TW201910632A - 風力發電裝置及其之控制方法以及修改方法 - Google Patents

Abstract

解決機械性的消耗、及發電性能下降之問題。 　　風力發電裝置，具備：受風而旋轉之轉子；支撐轉子成可旋轉之機艙；支撐機艙成可平擺旋轉之塔；根據平擺控制指令調整機艙的平擺之調整裝置；以及決定送到調整裝置的平擺控制指令之控制裝置；其特徵為：控制裝置，具備：藉由風向測定手段所測定出的風向與從轉子的方向算出平擺角度之平擺角度計算手段、以及根據平擺角度與平擺控制開始閾值與平擺控制結束閾值來決定平擺控制指令之控制指令作成手段；開始閾值與結束閾值係極性為相同，結束閾值為比開始閾值還小的值。

Description

風力發電裝置及其之控制方法以及修改方法

本發明有關風力發電裝置及其之控制方法以及修改方法。

在水平軸型的風力發電裝置中，具備使搭載風車轉子的機艙旋轉在垂直軸方向之平擺旋轉機構。風力發電裝置，在產生了表現有風車轉子的旋轉軸(以下，稱為機艙方位)與風向的偏差角之風向偏差(以下，稱為平擺角度)的情況下，為了防止因為轉子的受風面積的減少而發電效率下降，控制平擺旋轉機構來抵銷平擺角度之動作是廣為人知。作為這些平擺控制的方法，例如有專利文獻1、2、3。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2010-106727號專利公報 　　[專利文獻2] 美國專利第9273668號專利公報 　　[專利文獻3] 美國公開2014/0152013號專利公報

[發明欲解決之課題]

表現某地點中的風向或風速之風況，係具有握持各式各樣的週期之變動分量。而且，也因為時間帶，其週期性的變動分量的特徵為相異。風向變動係隨機包含這些變動分量的緣故，一般的平擺控制方法係例如在某特定期間的平擺角度超過了特定的閾值的情況下，使機艙平擺旋轉成讓平擺角度為零。

經由平擺控制讓平擺角度可以常態維持在零時，發電量為最多。但是，在風向的變動速度這一方比機艙的動作速度快的情況下，在控制完畢前風向改變的緣故，讓平擺角度維持在零是有困難。而且，平擺旋轉的話，產生停止機艙旋轉機構或機艙的旋轉之制動機構的機械性的消耗。使用該控制方法，積極地抑制平擺角度的話，是有機械性的磨耗變大之虞。

在專利文獻1揭示的方法中，特別是在某地點的風況的紊亂度高的情況下，變成頻繁反覆發生經由平擺迴旋讓平擺角度為零後，在反方向產生風向變動，再度又進行平擺迴旋。因此，平擺的驅動次數變多，不僅機械性的消耗增加，也只能在短期間抑制平擺角度，是有發電性能也下降的可能性。

期望是可以兼顧：抑制平擺旋轉的次數來抑制機械性的消耗，而且，減低平擺角度來提升發電量。 [解決課題之手段]

根據以上的問題，本發明中，作為有「一種風力發電裝置，具備：受風而旋轉之轉子、支撐轉子成可旋轉之機艙、以及支撐機艙成可平擺旋轉之塔；其特徵為： 　　機艙，係往減低平擺角度的方向開始平擺旋轉，在平擺角度成為略0之前結束平擺旋轉。」者。

而且，本發明中，作為有「一種風力發電裝置的控制方法，係 　　從測定出的風向與風車的轉子方向，算出平擺角度； 　　朝減低平擺角度的方向，使風車的機艙開始平擺旋轉； 　　在平擺角度為略0之前，使機艙的平擺旋轉結束。」者。

而且，本發明中，作為有「一種風力發電裝置的修改方法，係 　　取得在設置了風力發電裝置的環境下計測出的風向資料； 　　對風向資料做頻率分析； 　　根據前述分析結果，算出平擺控制開始閾值或者是平擺控制結束閾值； 　　把前述算出的閾值設定到前述風力發電裝置。」者。 [發明效果]

根據本發明，可以提供一種風力發電裝置及其之控制方法以及修改方法，其係可以兼顧平擺旋轉的次數抑制、以及發電性能的提升。

以下，使用圖說明有關本發明的實施例。 [實施例1]

圖1為表示有關本發明的實施例1的風力發電裝置的構成概要之側視圖。

圖1表示的風力發電裝置1具備：用複數個葉片2、與連接葉片2的轂3所構成的轉子4。轉子4係介隔著旋轉軸(在圖1省略)連結到機艙5，以旋轉的方式可以改變葉片2的位置。機艙5係支撐轉子4成可旋轉。機艙5具備發電機6，以葉片2受風的方式讓轉子4旋轉，以該旋轉力使發電機6旋轉的方式而可以產生電力。

機艙5被設置在塔7上，藉由平擺驅動機構8可以平擺旋轉在垂直軸方向。控制裝置9係根據從檢測風向與風速的風向風速感測器10所檢測出的風向、或風速Vw，控制平擺驅動機構8。風向風速感測器10可以是Lidar等，可以安裝在機艙或塔等的風力發電裝置，也可以有別於風車發電裝置安裝在其他的構造物如桅桿等。

尚且，平擺驅動機構8係利用平擺軸承或平擺齒輪(平擺驅動用齒輪)、平擺驅動馬達、平擺制動等所構成。而且，可以把可以改變相對於轂3的葉片2的角度之槳距致動器、檢測發電機6所輸出的有效電力或無效電力之電力感測器等具備在適宜位置。

圖2為圖1的上視圖(俯視圖)。把作為特定的基準方向之風向定義為Θw，把作為特定的基準方向之轉子旋轉軸的方向定義為Θr，把從風向Θw一直到轉子旋轉軸角Θr為止的偏差角也就是平擺角度定義為ΔΘ，並圖示這些關係。平擺控制開始閾值Θths與平擺控制結束閾值Θthe，係例如與平擺角度同樣，把風向Θw設定為基準。尚且，風向Θw可以是在各計測週期所取得的值，也可以是特定期間的平均方向，亦可以是根據周邊的風況分布所算出的方向。而且，轉子旋轉軸角Θr可以是轉子旋轉軸的朝向方向，也可以是機艙的方向，亦可以是利用平擺驅動部的編碼器所計測出的值等。

本發明係在平擺角度ΔΘ為開始閾值Θths以上或者是還要更大時，利用控制裝置9，開始驅動平擺驅動機構8，一直控制到平擺角度ΔΘ為結束閾值Θthe以下或者是還要更小為止。該情況下，在開始閾值Θths為正值時，結束閾值Θthe成為比開始閾值Θths還小的正值之關係，開始閾值Θths例如為8度，結束閾值Θthe為3度。換另外一個說法，開始閾值與前述結束閾值為極性相同而且結束閾值成為比開始閾值還小的值。尚且，開始/停止平擺控制也可以在單純地超過閾值的瞬間開始/停止控制，亦可以在超過特定時間的情況下開始/停止，更可以在取得複數個計測樣本的平均而超過平均的時序下開始/停止控制。

根據本案發明者們的真知灼見，如後述之該理由，可以明白到，把結束閾值Θthe收斂在同極性的範圍(要是正值的話就不為負值)內，是可以抑止機械的消耗的增加，從發電性能下降防止的觀點來看是為重要。

為了實現把結束閾值Θthe收斂在同極性的範圍內之本發明，是有必要把結束閾值Θthe定為適當的值，最佳值係可以從該風力發電所設置點的環境中的過去的經驗值來決定，但是，作為控制裝置9的構成手法，是可以考慮到把利用該風力發電所的設置環境中的過去經驗或者是計算所求出的設定值作為固定設定值並提供在離線下進行運作者、以及提供反映每時每刻的風況並以離線或者是遠距離地線上計算出的可變的設定值到風車上來進行運作者。實施例1中，說明有關構成可變地運作設定值之控制裝置9，在實施例2中是說明有關把利用過去的經驗或者是計算所求出的設定值作為固定設定值並提供進行運作者。

使用圖3至圖7，說明有關本發明的實施例1之安裝在風力發電裝置1的控制裝置9之平擺控制手段300。

圖3為表示安裝在本發明的實施例1中的風力發電裝置1的控制裝置9之平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。實施例1的平擺控制手段300係利用求出平擺角度ΔΘ之平擺角度計算手段301、算出開始閾值Θths與結束閾值Θthe之閾值算出部310、以及從平擺角度ΔΘ與閾值Θths、Θthe來決定平擺控制指令Cy之控制指令作成手段305所構成。閾值算出部310係利用資料儲存手段302、資料分析手段303、以及閾值計算手段304所構成。

其中，平擺角度計算手段301係根據轉子軸角度Θr與風向Θw，決定平擺角度ΔΘ。該平擺角度ΔΘ係如圖2表示，為風向Θw與轉子軸角度Θr的差分，表示轉子軸離風向還差多少。在此，風向Θw不限定於從設置在機艙的風向風速感測器10所檢測出的值，也可以利用設置在地面或其他的場所的值。而且，平擺角度計算手段301係可以是以低通濾波器為代表之僅通過平擺角度ΔΘ的特定頻率領域之過濾器(低通濾波器)、或是以移動平均為代表之使用了利用稍前的特定期間的值的平均值的統計值者。或者是也可以是進行傅立葉轉換者。

圖3的閾值算出部310內的資料儲存手段302，係儲存從風向風速感測器10檢測到的風向Θw的資料，輸出已適宜儲存之風向Θw的儲存資料。尚且在後述的實施例3中，更進一步儲存風速Vw的資料，輸出已適宜儲存之風向Θw、風速Vw的儲存資料。在實施例1中，主要是把風向Θw的儲存資料利用在閾值算出。

圖3的閾值算出部310內的資料分析手段303，係根據風向Θw的儲存資料，輸出特徵資料。作為計算特徵資料的手段，在此使用儲存資料的頻率分析手法。

圖4與圖5係表示對風向Θw的儲存資料做了頻率分析的結果的其中一例。圖4與圖5的橫軸為頻率，縱軸為頻率，據此，表示出表現風向的變動量之風向成分Θf的大小。方便上，把頻率領域區別書寫成低頻率領域、中頻率領域、高頻率領域、及超高頻率領域。

圖4係表示長週期的風向變動比較多的期間的頻率分析結果的其中一例，具有表示低頻率領域的風向成分Θf為大的值這一點的特徵。圖5係表示比起圖4為短的週期的風向變動比較多的期間的頻率分析結果的其中一例，具有表示中頻率領域的風向成分Θf為大的值這一點的特徵。經由進行頻率分析，可以取得包含了特定的期間中的頻率成分的風況的特徵資料。

尚且，應把低頻率領域、中頻率領域、高頻率領域、及超高頻率領域的各領域設定成如何這一點，係配合設置各風力發電裝置的場所的環境情事、在平擺角度計算手段301所用的過濾器的設定值、開始閾值Θths、及結束閾值Θthe等來適宜設定者為佳，但是，粗略方面，低頻率領域為10^-5 乃至10^-3 的範圍，中頻率領域為10^-3 乃至2×10^-2 的範圍，高頻率領域為2×10^-2 乃至10^-1 的範圍，及超高頻率領域為10^-1 乃至10^-0 的範圍者為佳。而且，根據領域之其他的設定案，其中，中頻率領域的設定是最重要，所以採用10^-3 乃至2×10^-1 的範圍者為佳。

圖3的閾值算出部310內的閾值計算手段304係根據特徵資料，決定平擺控制的開始閾值Θths與結束閾值Θthe。開始閾值Θths為開始平擺迴旋之閾值，結束閾值Θthe為結束平擺迴旋之閾值。尚且，在本發明的說明中，在標準的狀態下，設定成開始閾值Θths例如為8度，結束閾值Θthe為3度，根據閾值計算手段304中的特徵資料的計算結果，來適宜修正設定。

具體方面，閾值計算手段304中，在表示低頻率領域的風向成分Θf為大的圖4的傾向之特徵資料的情況下、以及在表示中頻率領域的風向成分Θf為大的圖5的傾向之特徵資料的情況下，調整變更開始閾值Θths、結束閾值Θthe的大小。例如，在低頻率領域的風向成分Θf為大之圖4的情況下，開始閾值Θths為7.5度；在中頻率領域的風向成分Θf為大之圖5的情況下，開始閾值Θths為8.5度。同樣，在低頻率領域的風向成分Θf為大之圖4的情況下，結束閾值Θthe為2.5度；在中頻率領域的風向成分Θf為大之圖5的情況下，結束閾值Θthe為3.5度。

如此，在低頻率領域的風向成分Θf為比較大之圖4的情況下，縮小開始閾值Θths、以及結束閾值Θthe。而且，如圖5表示，在中頻率領域的風向成分Θf為比較大的情況下，增大開始閾值Θths、以及結束閾值Θthe。

或者是，經由與其他的頻率領域的特徵資料的組合，例如，在低頻率領域與高頻率領域的風向成分Θf為比較大的情況下，增大開始閾值Θths，縮小結束閾值Θthe。在此，高頻率領域的風向成分Θf，係理想上，根據施加在風力發電裝置1的負載，對開始閾值Θths或結束閾值Θthe的決定並不怎麼有貢獻、或者是不考慮。而且，風力發電裝置1的性能無法追隨之超高頻率領域的風向成分，係理想上，不考慮決定開始閾值Θths或結束閾值Θthe。

如此，在實施例1，閾值算出部310，係頻率分析來自風向測定手段10的風向資料來求出頻率成分，依各個頻率領域來求出特定的頻率領域的頻率成分的總計值，根據各領域的頻率成分的值，作成開始閾值與結束閾值。

在此，閾值計算手段304，係可以不用逐次輸出開始閾值Θths與結束閾值Θthe，是可以分別以任意的週期或時序來輸出。

平擺控制手段305，係根據平擺角度ΔΘ與開始閾值Θths與結束閾值Θthe，決定平擺控制指令Cy。在尚未平擺迴旋的狀態下，而且，在平擺角度ΔΘ的絕對值為開始閾值Θths以上的情況下，用於開始平擺迴旋的平擺控制指令Cy被輸出到平擺驅動機構8。接受到該指令，平擺驅動機構8動作，使機艙5朝減少平擺角度ΔΘ的方向平擺迴旋。接著，在平擺迴旋中的狀態下，在平擺角度ΔΘ的絕對值低過了結束閾值Θthe的情況下，把用於停止平擺迴旋的平擺控制指令Cy輸出到平擺驅動機構8。

圖6為表示有關實施例1的平擺控制手段300的處理概要之流程。

在圖6的處理步驟S601，決定轉子軸角度Θr，前進到下個步驟。在處理步驟S602，決定風向Θw，前進到下個步驟。在處理步驟S603，根據轉子軸角度Θr與風向Θw決定平擺角度ΔΘ，前進到下個步驟。這些從處理步驟S601到S603係對應到平擺角度計算手段301的處理。

在與資料儲存手段302的處理相當之處理步驟S604中，儲存與時間對應之風向Θw的值，前進到下個步驟。在與資料分析手段303相當之處理步驟S605中，根據儲存資料決定特徵資料，前進到下個步驟。在與閾值計算手段304相當之處理步驟S606中，決定開始閾值Θths與結束閾值Θthe，前進到下個步驟。這些從處理步驟S604到S606係對應到閾值算出部310的處理。

在處理步驟S607中，判定是否平擺迴旋中，若為否(不符合)的話前進到處理步驟S608，若為是(符合)的話前進到處理步驟S610。在處理步驟S608中，判定平擺角度ΔΘ是否為開始閾值Θths以上，若為是的話前進到處理步驟S609，若為否的話前回到處理步驟S601。在處理步驟S609中，決定使平擺迴旋開始的平擺控制指令Cy，前進到下個步驟。在處理步驟S610中，於控制指令作成手段305，判定平擺角度ΔΘ是否未達結束閾值Θthe，若為是的話前進到處理步驟S611，若為否的話回到處理步驟S601。在處理步驟S611中，在決定了使平擺迴旋停止的平擺控制指令Cy後，結束一連串的處理。

這些從處理步驟S607到S611係對應到控制指令作成手段305的處理。在該處理主要是，在尚未平擺迴旋的狀態下，而且，在平擺角度ΔΘ的絕對值為開始閾值Θths以上的情況下，把用於開始平擺迴旋的平擺控制指令Cy輸出到平擺驅動機構8，接受到該指令，平擺驅動機構8動作，使機艙5朝減少平擺角度ΔΘ的方向平擺迴旋。而且，在平擺迴旋中的狀態下，在平擺角度ΔΘ的絕對值低過結束閾值Θthe的情況下，把用於平擺迴旋停止的平擺控制指令Cy輸出到平擺驅動機構8。

接著，為了彰顯本實施例的效果，一併說明比較例的動作之概要。

圖7，為表示有關實施例1的平擺控制手段300的效果之概要圖，橫軸全部表示共通的時間。圖7(a)的縱軸表示平擺角度ΔΘ，圖7(b)的縱軸表示發電輸出Pe，以及圖7(c)的縱軸表示轉子軸角度Θr。圖7表示的虛線，係表示作為不適用有關本發明的平擺控制手段300的情況的比較例，例如，在平擺角度ΔΘ為零時結束平擺迴旋的情況的結果。另一方面，實線係表示適用有關本發明的實施例1的平擺控制手段300的情況的結果。

尚且，吻合計算決定圖7的比較結果，作為風況條件，假想在風向變動在某種程度快的週期下頻繁發生的情況。對該風況頻率分析的話，如圖5表示，成為中頻率領域的風向成分Θf為多，低頻率領域的風向成分Θf較少的結果。從而，實施例1的開始閾值Θths大到某程度，結束閾值Θthe係取近似於開始閾值Θths的值。關於比較例的開始閾值Θths，為了能明確地比較的效果，決定為與實施例1相同的值。

圖7中觀察(a)，關於平擺角度ΔΘ超過正負的開始閾值Θths的次數，實線的實施例1這一方比起虛線的比較例，是較少的。本風況條件，係在風向變動有某種程度快的週期下頻繁發生的緣故，在平擺迴旋中風向Θw往反方向變動，在平擺迴旋結束時平擺角度ΔΘ往反方向變動的模式為多。因此，實施例1係在平擺角度ΔΘ為零之前結束平擺迴旋的緣故，在平擺迴旋結束時平擺角度ΔΘ即便往反方向變動，也難以超過開始閾值Θths。

而且，實施例1比起比較例，平擺角度ΔΘ超過開始閾值Θths的次數為較少的緣故，所以平擺角度ΔΘ小的期間變多這一點是可以理解的。關於風力發電系統，轉子越正對著風向Θw，亦即，平擺角度ΔΘ越小則發電輸出Pe越高。因此，如圖7的(b)表示，實線的實施例1比起虛線的比較例，發電輸出Pe高的期間變多。亦即，實施例1係表現出年間發電量比起比較例，為更高。

更進一步，觀察圖7的(c)，實線的實施例1比起虛線的比較例，轉子軸角度Θr變動的次數與期間，亦即平擺驅動機構的驅動次數與驅動時間，是較少的。此乃是，由圖7的(a)，實施例1這一方比起比較例，平擺角度ΔΘ超過開始閾值Θths的次數少，而且，低過結束閾值Θthe的時間短的緣故。

如以上，根據本實施例1，在因為場所或時間而風向變動的大小或週期為相異的情況下，可以兼顧到風力發電裝置的發電性能的提升、以及機械的消耗的減低。

尚且，閾值計算手段，係對複數個頻率領域之各個設定至少開始閾值或者是結束閾值中任意一個，讓閾值可變，也可以因為風向而切換控制。具體方面，根據風向資料的頻率分析結果，對複數個特定的頻率領域，先作成至少開始閾值或者是前述結束閾值中任意一個。控制指令作成手段，係根據利用風向風速計測手段所計測到的風向，切換控制平擺控制開始閾值與平擺控制結束閾值。 [實施例2]

接著，使用圖13，說明有關本發明的實施例2的風力發電裝置1。如先前敘述，實施例2係把經由過去的經驗或者是計算所求出的值作為固定設定值，預先設定到控制裝置9，離線運作。

在實施例1的圖3、圖6中，閾值算出部310，係在每一控制週期、或是適宜的時序，算出並更新開始閾值Θths與結束閾值Θthe。

相對於此，實施例2的平擺控制手段300，係如圖13表示，利用求取平擺角度ΔΘ之平擺角度計算手段301、以及從平擺角度ΔΘ與開始閾值Θths、結束閾值Θthe定出平擺控制指令Cy之控制指令作成手段305所構成，並不具備算出開始閾值Θths與結束閾值Θthe之閾值算出部310。給予到控制指令作成手段305的開始閾值Θths與結束閾值Θthe，係被預先預置在平擺控制手段300，或者是以適宜的時序經由閾值輸入手段306從外部設定。閾值輸入手段306為鍵盤等的輸入裝置，可以經由作業員來輸入。

閾值算出部310的功能，係構成在有別於風力發電所設置在其他的場所之解析裝置內，例如從在風力發電所建設前的研究、設計階段中所求出的環境條件，預先算出在該風力發電所之典型的風況下的開始閾值Θths與結束閾值Θthe，作為預置值置入到平擺控制手段300內。所謂典型的風況，例如在各季節，或者是在各個傍晚或早晨所準備，可以在適宜的條件下切換使用。

或者是，閾值算出部310的功能，係構成在有別於風力發電所設置在其他的場所之解析裝置內，例如在設置了風力發電所後的運作階段中，從觀測到的環境條件，算出在該風力發電所的典型的風況下的開始閾值Θths與結束閾值Θthe，透過具備了通訊手段的閾值輸入手段305，給予到平擺控制手段300內的控制指令作成手段305者。該情況下，開始閾值Θths與結束閾值Θthe的設定，並不是配合現場的風況以線上即時對應的形式者，而是以適宜的時序給予離線求出的值來進行運作。

預先設定的結束閾值Θthe，係作為在後述的實施例5及圖12及其說明所言及的值者為佳。

經由實施例2，並沒有必要設置解析裝置在風車，不用對現有的風車大幅修改而可以更新成搭載有本發明控制，可以進行基於最佳化的閾值之控制。 [實施例3]

接著，說明有關本發明的實施例3的風力發電裝置1。

實施例3的風力發電裝置1，係取代實施例1的平擺控制手段300，適用圖8表示的平擺控制手段300這一點為相異。

圖8為表示實施例3所致之平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。平擺控制手段300係利用求出平擺角度ΔΘ之平擺角度計算手段301、算出開始閾值Θths與結束閾值Θthe之閾值算出部810、以及從平擺角度ΔΘ與閾值Θths、Θthe來決定平擺控制指令Cy之控制指令作成手段305所構成。閾值算出部810係利用資料儲存手段802、資料分析手段803、以及閾值計算手段804所構成。

實施例3的平擺控制手段300中，平擺角度計算手段301、及控制指令作成手段305為與實施例1相同的構成，但是，在閾值算出部810內的處理中，於資料儲存手段802的輸入，除了風向Θw以外，還新加入有風速Vw這一點是新的。

資料儲存手段802係根據從風向風速感測器10檢測到的風向Θw與風速Vw，輸出風向Θw與風速Vw的儲存資料。尚且，在此計測出的風速Vw為從被固定在機艙5的風向風速感測器10所檢測出者，為在該時點下機艙5所朝向的方向下的風速。

資料分析手段803係根據風向Θw與風速Vw的儲存資料，輸出特徵資料。此時，分析出的特徵資料的期間中的風速Vw的平均值Vave也作為特徵資料而輸出。該情況中的風速Vw，為經由向量計算所求出之在風向Θw的方向下的風速。

閾值計算手段804，係根據特徵資料也就是風速Vw的平均值Vave，決定平擺控制的開始閾值Θths與結束閾值Θthe。此時，根據風速Vw的平均值Vave，決定使開始閾值Θths與結束閾值Θthe變化之特性。有關根據風速Vw的平均值Vave，使開始閾值Θths與結束閾值Θthe變化之特性的其中一例，表示在圖9，圖10。

圖9係如中頻率領域快的情況等，為適用在希望減少有關風車之來自橫向的負載的情況下，或者是希望在風速變動多的山側的地點提高發電量的情況下之開始閾值Θths與結束閾值Θthe的變化特性例。該情況下，設定成風速Vw的平均值Vave越高，越往使開始閾值Θths與結束閾值Θthe減低的傾向。

圖10為適用在風速變動較少的臨海側的地點欲提高發電量的情況之開始閾值Θths與結束閾值Θthe的變化特性例。該情況下，設定成風速Vw的平均值Vave越高，越往使開始閾值Θths與結束閾值Θthe增加的傾向。

這些特性也可以是階段狀減少或者是增加的特性、或是近似於風速Vw的高次的曲線之特性。作為減少的方法的其中一例，考慮到接下來的情況。亦即，規定被包含在從切入風速到切出風速的範圍內的風速Vwx，把未達風速Vwx中的開始閾值Θths與結束閾值Θthe，決定成比風速Vwx以上中的開始閾值Θths與第2閾值Θthe還大。

根據實施例3，在有平擺角度ΔΘ的情況下，隨風速Vw的增加，對風力發電裝置1的負載也變大的緣故，以決定基於實施例3的風速Vw的閾值特性的方式，可以防止對風力發電裝置1施加過大的負載。

為了對應到在各風速領域，風向的頻率特性為相異的情況，是可以相乘實施基於本實施例的風速之控制、以及基於實施例1的風向之控制。

例如，先對各風速領域設定至少開始閾值或者是結束閾值中任意一個，也可以對各風速改變基於風向頻率領域之控制。具體方面，風速資料求出特定期間的平均風速，根據得到2個以上之相異的平均風速的期間中的風向資料的頻率分析結果，對應到2個以上之相異的平均風速，至少先作成前述開始閾值或者是前述結束閾值。據此，前述控制指令作成手段，係根據利用風速風向計測裝置所計測出的風速，可以適宜切換平擺控制開始閾值與平擺控制結束閾值。

尚且，使用風速的資訊之實施例2的控制裝置中，作為保護的處置，在風速超過了特定值的情況下，取開始閾值與結束閾值中任一方或是兩方的值為小者為佳。而且，此時，有關風速的特定值，係比起切入風速還大，比起切出風速還小者為佳。 [實施例4]

接著，說明有關本發明的實施例4的風力發電裝置1。

實施例4的風力發電裝置1，係具有與實施例1的平擺控制手段300相同的手段，但是，資料分析手段303與閾值計算手段304中的處理為相異。

在實施例4的資料分析手段303中，根據風向Θw，經由統計分析來計算特定的期間中的風向Θw的平均值Θave、及標準偏差σ，作為風況的特徵資料並輸出。

閾值計算手段304，係根據統計分析出的特徵資料，決定平擺控制的開始閾值Θths與結束閾值Θthe。在此，在某特定時間前統計分析出的平均值Θave、與在稍前計算出的平均值Θave的差為比較大的情況，亦即變化大的時候，縮小開始閾值Θths與結束閾值Θthe。

另一方面，在標準偏差σ為比較大的情況下，增大開始閾值Θths與結束閾值Θthe。在平均值Θave與標準偏差σ為比較大的情況下，增大開始閾值Θths並縮小結束閾值Θthe。

以適用實施例4的平擺控制手段300的處理的方式，可以用更簡便的處理來實現與實施例1同樣的效果。 [實施例5]

接著，說明有關本發明的實施例5的風力發電裝置1。

實施例5的風力發電裝置1，係取代實施例1的平擺控制手段300，適用圖11表示的平擺控制手段300這一點為相異。

圖11為表示實施例5所致之平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。平擺控制手段300係利用求出平擺角度ΔΘ之平擺角度計算手段301、算出開始閾值Θths與結束閾值Θthe之閾值算出部910、以及從平擺角度ΔΘ與閾值Θths、Θthe來決定平擺控制指令Cy之控制指令作成手段305所構成。閾值算出部910係利用資料儲存手段902、資料分析手段903、以及閾值計算手段904所構成。

實施例5的平擺控制手段300中，平擺角度計算手段301、及控制指令作成手段305為與實施例1相同的構成，但是，在閾值算出部910內的處理中，於資料儲存手段902的輸入，除了風向Θw以外，還新加入有轉子軸角度Θr、風速Vw以及發電輸出Pe這一點是新的。

資料儲存手段902，係根據從風向風速感測器10檢測出的風向Θw與風速Vw、轉子軸角度Θr、及發電輸出Pe，輸出風向Θw與風速Vw、轉子軸角度Θr、及發電輸出Pe的儲存資料。

資料分析手段903，係根據風向Θw與風速Vw、轉子軸角度Θr、及發電輸出Pe的儲存資料，輸出特徵資料。圖12為用於說明實施例5中的特徵資料之圖。實施例5中的特徵資料，係如圖12的(a)表示，橫軸為相對於平擺控制的開始閾值Θths之結束閾值Θthe的比例，縱軸為作為發電量Pwh之分布曲線，及如圖12的(b)表示，橫軸為相對於平擺控制的開始閾值Θths之結束閾值Θthe的比例，縱軸為作為平擺驅動次數Ny之分布曲線。

首先，說明有關圖12的(a)表示的分布曲線的作成方法。根據特定的期間tx中設定好的開始閾值Θthsx與結束閾值Θthex中的風速Vwx與發電輸出Pex，計算發電量Pwhx。更進一步，根據相異的特定的期間ty中設定好之相異的開始閾值Θthsy與結束閾值Θthey中的風速Vwy與發電輸出Pey，計算發電量Pwhy。如此，計算複數個開始閾值Θths與結束閾值Θthe中的發電量Pwh，作成圖12的(a)表示的分布曲線。

根據圖12的(a)表示的分布曲線，表現出相對於平擺控制的開始閾值Θths之結束閾值Θthe的比例隨著從0(%)開始增大，發電量Pwhx也增大之傾向，表現出隨著接近到100(%)，若干程度增大的發電量Pwhx為山狀的傾向。

接著，說明有關圖12(b)表示的分布曲線的作成方法。根據特定的期間tx中設定好的開始閾值Θthsx與結束閾值Θthex中的轉子軸角度Θrx，計算平擺驅動次數Nyx。更進一步，根據相異的特定的期間ty中設定好之相異的開始閾值Θthsy與結束閾值Θthey中的轉子軸角度Θry，計算平擺驅動次數Nyy。如此，計算複數個開始閾值Θths與結束閾值Θthe中的平擺驅動次數Ny，作成圖12(b)表示的分布曲線。

根據圖12的(b)表示的分布曲線，表現出相對於平擺控制的開始閾值Θths之結束閾值Θthe的比例隨著從0(%)開始增大，平擺驅動次數Ny卻減少之傾向，表現出隨著接近到100(%)，平擺驅動次數Ny卻增大成谷狀的傾向。

根據圖12的(a)表示的山狀的分布曲線與圖12的(b)表示的谷狀的分布曲線，存在有可以達成發電量Pwhx大、且平擺驅動次數Ny少的領域(相對於平擺控制的開始閾值Θths之結束閾值Θthe的比例)。結束閾值Θthe2附近為同時滿足雙方的條件之領域。

閾值計算手段904，係根據特徵資料也就是分布曲線，決定平擺控制的開始閾值Θths與結束閾值Θthe。根據圖12的(a)(b)，相對於開始閾值Θths(例如5～10°)，把結束閾值Θthe設定成比零還大的值。例如，決定成為發電量Pwh的提升率的反曲點，而且平擺驅動次數Ny比結束閾值零的時候還少的Θthe1以上。反曲點也就是Θthe1係符合到開始閾值的30%的位置。特別是在山岳地帶等，風向變動為比較大的環境條件中，在開始閾值Θths被設定為8°以上的情況下，Θthe設定成2.5°以上者為佳。

更期望的是，理想上在平擺驅動次數Ny最少的結束閾值Θthe2、與發電量Pwh最多的結束閾值Θthe3之間，決定結束閾值Θthe。Θthe2符合開始閾值的75%。Θthe3符合開始閾值的95%。特別是在山岳地帶等，風向變動為比較大的環境條件中，在開始閾值Θths被設定為8°以上的情況下，Θthe被設定為6°以上7.6°以下的話，對於機械性的消耗的減低與發電量的提升，可以取得更平衡的控制。

以根據在實施例5作成的分布曲線進行平擺控制的方式，應作出決定的開始閾值Θths與結束閾值Θthe中，可以預先以高的精度得知假想的發電量Pwh與平擺驅動次數Ny。在此，取代平擺驅動次數Ny，可以得到同樣的效果之平擺驅動時間，或者是，也可以使用從平擺驅動次數Ny可以計算的負載。 [實施例6]

接著，說明有關本發明的實施例6的風力發電裝置1的修改方法。

本實施例6，係說明有關對於不設置閾值算出部、或者是以平擺控制結束閾值為零的固定值做控制之風力發電裝置1，適用本實施例的控制方法之方法。 　　首先，在算出最佳的閾值方面，變成有必要分析在設置了風力發電裝置的環境所計測出的風速風向資料。為此，取得以在現場測定風速風向、或者是已設置在風車的風速風向計所測定出的資料，一但確認風速，就分析風向的頻率，算出最佳的閾值。

接著，連接到現有的風車之閾值輸入手段，係已設在WTC的一部分的情況下，以設定成比如在其他的實施例所說明般的平擺控制開始閾值還小而且比零還大的平擺控制結束閾值的方式，可以進行修改。而且，連接到網路，以經由網路來可以設定平擺控制結束值的情況下，可以利用經由網路的閾值輸入手段來進行修改。

而且，為了用閾值算出部算出閾值，在重新設置閾值算出部的情況下，把閾值算出部重新連接到風車的控制裝置、或者是風力發電廠控制器、或者是用網路連接的伺服器，可以實施其他的實施例所記載的控制方法。

本發明並不限於上述之實施例，可以有種種的變形。上述的實施例係為了容易暸解本發明而用於說明之例示，並非是在限定具備已說明之全部的構成。又，也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。而且，是可以就各實施例的構成的一部分予以刪除，或者是進行其他的構成的追加、置換。還有，圖中所示的控制線或資訊線係示出考慮到說明上必要者，並不限於在製品上表示必要之全部的控制線或資訊線。實際上亦可考慮到相互連接幾乎全部的構成者。對於上述實施例而可以的變形，係例如以下者。 　　(1)平擺控制手段300中的資料儲存手段302、資料分析手段303、及閾值計算手段304，係取代控制裝置9，也可以具備外部的裝置。 　　(2)在本發明計算出的平擺控制的開始閾值Θths與結束閾值Θthe，也可以適用在相同地點中的他的風力發電裝置1、風況相近的其他地點的風力發電裝置1。 　　(3)平擺控制手段300中的資料儲存手段302，也可以是不逐次輸入初次作為風向θw的風況資料，而僅維持儲存在過去的風況資料之手段。 　　(4)上述各實施例中，風向風速感測器10被設置在機艙上，但是，取代該場所，也可以設置在機艙5內或風力發電裝置1的周邊。

根據本發明的實施例，在某種程度快的週期的風向變動頻繁發生的情況下，以把平擺迴旋的結束閾值近似到開始閾值，在平擺角度為零之前停止平擺迴旋的方式，即便在平擺迴旋後在反方向產生同樣程度以下的風向變動，也不會超過平擺迴旋的開始閾值。因此，平擺的驅動次數減少的緣故，可以減低風力發電裝置的機械的消耗。更進一步，超過平擺迴旋的開始閾值的平擺角度減低，對風向的追隨性也變高的緣故，所以也可以兼顧到發電性能的提升。

1‧‧‧風力發電裝置

2‧‧‧葉片

3‧‧‧轂

4‧‧‧轉子

5‧‧‧機艙

6‧‧‧發電機

7‧‧‧塔

8‧‧‧平擺驅動機構

9‧‧‧控制裝置

10‧‧‧風向風速感測器

300‧‧‧平擺控制手段

301‧‧‧平擺角度計算手段

305‧‧‧控制指令作成手段

310‧‧‧閾值算出部

302、802、902‧‧‧資料儲存手段

303、803、903‧‧‧資料分析手段

304、804、904‧‧‧閾值計算手段

[圖1] 表示有關本發明的實施例1的風力發電裝置的構成概要之側視圖。 　　[圖2] 圖1的風力發電裝置的上視圖(俯視圖)。 　　[圖3] 表示安裝在本發明的實施例1中的風力發電裝置1的控制裝置9之平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。 　　[圖4] 表示對風向Θw的儲存資料做了頻率分析的結果的其中一例之圖。 　　[圖5] 表示對風向Θw的儲存資料做了頻率分析的結果的其中一例之圖。 　　[圖6] 表示有關實施例1的平擺控制手段300的處理概要之流程。 　　[圖7] 表示有關實施例1的平擺控制手段300的效果之概要圖。 　　[圖8] 表示安裝在本發明的實施例3中的風力發電裝置1的控制裝置9的平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。 　　[圖9] 表示根據風速Vw的平均值Vave，使開始閾值Θths與結束閾值Θthe變化的特性的其中一例之圖。 　　[圖10] 表示根據風速Vw的平均值Vave，使開始閾值Θths與結束閾值Θthe變化的特性的其中一例之圖。 　　[圖11] 表示安裝在本發明的實施例4中的風力發電裝置1的控制裝置9的平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。 　　[圖12] 用於說明實施例5中的特徵資料之圖。 　　[圖13] 表示安裝在本發明的實施例2中的風力發電裝置1的控制裝置9的平擺控制手段300的處理概要之方塊圖。

Claims (25)

1. 一種風力發電裝置，具備：受風而旋轉之轉子、支撐該轉子成可旋轉之機艙、以及支撐該機艙成可平擺旋轉之塔；其特徵為： 　　前述機艙，係往減低平擺角度的方向開始平擺旋轉，在前述平擺角度成為略0之前結束平擺旋轉。
2. 如請求項1的風力發電裝置，其中， 　　前述機艙，係在平擺角度為平擺控制開始閾值以上或者是比其更大的情況下，朝減低前述平擺角度的方向，開始平擺旋轉； 　　在前述平擺角度為平擺控制結束閾值以下或者是比其還小的情況下，結束平擺旋轉； 　　前述開始閾值與前述結束閾值係極性為相同，前述結束閾值為比前述開始閾值還小的值。
3. 如請求項2的風力發電裝置，其中， 　　具備：根據平擺控制指令調整前述機艙的平擺之調整裝置、以及決定送到該調整裝置的前述平擺控制指令之控制裝置； 　　前述控制裝置，具備：藉由風向測定手段所測定出的風向與從前述轉子的方向算出平擺角度之平擺角度計算手段、以及根據前述平擺角度與平擺控制的開始閾值與平擺控制的結束閾值來決定前述平擺控制指令之控制指令作成手段； 　　前述開始閾值與前述結束閾值係極性為相同，前述結束閾值為比前述開始閾值還小的值。
4. 如請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述控制裝置中，前述開始閾值與前述結束閾值係預先被前述控制指令作成手段所設定者。
5. 如請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述控制裝置中，前述開始閾值與前述結束閾值，係透過通訊手段從風力發電裝置的外部來設定者。
6. 如請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述控制裝置，具備：至少求出平擺控制開始閾值、或者是平擺控制結束閾值中任一個以上之閾值算出部。
7. 如請求項6的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係對來自風向測定手段的風向資料進行頻率分析而求出頻率成分，根據特定的頻率領域的前述頻率成分的值，至少作成前述開始閾值、或者是前述結束閾值中任一個以上者。
8. 如請求項7的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係根據前述頻率成分中的低頻率成分，至少作成前述開始閾值、或者是前述結束閾值。
9. 如請求項7或是請求項8的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係為了頻率分析，適用低通濾波器或者是傅立葉轉換中任意一個者。
10. 如請求項6乃至請求項9中任1項的風力發電裝置，其中， 　　前述控制裝置，係在風速超過了特定值的情況下，縮小前述開始閾值與前述結束閾值中之任一方或是兩方的值。
11. 如請求項7乃至請求項9中任1項的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係從風速資料求出特定期間的平均風速，根據得到了2個以上之相異的平均風速之前述期間中的風向資料的頻率分析結果，對應到前述2個以上之相異的平均風速，至少作成前述開始閾值、或者是前述結束閾值中任一個； 　　前述控制指令作成手段，係根據計測出的風速與前述平擺角度與前述開始閾值與前述結束閾值，決定前述平擺控制指令。
12. 如請求項7乃至請求項10中任1項的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係根據風向資料的頻率分析結果，對複數個特定的頻率領域，作成至少前述開始閾值或者是前述結束閾值中任一個； 　　前述控制指令作成手段，係根據計測出的風向與前述平擺角度與前述開始閾值與前述結束閾值，決定前述平擺控制指令。
13. 如請求項6的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係從風向資料求出標準偏差與平均值，根據前述標準偏差、或者是前述平均值、或者是前述平均值的變化，至少作成前述開始閾值或者是前述結束閾值中任一個。
14. 如請求項6的風力發電裝置，其中， 　　前述閾值算出部，係根據運轉時中的風向資料、風速資料、發電輸出資料，進行統計解析，求出相對於對前述開始閾值的前述結束閾值的各比例之發電量的分布曲線； 　　把前述比例為零的時候的前述發電量作為基準值，設定比起前述基準值，其前述發電量為更大的前述比例中的前述結束閾值； 　　前述控制指令作成手段，係根據前述平擺角度與平擺控制開始閾值與平擺控制結束閾值，決定前述平擺控制指令。
15. 如請求項2或是請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述結束閾值被設定成2.5°以上。
16. 如請求項2或是請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述結束閾值被設定成6°以上。
17. 如請求項2或是請求項3的風力發電裝置，其中， 　　前述結束閾值被設定成前述開始閾值的30%以上的角度。
18. 一種風力發電裝置的控制方法，係 　　從測定出的風向與風車的轉子方向，算出平擺角度； 　　朝減低前述平擺角度的方向，使前述風車的機艙開始平擺旋轉； 　　在前述平擺角度為略0之前，使前述機艙的平擺旋轉結束。
19. 如請求項18的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　在前述平擺角度為平擺控制開始閾值以上或者是比其更大的情況下，朝減低前述平擺角度的方向，使前述風車的機艙開始平擺旋轉； 　　在前述平擺角度為平擺控制結束閾值以下或者是比其還小的情況下，結束前述機艙的平擺旋轉； 　　前述開始閾值與前述結束閾值係極性為相同，前述結束閾值為比前述開始閾值還小的值。
20. 如請求項19的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　對計測出的風向資料做頻率分析，對特定的頻率領域，至少作成前述開始閾值或者是前述結束閾值中任一個； 　　根據風向，變更前述開始閾值或者是結束閾值來進行控制。
21. 如請求項20的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　前述頻率領域，係至少分成低頻率領域、中頻率領域、高頻率領域，有關前述頻率領域的頻率成分的值，在前述低頻率領域的前述頻率成分的值比起其他的頻率領域的頻率成分為大的情況下，設定成比起前述中頻率領域的前述頻率成分的值比起其他的頻率領域的頻率成分為大的情況，前述開始閾值、以及前述結束閾值為小。
22. 如請求項19的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　求出風速的平均值，在前述風速的平均值越高的，或者是，前述風速超過了特定值的情況下，設定成縮小前述開始閾值與前述結束閾值。
23. 如請求項19的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　求出風向資料的標準偏差與平均值，根據前述標準偏差、前述平均值、或者是前述平均值的變化，作成前述開始閾值與前述結束閾值。
24. 如請求項19的風力發電裝置的控制方法，其中， 　　根據運轉時的風向資料、風速資料、發電輸出資料做統計解析，求出相對於對前述開始閾值的前述結束閾值的各比例之發電量的分布曲線； 　　把前述比例為零的時候的前述發電量作為基準值，使用比起前述基準值，其前述發電量為更大的前述比例中的前述開始閾值與前述結束閾值，進行平擺控制。
25. 一種風力發電裝置的修改方法，該風力發電裝置具備： 　　受風而旋轉之轉子； 　　支撐前述轉子成可旋轉之機艙；以及 　　支撐前述機艙成可平擺旋轉之塔；其中，該修改方法，係 　　取得在設置了前述風力發電裝置的環境下計測出的風向資料； 　　對前述風向資料做頻率分析； 　　根據前述分析結果，算出前述風力發電裝置的平擺控制開始閾值或者是平擺控制結束閾值； 　　把前述算出的閾值設定到前述風力發電裝置。