TW201938904A - 風力發電裝置的控制方法 - Google Patents

風力發電裝置的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201938904A
TW201938904A TW108105934A TW108105934A TW201938904A TW 201938904 A TW201938904 A TW 201938904A TW 108105934 A TW108105934 A TW 108105934A TW 108105934 A TW108105934 A TW 108105934A TW 201938904 A TW201938904 A TW 201938904A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
wind power
yaw error
wind
operation mode
threshold
Prior art date
Application number
TW108105934A
Other languages
English (en)
Inventor
大竹悠介
楠野順弘
吉村正利
Original Assignee
日商日立製作所股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日立製作所股份有限公司 filed Critical 日商日立製作所股份有限公司
Publication of TW201938904A publication Critical patent/TW201938904A/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

[課題]
即便流入到風力發電裝置的風向急遽變化，也可以防止朝風力發電裝置的葉片的根部等的負載增大。
[解決手段]
本發明的風力發電裝置的控制方法，係為了解決上述課題，該風力發電裝置具備：轉子，其係利用轂與葉片所構成，至少受風而旋轉；機艙，其係透過連接到前述轂的主軸把前述轉子予以軸支承，並且在其內部至少收納有連接到前述主軸之發電機；以及塔，其係支撐該機艙；其中，在變更該風力發電裝置的運轉模式之際，根據流入到前述風力發電裝置的風向資料及前述風力發電裝置的前述轉子的旋轉面的方向的資訊，來變更前述風力發電裝置的運轉模式。

Description

風力發電裝置的控制方法
本發明有關風力發電裝置的控制方法，特別是，有關適合在流入到風力發電裝置的風向急遽變化之際的風力發電裝置的控制方法。
在受風而發電的風力發電裝置中的控制方法中，在流入到風力發電裝置的風向急遽變化的情況下，藉由平擺控制控制風力發電裝置的轉子旋轉面正對風向的方法是廣為人知的。
但是，風力發電裝置的平擺的旋轉速度有限制的緣故，在發生了風向的急遽變動之際，是有平擺控制無法追隨上風向的急遽變動的風力發電裝置的情況。該情況下，會有這樣的課題：對風力發電裝置斜斜地流入風的緣故，對風力發電裝置的葉片或平擺軸承這類的風力發電裝置的機械構造物而言，遺憾會發生過大的負載。
應對這樣的課題，提案有因應風向，來控制風力發電裝置的槳距角之方法等。
例如，在專利文獻1提案有：因應風力發電裝置之與風向相對的風力發電裝置的機艙方向的差異來控制槳距角的方法。
亦即，在專利文獻1記載有一種風力發電設備的控制方法，該風力發電設備包含：含有風力發電裝置的翼之轉子、用於把前述轉子支撐成可旋轉之機艙、使前述機艙迴旋之平擺驅動部、以及使前述風力發電裝置的翼的槳距角變化之槳距驅動部；其特徵為：該風力發電設備的控制方法具備以下的步驟：槳距控制步驟，其係把槳距角指令值給與到前述槳距驅動部，以控制前述槳距驅動部；要求值算出步驟，其係至少根據前述轉子的轉速，算出槳距角要求值；極限值設定步驟，其係至少在風向與前述機艙的方向之間的角度為閾值A1 以上時，把在全小槳槳距角與全順槳槳距角之間的槳距角設定作為極限值；以及指令值算出步驟，其係在前述槳距角指令值比前述極限值還要靠前述全小槳槳距角側的情況下，把前述極限值設定成前述槳距角指令值，並且，在前述槳距角要求值為前述極限值，或是位在前述全順槳槳距角側的情況下，把前述槳距角要求值設定成前述槳距角指令值。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-106878號專利公報
[發明欲解決之課題]
但是，在記載在上述的專利文獻1的風力發電設備的控制方法中，存在有以下的課題：在風向的急遽變動特別大的情況下，例如有對風力發電裝置從橫方向流入風的可能性，在風力發電裝置的葉片的根部等發生大的負載。
本發明係有鑑於上述的問題點而為之創作，其目的在於提供有一種風力發電裝置的控制方法，其係即便流入到風力發電裝置的風向急遽變化，也可以防止朝風力發電裝置的葉片的根部等的負載增大。

[解決課題之手段]
本發明的風力發電裝置的控制方法，係為了達成上述目的，該風力發電裝置具備：轉子，其係利用轂與葉片所構成，至少受風而旋轉；機艙，其係透過連接到前述轂的主軸把前述轉子予以軸支承，並且在其內部至少收納有連接到前述主軸之發電機；以及塔，其係支撐該機艙；其中，在變更該風力發電裝置的運轉模式之際，根據流入到前述風力發電裝置的風向資料及前述風力發電裝置的前述轉子的旋轉面的方向的資訊，來變更前述風力發電裝置的運轉模式。

[發明效果]
根據本發明，即便流入到風力發電裝置的風向急遽變化，也可以防止朝風力發電裝置的葉片的根部等的負載增大。
以下，根據已圖示的實施例，說明本發明的風力發電裝置的控制方法。尚且，於各實施例，對相同構成零件使用相同元件符號。
而且，在本說明書，作為有關本發明的實施例的風力發電裝置，舉順風型的風力發電裝置為例進行說明，但也可以同樣適用在逆風型的風力發電裝置。而且，表示有以3片的葉片與轂構成轉子之例，但不限於此，轉子也可以以轂與至少1片的葉片來構成。

[實施例1]
使用圖1至圖6說明實施例1中的風力發電裝置的控制方法。
圖1為適用本發明的風力發電裝置的控制方法之風力發電裝置的整體構成圖。
如圖1表示，風力發電裝置1，係具備：受風而旋轉的葉片5、支撐葉片5的轂4、機艙3、及支撐機艙3成可以旋動的塔2。在機艙3內，具備：連接到轂4並與轂4一起旋轉之主軸7、連接到該主軸7並增加旋轉速度之增速機8、以及用經由增速機8而增加過的旋轉速度來使轉子旋轉進而進行發電運轉之發電機9。利用葉片5與轂4，來構成轉子6。
把葉片5的旋轉能量傳遞到發電機9的部位稱為動力傳遞部，在本實施例，主軸7及增速機8被包含到動力傳遞部。接著，增速機8及發電機9，被維持在主框架10上。
如圖1表示，在塔2的內部，配置有：轉換電力的頻率之電力變換器11、進行電流的開關之切換用的開關器及變壓器等(未圖示)、及控制裝置12。
圖1中，電力變換器11及控制裝置12設置在塔2的底部，但這些機器的設置場所不限定在塔2的底部，只要是在風力發電裝置1的內部，也是可以考慮設置在其他的場所的情況。
而且，在機艙3的上表面，設置有用於計測風向資料及風速資料的風向風速計13。而且，作為控制裝置12，例如，使用控制盤或是SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)。
而且，在機艙3內設置有控制器15，該控制器15具備：後述的平擺誤差演算部21、模式決定部24、控制決定部25及致動器控制器27(也具備：後述的實施例2及4的平擺誤差記憶部22、變化量計算部23、實施例3及4的閾值演算部26)。
而且，機艙3的方向稱為平擺角，風力發電裝置1具備：控制該機艙3的方向亦即轉子6的旋轉面的方向之平擺角控制裝置14。
如圖1表示，平擺角控制裝置14，係配置在機艙3的底面與塔2的末端部之間，例如，至少經由未圖示的致動器及驅動該致動器的馬達所構成。接著，根據從控制裝置12透過訊號線輸出的平擺角控制指令，構成平擺角控制裝置14的馬達旋轉，致動器進行期望量變位，藉此，機艙3旋動成期望的平擺角。
圖2為表示適用本發明的風力發電裝置1的控制方法之風力發電裝置1與風向的關係之示意圖。
圖2中，把相當於風力發電裝置1的方向的機艙方向16與風向17之間的偏差，稱為平擺誤差18。機艙方向16係利用平擺角控制裝置14控制縮小平擺誤差18，但是，機艙方向16的迴旋速度有限制的緣故，在風向17急速變化的情況下，機艙3的迴旋追不上風向17的變化，遺憾會有增加平擺誤差18之課題。
如上述，作為風況的急遽變動，舉例有稱為陣風的現象。在圖3，表示隨其陣風的風向變化的其中一例。
在圖3表示的陣風的情況下，雖然如在風向的急遽變動19表示般風向急遽變化，但是一定時間後，如在風向的回復20表示，具有回到變化前的風向之特徵。
在這樣的陣風流入到風力發電裝置1的情況下，首先，因為風向的急遽變動19，風力發電裝置1開始平擺迴旋，但是，在風向的變化急遽的情況下，平擺迴旋追不上風向的急遽變動19，平擺誤差18擴大，發生在風力發電裝置1的負載增大。此時，為了保護風力發電裝置1，也考慮到在平擺誤差18超過了特定值的情況下，讓風力發電裝置1停止。
但是，會發生風向的急遽變動後，回到原來的風向般的風向的回復20。此時，為了讓風向回到風向的急遽變動19的發生前，可以僅在該陣風的發生期間保護風力發電裝置1的話，是可以考慮讓風力發電裝置1如通常般持續運轉。
在此，在本實施例中，使用與風力發電裝置1的平擺控制機構相比控制響應快的控制機構，讓風力發電裝置1暫時性轉移到縮退運轉模式，還迴避陣風通過時的負載增加，藉此，一方面迴避風力發電裝置1的停止所致之發電量的下降，一方面保護風力發電裝置1。
於圖4，表示本實施例中的控制的方塊圖。
該圖表示的本實施例中，首先利用設置在機艙3上的風向風速計13，計測流入到風力發電裝置1之風的風向。接著，使用在控制器15所具備的平擺誤差演算部21，算出流入到風力發電裝置1的風向17與機艙方向16的偏差也就是平擺誤差18。接著在模式決定部24中，決定風力發電裝置1的運轉模式(通常運轉模式、縮退運轉模式、停止模式)。在模式決定部24決定出的運轉模式，係把槳距角或發電機力矩等，送到各種機器的控制決定部25，於控制決定部25，決定各致動器的控制法。最後在控制決定部25決定出的風力發電裝置1的控制法，送到各致動器控制器27，藉此，控制風力發電裝置1。
於圖5，表示本實施例中的風力發電裝置1的控制流程圖。
首先在S101用風向風速計13取得風向資料，在S102用平擺誤差演算部21計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。接著在S104用模式決定部24判別平擺誤差18是否為閾值以上，在閾值以下也就是(否)的情況下，如通常般持續運轉。而且，在S104用模式決定部24判別出閾值以上(是)的情況下，風力發電裝置1轉移到S105，成為縮退運轉模式。
之後，再度在S111用風向風速計13再取得風向資料，在S112用平擺誤差演算部21再計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。接著，在S114，再度，用模式決定部24判別平擺誤差18是否為閾值以上，在閾值以下(否)的情況下在S125復歸到通常運轉模式。
而且，也在S114中在平擺誤差18為閾值以上(是)的情況下，接著在S106用模式決定部24判別縮退運轉模式的持續時間。在縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度返回到S111，持續與上述同樣的流程。另一方面，在縮退運轉模式的持續時間超過了閾值(是)的情況下，在S115轉移到停止模式。
於圖6，表示有無適用本發明的控制方法中的各種參數的變化概略圖。
於該圖，表示在風向變化28般的陣風在流入到風力發電裝置1之際適用了本發明之情況下，如輸出變化29表示般，轉移到縮退運轉模式後，風力發電裝置1的輸出與習知相比為下降。之後，以風向回復到與縮退運轉模式轉移前為同方向的方式，復歸到通常運轉模式也回復輸出。此時，負載變化30，係經由本發明的適用，與持續了通常運轉模式的情況相比較，最大負載下降(從圖6了解到，縮退運轉模式時的負載變化30的波峰(最大負載)，係與習知相比，本發明為下降)。
本實施例中的風力發電裝置1的控制方法的優點，是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，根據流入到風力發電裝置1的風向17變更風力發電裝置1的運轉模式(縮退運轉模式的活用)，藉此，可以使風力發電裝置1所得到的能源量本身減低，可以迴避最大負載的增加，可以防止對風力發電裝置1的葉片5的根部等之負載的增大。
而且，在平擺誤差18為持續大的情況下，藉由轉移到停止模式的方式，可以迴避疲勞負載的增加。再加上，在平擺誤差18的擴大時不馬上轉移到停止模式，經此，可以減低風力發電裝置1的啟動停止的次數，可以減低發電機會損失所致之發電量下降。

[實施例2]
使用圖1至圖3及圖7、圖8，說明有關實施例2中的風力發電裝置1的控制方法。尚且，有關與實施例1重複的點，省略詳細的說明。
本實施例中的特徵，係在縮退運轉模式的轉移判斷使用每特定時間的平擺誤差18的變化量這一點。
如圖3表示般，在陣風流入到風力發電裝置1之際，風向17的變化為陡峭的情況多。為此，期望能更早預測陣風流入到風力發電裝置1。在此，在本實施例中，在平擺誤差18的特定時間中的風向17的變化量超過了閾值的情況下，轉移到縮退運轉模式。
於圖7，表示本實施例中的控制的方塊圖。
該圖表示的本實施例中，首先利用設置在機艙3上的風向風速計13，計測流入到風力發電裝置1之風的風向17。接著，使用平擺誤差演算部21，算出流入到風力發電裝置1的風向17與機艙方向16的偏差也就是平擺誤差18。在此得到的平擺誤差18，被保管在控制器15所具備的平擺誤差記憶部22。被保管在該平擺誤差記憶部22的平擺誤差18，係送到控制器15所具備的變化量計算部23，在此計算特定時間中的平擺誤差18的變化量。
接著在模式決定部24，根據平擺誤差18的變化量，決定風力發電裝置1的運轉模式(通常運轉模式、縮退運轉模式、停止模式)。在模式決定部24決定出的運轉模式，係把槳距角或發電機力矩等，送到各種機器的控制決定部25，於控制決定部25決定各致動器的控制法。最後在控制決定部25決定出的風力發電裝置1的控制法送到各致動器控制器27，藉此，控制風力發電裝置1。
於圖8，表示本實施例中的風力發電裝置2的控制流程圖。
首先在S101用風向風速計13取得風向資料，在S102用平擺誤差演算部21計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。接著在S103，用變化量計算部23計算平擺誤差18的變化量。接著在S134用模式決定部24判別平擺誤差18的變化量是否為閾值以上，在閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉。而且，在S134被判別為閾值以上(是)的情況下，風力發電裝置1轉移到S105，成為縮退運轉模式。
之後，再度在S111用風向風速計13再取得風向資料，在S112用平擺誤差演算部21再計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。接著在S113用變化量計算部23再計算平擺誤差18的變化量。接著，在S119，用模式決定部24判定平擺誤差18的變化量是否為閾值以上。
尚且，此時，在S119，為了判別平擺誤差18是否為減少傾向，也可以使用與S134相異的閾值。
S119中，在平擺誤差18的變化量為閾值以下(否)的情況下，在S125復歸到通常運轉模式。而且，也在S119中在平擺誤差18的變化量為閾值以上(是)的情況下，接著在S106用模式決定部24判別縮退運轉模式的持續時間。在縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度返回到S111，持續與上述同樣的流程。另一方面，在縮退運轉模式的持續時間超過了閾值(是)的情況下，在S115轉移到停止模式。
本實施例中的風力發電裝置1的優點，是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，當然是可以得到與實施例1同樣的效果，把平擺誤差18的變化量使用在朝縮退運轉模式的轉移判斷，藉此，可以更早期地判斷陣風的到來。為此，可以更早期地迴避最大負載的增加。而且，在平擺誤差18為持續大的情況下，藉由轉移到停止模式的方式，可以迴避疲勞負載的增加。再加上，在平擺誤差18的擴大時不馬上轉移到停止模式，經此，可以減低風力發電裝置1的啟動停止的次數，可以削減發電機會損失所致之通電量下降。

[實施例3]
使用圖1至圖3及圖9、圖10，說明有關實施例3中的風力發電裝置1的控制方法。尚且，有關與實施例1及實施例2重複的點，省略詳細的說明。
本實施例中的特徵，係在縮退運轉模式的轉移判斷中，根據風速變更平擺誤差18的判定閾值這一點。在一般風速低的情況下，風向的變動會有變得更大的傾向，因此，在低風速與高風速下使用了相同閾值的情況下，在低風速的情況下把風向的變動誤檢測為陣風的風險為提高。在此，在本實施例中，藉由風速使平擺誤差18的判定閾值變更這一點為其特徵。
於圖9，表示本實施例中的控制的方塊圖。
該圖表示的本實施例中，首先利用設置在機艙3的風向風速計13，計測不僅是流入到風力發電裝置1的風的風向資料也包含風速資料。接著，使用平擺誤差演算部21，算出流入到風力發電裝置1的風向17與機艙方向16的偏差也就是平擺誤差18。並行在閾值演算部26，演算與計測出的風速相應之平擺誤差18的閾值。接著在模式決定部24，根據平擺誤差18與其閾值決定風力發電裝置1的運轉模式(通常運轉模式、縮退運轉模式、停止模式)。在模式決定部24決定出的運轉模式，係把槳距角或發電機力矩等，送到各種機器的控制決定部25，於控制決定部25決定各致動器的控制法。最後在控制決定部25決定出的風力發電裝置1的控制法，送到各致動器控制器27，藉此，控制風力發電裝置1。
於圖10，表示本實施例中的風力發電裝置1的控制流程圖。
首先在S101用風向風速計13取得風向資料及風速資料，在S102用平擺誤差演算部21計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。而且，並行在S122用閾值演算部26計算平擺誤差18的閾值。接著在S104用模式決定部24判別平擺誤差18是否為閾值以上，在閾值以下也就是(否)的情況下，如通常般持續運轉。而且，在S104在用模式決定部24判別出閾值以上(是)情況下，風力發電裝置1轉移到S105，成為縮退運轉模式。
之後，再度在S111用風向風速計13再取得風向資料及風速資料，在S112用平擺誤差演算部21再計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。此時，並行在S132也用閾值演算部26再計算平擺誤差18的閾值。接著，在S114，再度用模式決定部24判別平擺誤差18是否為閾值以上，在閾值以下(否)的情況下，在S125復歸到通常運轉模式。
而且，在S114中在平擺誤差18為閾值以上(是)的情況下，接著在S106用模式決定部24判別縮退運轉模式的持續時間。在縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度返回到S111，持續與上述同樣的流程。另一方面，在縮退運轉模式的持續時間超過了閾值(是)的情況下，在S115轉移到停止模式。
本實施例中的風力發電裝置1的優點，是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，當然是可以得到與實施例1同樣的效果，關於朝縮退運轉模式的轉移，係根據風速決定其判定閾值的緣故，可以更高精度地預測陣風的到來。經此，更高精度地迴避最大負載的增加，並且，抑制誤檢測，可以抑制隨縮退運轉的實施之發電量的下降。

[實施例4]
使用圖1至圖3及圖11、圖12，說明有關實施例4中的風力發電裝置1的控制方法。尚且，有關與從實施例1至實施例3中重複的點，省略詳細的說明。
本實施例中的特徵，係配合風速變更使用在縮退運轉模式的轉移判斷之平擺誤差18的變化量的閾值及計算其變化量之特定時間這一點。在風速小的情況下，相對於主風速，垂直的方向的變動相對變大的緣故，會有風向的變動也變大的傾向。在風速低的情況下，為了迴避陣風的誤檢測，考慮到讓評量時間變長或是讓判定閾值變大。在此，在本實施例，其特徵在於配合風速變更使用在退運轉模式的轉移判斷之平擺誤差18的變化量的閾值及其評量時間這一點。
於圖11表示本實施例中的控制的方塊圖。
該圖表示的本實施例中，首先利用設置在機艙3上的風向風速計13，計測不僅是流入到風力發電裝置1的風的風向，也計測風速。接著，使用平擺誤差演算部21，算出流入到風力發電裝置1的風向17與機艙方向16的偏差也就是平擺誤差18。在此得到的平擺誤差18，被保管在平擺誤差記憶部22。被保管在該平擺誤差記憶部22的平擺誤差18，係送到變化量計算部23，在此計算特定時間中的平擺誤差18的變化量。此時，並行的閾值演算部26中，從藉由風向風速計13所得到的風速，演算平擺誤差18的變化量的閾值及變化量算出的時間。接著在模式決定部24，根據平擺誤差18的變化量與其閾值，決定風力發電裝置1的運轉模式。決定出的運轉模式，係把槳距角或發電機力矩等，送到各種機器的控制決定部25，於控制決定部25決定各致動器的控制法。最後在控制決定部25決定出的風力發電裝置1的控制法，送到各致動器控制器27，藉此，控制風力發電裝置1。
於圖12，表示本實施例中的風力發電裝置1的控制流程圖。
首先在S101用風向風速計13取得風向資料及風速資料，在S102用平擺誤差演算部21計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。此時，並行的S122中，從所得到的風速資料，用閾值演算部26演算變化量的評量時間與其閾值。接著在S103，用變化量計算部23計算平擺誤差18的變化量。接著在S134用模式決定部24判別平擺誤差18的變化量是否為閾值以上，在閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉。而且，在S134用模式決定部24判別出閾值以上(是)的情況下，風力發電裝置1轉移到S105，成為縮退運轉模式。
之後，再度在S111用風向風速計13再取得風向資料及風速資料，在S112用平擺誤差演算部21再計算對風力發電裝置1的平擺誤差18。此時，並行的S142中，從所得到的風速資料，用閾值演算部26再演算變化量的評量時間與其閾值。接著在S113，用變化量計算部23再計算平擺誤差18的變化量。接著，在S119，用模式決定部24判定平擺誤差18的變化量是否為閾值以上。
尚且，此時，在S119，為了判別平擺誤差18是否為減少傾向，也可以使用與S134相異的閾值。
S119中，在平擺誤差18的變化量為閾值以下(否)的情況下，在S125復歸到通常運轉模式。
而且，也在S119中在平擺誤差18的變化量為閾值以上(是)的情況下，接著在S106用模式決定部24判別縮退運轉模式的持續時間。在縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度返回到S111，持續與上述同樣的流程。另一方面，在縮退運轉模式的持續時間超過了閾值(是)的情況下，在S115轉移到停止模式。
尚且，於本實施例，雖然表示了逐次再計算平擺誤差18的計算時間或閾值之例，但是，對於這些的數值，也可以持續使用在S122的步驟計算出的值。
本實施例中的風力發電裝置1的優點，是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，當然是可以得到與實施例1同樣的效果，關於朝縮退運轉模式的轉移，係根據風速決定其判定閾值的緣故，可以更高精度地預測陣風的到來。經此，更高精度地迴避最大負載的增加，並且，抑制誤檢測，可以抑制隨縮退運轉的實施之發電量的下降。

[實施例5]
使用圖1至圖11說明實施例5中的風力發電裝置1的控制方法。尚且，有關與從實施例1至實施例4中重複的點，省略詳細的說明。
作為實施例5中的特徵，係使用槳距控制作為朝縮退運轉模式的轉移手段這一點。
風力發電裝置1中，如圖1表示，設置相對於轂4可以旋轉(槳距角變化)的葉片5。在此，所謂槳距角，係表示對轂4的葉片5的安裝角。
而且，使葉片5相對於風為正對，把變更槳距角以可以高效率回收風的能量者稱為小槳，把變更槳距角來讓葉片與風成平行的方向藉此讓風逸逃者稱為順槳。
本實施例中，如圖5、圖8、圖10、圖12中的S105般，在把風力發電裝置1轉移到縮退運轉模式之際，槳距角係比起通常運轉時的基準控制值被變更成更朝順槳側。經此，風力發電裝置1所回收的能源量下降，發電量下降的緣故，施加到風力發電裝置1的負載也下降，成為縮退運轉模式。此時，槳距角的指令值即便是固定值，也可以配合風速等的風況做變更。
之後，如圖5、圖8、圖10、圖12中的S125表示般，在轉移到通常運轉的情況下，把槳距角指令值回到通常運轉時的基準控制值，經此，復歸到通常運轉模式。
本實施例中的風力發電裝置1的控制方法的優點是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，關於朝縮退運轉模式的轉移，是使用槳距角的控制的緣故，風力發電裝置1可以直接控制從風所回收的能源量，所以可以簡易地實施朝縮退運轉模式的轉移。

[實施例6]
使用圖1至圖11說明實施例6中的風力發電裝置1的控制方法。尚且，有關與從實施例1至實施例5中重複的點，省略詳細的說明。
作為實施例6中的特徵，係活用設置在風力發電裝置1的機艙3內的發電機9的力矩控制，作為朝縮退運轉模式的轉移手段這一點。
風力發電裝置1所回收的能量，係作為轉子6的轉速與發電機9中的力矩的積而體現，於通常運轉模式中，控制力矩，使得轉子6的轉速成為讓風力發電裝置1的葉片5最有效率得到能量的轉速。
本實施例中，如圖5、圖8、圖10、圖12中的S105般，在把風力發電裝置1轉移到縮退運轉模式之際，把力矩的指令值設定成與通常運轉時為相異的值。此時，考慮到力矩指令值為比起通常運轉時的基準控制值還大的值以及還小的值之兩者。
具體方面，考慮到把力矩指令值決定為比通常運轉時的基準控制值還小，經此，減少所回收的能源量之手法。而且，也可以把力矩控制值決定為比通常運轉時的基準控制值還大，經此，減少轉子6的轉速，使風力發電裝置1的運轉效率下降，藉此，轉移到縮退運轉模式。此時，力矩控制的指令值即便是固定值，也可以配合風速等的風況做變更。
之後，如圖5、圖8、圖10、圖12中的S125表示般，在轉移到通常運轉的情況下，把力矩指令值回到通常運轉時的基準控制值，經此，復歸到通常運轉模式。
本實施例中的風力發電裝置1的控制方法的優點是有以下般的特點。
亦即，在本實施例，關於朝縮退運轉模式的轉移，係使用發電機9的力矩的控制的緣故，具有控制響應非常快的特徵。經此，可以更早期地轉移到縮退運轉模式，可以更早期地迴避隨平擺誤差的增大之最大負載的增加。
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，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。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。
1‧‧‧風力發電裝置
2‧‧‧塔
3‧‧‧機艙
4‧‧‧轂
5‧‧‧葉片
6‧‧‧轉子
7‧‧‧主軸
8‧‧‧增速機
9‧‧‧發電機
10‧‧‧主框架
11‧‧‧電力變換器
12‧‧‧控制裝置
13‧‧‧風向風速計
14‧‧‧平擺角控制裝置
15‧‧‧控制器
16‧‧‧機艙方向
17‧‧‧風向
18‧‧‧平擺誤差
19‧‧‧風向的急遽變動
20‧‧‧風向的回復
21‧‧‧平擺誤差演算部
22‧‧‧平擺誤差記憶部
23‧‧‧變化量計算部
24‧‧‧模式決定部
25‧‧‧控制決定部
26‧‧‧閾值演算部
27‧‧‧致動器控制器
28‧‧‧風向變化
29‧‧‧輸出變化
30‧‧‧負載變化
[圖1]為表示適用本發明的風力發電裝置的控制方法之風力發電裝置的整體構成的概略之圖。
[圖2]為表示適用本發明的風力發電裝置的控制方法之風力發電裝置與風向的關係之示意圖。
[圖3]為表示適用本發明的風力發電裝置的控制方法之風力發電裝置中的風向的急遽變動的其中一例之示意圖。
[圖4]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例1之控制方塊圖。
[圖5]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例1之控制流程圖。
[圖6]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例1中的各種參數變化之概略圖。
[圖7]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例2之控制方塊圖。
[圖8]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例2之控制流程圖。
[圖9]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例3之控制方塊圖。
[圖10]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例3之控制流程圖。
[圖11]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例4之控制方塊圖。
[圖12]為表示本發明的風力發電裝置的控制方法的實施例4之控制流程圖。

Claims (15)

  1. 一種風力發電裝置的控制方法，該風力發電裝置具備：轉子，其係利用轂與葉片所構成，至少受風而旋轉；機艙，其係透過連接到前述轂的主軸把前述轉子予以軸支承，並且在其內部至少收納有連接到前述主軸之發電機；以及塔，其係支撐該機艙；其中，在變更該風力發電裝置的運轉模式之際， 根據流入到前述風力發電裝置的風向資料及前述風力發電裝置的前述轉子的旋轉面的方向的資訊，來變更前述風力發電裝置的運轉模式。
  2. 如請求項1的風力發電裝置的控制方法，其中， 在前述風力發電裝置的方向也就是前述機艙的方向與前述轉子的旋轉面的方向(風向)的偏差也就是平擺誤差，超過了預先決定的閾值的情況下，變更前述風力發電裝置的運轉模式。
  3. 如請求項2的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述風力發電裝置的運轉模式，為通常運轉模式、縮退運轉模式、停止模式。
  4. 如請求項3的風力發電裝置的控制方法，其中， 利用設置在前述機艙上的風向風速計，計測前述風向資料，並且，使用設置在前述機艙內的控制器所具備的平擺誤差演算部，算出前述平擺誤差。
  5. 如請求項4的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述控制器，係除了前述平擺誤差演算部之外，還具備：決定前述風力發電裝置的運轉模式之模式決定部、決定前述風力發電裝置的控制法之控制決定部、及控制前述風力發電裝置之致動器控制器； 用前述平擺誤差演算部算出前述平擺誤差，接著用前述模式決定部決定前述風力發電裝置的運轉模式，用前述模式決定部決定出的運轉模式被送到前述控制決定部，於該控制決定部決定前述風力發電裝置的控制法，用前述控制決定部決定出的前述風力發電裝置的控制法被送到前述致動器控制器，藉此，來控制前述風力發電裝置。
  6. 如請求項5的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述風力發電裝置的控制，係用前述風向風速計取得前述風向資料(S101)，用前述平擺誤差演算部計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S102)，接著前述模式決定部判別前述平擺誤差是否為閾值以上(S104)，在前述S104的判別為閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉(通常運轉模式)，在前述S104的判別為閾值以上(是)的情況下，前述風力發電裝置轉移到前述縮退運轉模式(S105)，之後，用前述風向風速計再取得前述風向資料(S111)，用前述平擺誤差演算部再計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S112)，接著，再度，用前述模式決定部判別前述平擺誤差是否為閾值以上(S114)，在前述S114的判別為閾值以下(否)的情況下，復歸到通常運轉模式(S125)，在前述S114的判別為閾值以上(是)的情況下，用前述模式決定部判別前述縮退運轉模式的持續時間(S106)，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度，返回到前述S111，持續與前述同樣的流程，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以上(是)的情況下，轉移到前述停止模式(S115)。
  7. 如請求項3的風力發電裝置的控制方法，其中， 在前述平擺誤差的特定時間中的風向的變化量超過了預先決定出的閾值的情況下，轉移到前述縮退運轉模式。
  8. 如請求項7的風力發電裝置的控制方法，其中， 利用設置在前述機艙上的風向風速計，計測前述風向資料，並且，使用設置在前述機艙內的控制器所具備的平擺誤差演算部，算出前述平擺誤差。
  9. 如請求項8的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述控制器，係除了前述平擺誤差演算部之外，還具備：保管前述平擺誤差之平擺誤差記憶部、計算從該平擺誤差記憶部所送出的前述平擺誤差的特定時間中的變化量之變化量計算部、根據前述平擺誤差的變化量來決定前述風力發電裝置的運轉模式之模式決定部、決定前述風力發電裝置的控制法之控制決定部、及控制前述風力發電裝置之致動器控制器； 用前述平擺誤差演算部算出前述平擺誤差，把在此所得到的前述平擺誤差保管到前述平擺誤差記憶部，被保管到該平擺誤差記憶部之前述平擺誤差被送到前述變化量計算部，用該變化量計算部計算特定時間中的前述平擺誤差的變化量； 接著用前述模式決定部根據前述平擺誤差的變化量決定前述風力發電裝置的運轉模式，用前述模式決定部決定出的運轉模式被送到前述控制決定部，於該控制決定部決定前述風力發電裝置的控制法，用前述控制決定部決定出的前述風力發電裝置的控制法被送到前述致動器控制器，藉此，控制前述風力發電裝置。
  10. 如請求項9的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述風力發電裝置的控制，係用前述風向風速計取得前述風向資料(S101)，用前述平擺誤差演算部計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S102)，並且，用前述變化量計算部計算前述平擺誤差的變化量(S103)，接著前述模式決定部判別用前述變化量計算部計算出的前述平擺誤差的變化量是否為閾值以上(S134)，在前述S134的判別為閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉(通常運轉模式)，在前述S134的判別為閾值以上(是)的情況下，前述風力發電裝置轉移到前述縮退運轉模式(S105)； 之後，用前述風向風速計再取得前述風向資料(S111)，用前述平擺誤差演算部再計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S112)，接著用前述變化量計算部再計算前述平擺誤差的變化量(S113)，接著，用前述模式決定部判定前述平擺誤差的變化量是否為閾值以下(S119)，在前述S119的判定是前述平擺誤差的變化量為閾值以下(否)的情況下，復歸到通常運轉模式(通常運轉模式)(S125)，在前述S119的判定是前述平擺誤差的變化量為閾值以上(是)的情況下，用前述模式決定部判別前述縮退運轉模式的持續時間(S106)，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度，返回到前述S111，持續與前述同樣的流程，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以上(是)的情況下，轉移到前述停止模式(S115)。
  11. 如請求項3的風力發電裝置的控制方法，其中， 利用設置在前述機艙上的風向風速計，計測流入到前述風向資料及前述風力發電裝置的風速資料；使用設置在前述機艙內的控制器所具備的平擺誤差演算部，配合前述風向資料，算出前述平擺誤差，並且，與該算出並行，使用前述控制器所具備的閾值演算部，配合前述風速資料，算出前述平擺誤差的閾值。
  12. 如請求項11的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述控制器，係除了前述平擺誤差演算部及前述閾值演算部之外，還具備：決定前述風力發電裝置的運轉模式之模式決定部、決定前述風力發電裝置的控制法之控制決定部、及控制前述風力發電裝置之致動器控制器； 用前述平擺誤差演算部配合前述風向資料算出前述平擺誤差，並且，與該算出並行，使用前述閾值演算部配合前述風速資料算出前述平擺誤差的閾值，接著用前述模式決定部決定前述風力發電裝置的運轉模式，用前述模式決定部決定出的運轉模式被送到前述控制決定部，於該控制決定部決定前述風力發電裝置的控制法，用前述控制決定部決定出的前述風力發電裝置的控制法被送到前述致動器控制器，藉此，控制前述風力發電裝置。
  13. 如請求項12的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述風力發電裝置的控制，係用前述風向風速計取得前述風向資料及風速資料(S101)，用前述平擺誤差演算部計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S102)，並且，並行用前述閾值演算部計算前述平擺誤差的閾值(S122)，接著用前述模式決定部判別前述平擺誤差是否為閾值以上(S104)，在前述S104的判別為閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉(通常運轉模式)，在前述S104的判別為閾值以上(是)的情況下，前述風力發電裝置轉移到前述縮退運轉模式(S105)； 之後，再度，用前述風向風速計再取得前述風向資料及風速資料(S111)，用前述平擺誤差演算部再計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S112)，並且，並行用前述閾值演算部也再計算前述平擺誤差的閾值(S132)，接著，再度，用前述模式決定部判別前述平擺誤差是否為閾值以上(S114)，在前述S114的判別為閾值以下(否)的情況下，復歸到前述通常運轉模式(S125)，在前述S114的判別為閾值以上(是)的情況下，用前述模式決定部判別前述縮退運轉模式的持續時間(S106)，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度，返回到前述S111持續與前述同樣的流程，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以上(是)的情況下，轉移到前述停止模式(S115)。
  14. 如請求項3的風力發電裝置的控制方法，其中， 利用設置在前述機艙上的風向風速計計測流入到前述風向資料及前述風力發電裝置的風速資料，使用設置在前述機艙內的控制器所具備的平擺誤差演算部配合前述風向資料算出前述平擺誤差，並且，與該算出並行使用在前述控制器所具備的閾值演算部配合前述風速資料算出前述平擺誤差的變化量的閾值及變化量的算出時間，把用前述平擺誤差演算部算出的前述平擺誤差保管到在前述控制器所具備的平擺誤差記憶部，保管在該平擺誤差記憶部的前述平擺誤差，被送到在前述控制器所具備的變化量計算部，用該變化量計算部計算特定時間中的前述平擺誤差的變化量； 接著用在前述控制器所具備的模式決定部根據前述平擺誤差的變化量與其閾值決定前述風力發電裝置的運轉模式，決定好的前述運轉模式被送到在前述控制器所具備的控制決定部，於該控制決定部決定前述風力發電裝置的控制法，用前述控制決定部決定出的前述風力發電裝置的控制法被送到在前述控制器所具備的致動器控制器，藉此，控制前述風力發電裝置。
  15. 如請求項14的風力發電裝置的控制方法，其中， 前述風力發電裝置的控制，係用前述風向風速計取得前述風向資料及風速資料(S101)，用前述平擺誤差演算部計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S102)，並且，並行用前述閾值演算部，從所得的前述風速資料，演算變化量的計算時間與其閾值(S122)，接著用前述變化量計算部計算前述平擺誤差的變化量(S103)，用前述模式決定部判別前述平擺誤差的變化量是否為閾值以上(S104)，在前述S104的判別為閾值以下(否)的情況下，如通常般持續運轉(通常運轉模式)，在前述S104的判別為閾值以上(是)的情況下，前述風力發電裝置轉移到前述縮退運轉模式(S105)， 之後，用前述風向風速計再取得前述風向資料及風速資料(S111)，用前述平擺誤差演算部再計算對前述風力發電裝置的前述平擺誤差(S112)，此時，並行用前述閾值演算部，從所得到的前述風速資料，再演算變化量的計算時間與其閾值(S142)，接著用前述變化量計算部再計算前述平擺誤差的變化量(S113)，接著，用前述模式決定部判定前述平擺誤差的變化量是否為閾值以上(S119)，在前述S119的判定是前述平擺誤差的變化量為閾值以下(否)的情況下，復歸到前述通常運轉模式(S125)，在前述S119的判定是前述平擺誤差的變化量為閾值以上(是)的情況下，用前述模式決定部判別前述縮退運轉模式的持續時間(S106)，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以下(否)的情況下，再度，返回到前述S111，持續與前述同樣的流程，在前述S106的判別是前述縮退運轉模式的持續時間為閾值以上(是)的情況下，轉移到前述停止模式(S115)。
TW108105934A 2018-03-06 2019-02-22 風力發電裝置的控制方法 TW201938904A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-039453 2018-03-06
JP2018039453A JP2019152179A (ja) 2018-03-06 2018-03-06 風力発電装置の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201938904A true TW201938904A (zh) 2019-10-01

Family

ID=67847056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108105934A TW201938904A (zh) 2018-03-06 2019-02-22 風力發電裝置的控制方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2019152179A (zh)
TW (1) TW201938904A (zh)
WO (1) WO2019171829A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7236374B2 (ja) * 2019-12-05 2023-03-09 株式会社日立製作所 風力発電装置
CN113417816A (zh) * 2021-08-03 2021-09-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种节地降载的风力发电系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6314104B2 (ja) * 2015-03-04 2018-04-18 三菱重工業株式会社 風力発電設備及び風力発電設備の制御方法
JP6421134B2 (ja) * 2016-01-29 2018-11-07 三菱重工業株式会社 風力発電装置及びその運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019171829A1 (ja) 2019-09-12
JP2019152179A (ja) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10871144B2 (en) System and method for reducing loads during an idling or parked state of a wind turbine via yaw offset
US7476985B2 (en) Method of operating a wind turbine
EP3317519B1 (en) Control method and system for wind turbines
CN107735567B (zh) 风力涡轮机控制函数的初始化
EP2715125B1 (en) A wind farm and a method of operating a wind farm
EP2249030A2 (en) Wind turbine
US10451039B2 (en) System and method for reducing wind turbine noise during high wind speed conditions
US20130193686A1 (en) System and methods for determining pitch angles for a wind turbine during peak shaving
EP3597905B1 (en) System and method for detecting a pitch fault in a wind turbine via voltage, current, torque, or force monitoring
US10830208B2 (en) System and method for mitigating blade run-away loads in the event of a pitch system failure
EP3470670B1 (en) System and method for operating wind turbines to avoid stall during derating
EP3597904B1 (en) System and method for reducing wind turbine loads by yawing the nacelle to a predetermined position based on rotor imbalance
EP3415752B1 (en) Variable rated speed control in partial load operation of a wind turbine
TW201938904A (zh) 風力發電裝置的控制方法
TW201602455A (zh) 風車及其停止方法
EP3722596B1 (en) System and method for mitigating damage in a rotor blade of a wind turbine
KR20150019461A (ko) 풍력발전시스템 및 그것의 구동 정지 방법
WO2016138647A1 (en) System and method for mitigating loads on a wind turbine
EP3643916B1 (en) System and method for monitoring rotor blade condition of wind turbines
EP4177463B1 (en) Methods and systems for determining roughness of wind turbine blades and wind turbine control
US20240044314A1 (en) Determination of a state of a wind turbine blade