶域為塔8的1次振動模式之固有頻率帶域者為佳，亦可為利用構成風力發電裝置1之發電機或風扇等所產生之頻率帶域者。由已決定之指定帶域傾斜角，以塔位移演算部151根據數學式18決定位移x後，藉由以微分演算部152對位移x進行微分的方式決定位移速度vx。圖14所示之歪斜感測器 特性部142，係由塔8的位移x，利用歪斜感測器12，決定歪斜感測器12安裝部的變形量δ。假定圖13所示之幾何學的關係成立的話，歪斜感測器特性部142係根據數學式18，藉由下式決定變形量δ。
≪因獨立傾斜(角)控制所致之塔制振控制的效果提升≫
也在實施例2中，與實施例1同樣，經由根據轉子4的旋轉位置對有複數葉片2獨立調整傾斜角的方式，可以提升塔制振控制的效果。有關因獨立傾斜角指令所致之塔制振控制，係與實施例1同樣，省略詳細說明。
≪實施例2中的塔制振控制之流程圖≫
圖18係表示實施例2中的塔制振控制之流程圖之其中一例。在步驟S1801，根據歪斜感測器12的輸出訊號決定變形量δ，前進到下個步驟。繼續在步驟S1802，根據變形量δ決定塔8的振動的位移速度vx，前進到下個步驟。在步驟S1803，根據塔8的位移速度vx，決定各葉片2之傾斜角指令值θ* c，前進到下個步驟。在步驟S1804，根據傾斜角指令值θ* c，決定獨立傾斜角指令值θ* i，結束一連串的處理。
本實施例中的塔制振控制之流程圖係，係與 實施例1同樣，不限於此，例如，省略決定獨立傾斜角指令值θ* i之步驟S1804，僅從步驟S1801至步驟S1803之處理也可得其效果。
尚且，作為在實施例1以及實施例2中已說 明之因獨立傾斜(角)控制所致之塔8的制振控制之例，也以因應各個葉片2的旋轉位置來控制傾斜角的方式，來作為抑制塔8的振動之手段是有效的。例如，經由把相對於將從塔8的基部的位置到在葉片2最高的旋轉位置近傍之傾斜角的平均值予以表示之傾斜角平均值的偏差之絕對值，設成比相對於其他的旋轉位置的傾斜角的傾斜角平均值之偏差的絕對值還要大這般之傾斜致動器5，也可以控制傾斜角。經此，在葉片2位於高的位置之場合，推力調整效果變大。例如，也可以控制傾斜角成：塔8朝後方大幅傾斜的場合，傾斜角變大而讓風逃逸，因為風朝後方推壓的力減低，塔朝前方大幅傾斜的場合，傾斜角變小而受風，使朝後方推壓的力增加。
而且，經由把相對於將從塔8的基部的位置到在葉片2最低的旋轉位置近傍之傾斜角的平均值予以表示之傾斜角平均值的偏差之絕對值，設成比相對於其他的旋轉位置的傾斜角的傾斜角平均值之偏差的絕對值還要大這般之傾斜致動器5，也可以控制傾斜角。經此，可以減低葉片2與塔8重疊的場合之影響。例如、順風(downwind)式方面，在塔8與葉片2重疊的位置，葉片2所受的力減少的緣故，比其他的旋轉位置的葉片，傾斜 角的變化量變大。而且，上風(upwind)式方面是有效果小的可能性，但在因塔8所致之亂流(尾流(wake))的影響下是有得到不少同樣的效果之可能性。
尚且，本發明並不限定於上述的實施例，包 含有各式各樣的變形例。例如，上述的實施例係為了容易理解地說明本發明而詳細說明，未必會限定在具備已說明之全部的構成。又，可以把某一實施例的構成的一部分置換到另一實施例的構成，還有，亦可在某一實施例的構成加上另一實施例的構成。又，有關各實施例的構成的一部分，是可以追加、刪除、置換其他的構成。
51‧‧‧位移速度演算部
52‧‧‧位移速度偏差演算部
53‧‧‧傾斜角指令值演算部
54‧‧‧葉片特性部
55‧‧‧加法運算部
56‧‧‧塔振動特性部
57‧‧‧傾斜角感測器特性部
501‧‧‧塔制振控制部
502‧‧‧控制對象部

Claims (14)

  1. 一種風力發電裝置，具備：塔，係設置在地上或是海上，成為風力發電裝置的支撐部；短艙，係設在前述塔上，內部具備發電機；以及轉子，係設在前述短艙之其中一端，是利用受風而變換成旋轉能量之複數個葉片以及轂所構成；其特徵為具備：傾斜角檢測手段，係檢測前述短艙的斜率；以及傾斜角控制手段，係設在前述葉片，調節相對於前述轂之前述葉片的傾斜角；根據經由前述傾斜角檢測手段所檢測出的前述短艙的傾斜角，經由前述傾斜角控制手段，控制前述葉片之前述傾斜角。
  2. 如請求項1之風力發電裝置，其中，前述傾斜角檢測手段，為設置在前述短艙之傾斜角感測器。
  3. 如請求項1之風力發電裝置，其中，前述傾斜角檢測手段，為設置在前述塔之傾斜角感測器。
  4. 如請求項1~3中任一項之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係個別設在各前述葉片，可以獨立控制相對於前述轂之各前述葉片的傾斜角。
  5. 如請求項1或2之風力發電裝置，其中， 前述傾斜角控制手段，係根據從經由前述傾斜角檢測手段所檢測出之前述短艙的傾斜角所決定之傾斜角速度，控制前述葉片之前述傾斜角。
  6. 如請求項1或2之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係根據從經由前述傾斜角檢測手段所檢測出的前述短艙的傾斜角所決定之表示塔的變形量之塔位移，控制前述葉片之前述傾斜角。
  7. 如請求項6之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係根據從經由前述傾斜角檢測手段所檢測出的前述短艙的傾斜角所決定之表示前述塔位移的速度之塔位移速度，控制前述葉片之前述傾斜角。
  8. 一種風力發電裝置，具備：塔，係設置在地上或是海上，成為風力發電裝置的支撐部；短艙，係設在前述塔上，內部具備發電機；以及轉子，係設在前述短艙之其中一端，是利用受風而變換成旋轉能量之複數個葉片以及轂所構成；其特徵為具備：歪斜檢測手段，係設在前述塔，檢測前述塔的歪斜；以及傾斜角控制手段，係設在前述葉片，調節相對於前述轂之前述葉片的傾斜角；根據經由前述歪斜檢測手段所檢測出的前述塔的歪斜量，經由前述傾斜角控制手段，控制前述葉片之前述傾斜 角。
  9. 如請求項8之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係根據從經由前述歪斜檢測手段所檢測出的前述塔的歪斜量所決定之前述短艙之傾斜角速度，控制前述葉片之前述傾斜角。
  10. 如請求項8之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係根據經由前述歪斜檢測手段所檢測出的表示前述塔的歪斜量之塔位移，控制前述葉片之前述傾斜角。
  11. 如請求項10之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係根據經由前述歪斜檢測手段所檢測出的表示前述塔的歪斜量的前述塔位移的速度之塔位移速度，控制前述葉片之前述傾斜角。
  12. 如請求項8~11中任一項之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係個別設在各前述葉片，可以獨立控制相對於前述轂之各前述葉片的傾斜角。
  13. 如請求項4或12之風力發電裝置，其中，前述傾斜角控制手段，係控制前述傾斜角成：相對於表示從前述塔的基部的位置到在前述葉片最高的旋轉位置近傍之傾斜角的平均值之傾斜角平均值之偏差的絕對值，比相對於其他的旋轉位置的傾斜角的傾斜角平均值之偏差的絕對值還大。
  14. 如請求項4或12之風力發電裝置，其中， 前述傾斜角控制手段，係控制前述傾斜角成：相對於表示從前述塔的基部的位置到在前述葉片最低的旋轉位置近傍之傾斜角的平均值之傾斜角平均值之偏差的絕對值，比相對於其他的旋轉位置的傾斜角的傾斜角平均值之偏差的絕對值還大。
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