TW202007855A - 風力發電裝置與其控制方法 - Google Patents

Abstract

[課題] 提供風力發電裝置與其控制方法，因應以低成本來精度良好地算出之風的亂流度來進行偏擺控制，藉此可降低偏擺偏差角來提升發電量，且抑制機械性損耗。 [解決手段] 風力發電裝置(1)，具備：接收風而旋轉的轉動部(4)、將轉動部(4)支撐成可旋轉的艙體(5)、將艙體(5)支撐成可偏擺迴轉的塔架(7)、基於偏擺控制指令來調整艙體(5)之偏擺的調整裝置(8)、以及決定傳送到調整裝置(8)之偏擺控制指令的控制裝置(9)。控制裝置(9)，具備：偏擺偏差角計算部(301)，其由風向風速測定部所測定的值與轉動部(4)的方向來算出偏擺偏差角；風的亂流度計算部(302)，其由風向風速測定部所測定的值來算出風的亂流度；以及控制指令作成部(304)，其基於偏擺偏差角與風的亂流度來決定偏擺控制指令；控制指令作成部(304)，在風的亂流度較高的情況，較早停止偏擺迴轉。

Description

風力發電裝置與其控制方法

本發明，是關於風力發電裝置與其控制方法，是可使風力發電裝置之機械性損耗的增加成為最底限，並提升發電性能的風力發電裝置與其控制方法。

水平軸型的風力發電裝置，是具備使搭載風車轉動部的艙體繞垂直軸來迴轉的偏擺迴轉機構。風力發電裝置，在表示風車轉動部之旋轉軸之方位角(以下稱為艙體方位角)與風向之間之偏差角的風向偏差(以下稱為偏擺偏差角)發生之情況，為了防止轉動部之受風面積的減少所致之發電效率的降低，已知有控制偏擺迴轉機構來進行消除偏擺偏差角的動作。作為該等之偏擺控制的方法，例如已知有專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3所記載的技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]

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

[發明所欲解決的課題]

表示某地點之風向或風速的風況，具有帶著各種周期的變動成分。且，還會因時間帶而使該周期性變動成分的特徵有所不同。於風況隨機含有該等之變動成分，故一般的偏擺控制方法，例如是在某既定期間的偏擺偏差角超過既定之閾值的情況，使艙體偏擺迴轉來使偏擺偏差角成為零。 可藉由偏擺控制來使偏擺偏差角經常維持在零時，是使發電量成為最多。但是，在風向的變動速度比艙體的迴轉速度還要快的情況，艙體方位角便無法追隨風向。且，風的亂流度較高的情況，亦即，風向變動劇烈，在偏擺迴轉中風向變成反方向的情況，因偏擺控制的反應延遲導致過度偏擺迴轉，使得艙體以偏擺偏差角較高的狀態停止。該等之情況，難以將偏擺偏差角維持在零。但是，若使艙體的迴轉速度過高，或是對偏擺偏差角過於敏感地進行偏擺迴轉的話，會發生艙體迴轉機構或使艙體之迴轉停止的煞車機構之機械性損耗。欲使用此控制方法來積極地抑制偏擺偏差角的話，會有機械性摩耗變大之虞。

在專利文獻1所揭示的方法，特別是風的亂流度較高，風向變動劇烈的情況，會過度偏擺迴轉，而無法充分控制偏擺迴轉後的偏擺偏差角。於是，由於無法充分減少偏擺偏差角故發電性能會降低，不只如此，還有著過度偏擺迴轉而導致機械性損耗增加至必要以上的可能性。 於是，因應風的亂流度來調整偏擺控制的參數，能防止過度偏擺迴轉的偏擺控制為佳。但是，在由風向測定值算出風的亂流度的情況，若於風向測定使用一般的風向標式風向計的話，因風向標之慣性的影響會難以精度良好地算出風的亂流度。且，無慣性之影響的超音波式等之風向計由於成本較高故不佳。

於是，本發明，提供一種風力發電裝置與其控制方法，因應以低成本來精度良好地算出之風的亂流度來進行偏擺控制，藉此降低偏擺偏差角來提升發電量，可抑制機械性損耗之必要以上的增加。 [用以解決課題的手段]

為了解決上述課題，本發明的風力發電裝置，具備：接收風而旋轉的轉動部、將前述轉動部支撐成可旋轉的艙體、將前述艙體支撐成可偏擺迴轉的塔架、基於偏擺控制指令來調整前述艙體之偏擺的調整裝置、以及決定傳送到前述調整裝置之前述偏擺控制指令的控制裝置，其特徵為，前述控制裝置，具備：偏擺偏差角計算部，其由風向風速測定部所測定的值與前述轉動部的方向來算出偏擺偏差角；風的亂流度計算部，其由前述風向風速測定部所測定的值來算出風的亂流度；以及控制指令作成部，其基於前述偏擺偏差角與前述風的亂流度來決定前述偏擺控制指令；前述控制裝置，在風的亂流度較高的情況，較早停止偏擺迴轉。

且，本發明之風力發電裝置的控制方法，是具備：接收風而旋轉的轉動部、將前述轉動部支撐成可旋轉的艙體、將前述艙體支撐成可偏擺迴轉的塔架、基於偏擺控制指令來調整前述艙體之偏擺的調整裝置、以及決定傳送到前述調整裝置之前述偏擺控制指令的控制裝置，其特徵為，由風向風速測定部所測定的值與前述轉動部的方向來算出偏擺偏差角，由前述風向風速測定部所測定的值來算出風的亂流度，至少基於前述偏擺偏差角及風的亂流度，當風的亂流度較高的情況，較早停止偏擺迴轉。 [發明的效果]

根據本發明，可提供一種風力發電裝置與其控制方法，因應以低成本來精度良好地算出之風的亂流度來進行偏擺控制，藉此降低偏擺偏差角來提升發電量，可抑制機械性損耗之必要以上的增加。 具體來說，可以低成本來精度良好地算出風的亂流度來進行偏擺控制，即使是風向變動劇烈的情況亦能抑制過度的偏擺迴轉，使艙體方位角對偏擺迴轉時之風向的追隨性提升。且，抑制過度的偏擺迴轉，藉此抑制偏擺迴轉機構之機械性損耗之必要以上的增加。亦即，可提供風力發電裝置與其控制方法，其可兼具風力發電裝置之發電性能的提升與機械性損耗的降低。 上述以外的課題、構造及效果，是由以下之實施形態的說明而明瞭。

以下，使用圖式來說明本發明的實施例。 [實施例1]

圖1，是表示本發明之一實施例之實施例1之風力發電裝置之全體概略構造的側視圖。如圖1所示般，風力發電裝置1，具備轉動部4，其由複數個葉片2與連接葉片2的輪轂3所構成。轉動部4是透過旋轉軸(圖1中省略)而連結於艙體5，可藉由旋轉來變更葉片2的位置。艙體5是將轉動部4支撐成可旋轉。艙體5具備發電機6，當葉片2承受風而使轉動部4旋轉，以其旋轉力使發電機6旋轉而可藉此產生電力。

艙體5，是設置在塔架7上，藉由偏擺迴轉機構8(亦稱為調整裝置)而可繞垂直軸偏擺迴轉。控制裝置9，基於由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，來控制偏擺迴轉機構8。風向風速感測器10，在本實施例是預設成風向計為風向標式且風速計為杯式之低成本的一般者，但亦可為Lidar(例如都卜勒雷達)或超音波風向風速計等，亦可安裝在艙體或塔架等之風力發電裝置，亦可安裝在與風車發電裝置不同之構造物的桅杆等。

又，偏擺迴轉機構8，是由偏擺軸承或偏擺齒輪(偏擺迴轉用齒輪)、偏擺迴轉馬達、偏擺煞車等所構成。且，在適當位置具備：可變更葉片2對輪轂3之角度的槳距調節器、控制發電機6所輸出的有效電力或無效電力的電力變換器、檢測出電氣訊號或機械性訊號的感測器等。且，圖1，是藉由從艙體5朝向葉片2之風向的風來發電的順風式，但亦可為藉由從葉片2朝向艙體5之風向的風來發電的逆風式。

圖2，是圖1的俯視圖(平面圖)。將成為既定之基準方向的風向定義為θw，將成為既定之基準方向的轉動部旋轉軸之方向定義為θr，將從風向θw到轉動部軸角度θr為止的偏差角亦即偏擺偏差角定義為Δθ，並圖示出該等的關係。在此，所謂「既定之基準方向」，例如是以北為0°的基準方向。又，並不限於北，成為基準的方向可任意設定。又，風向θw，是在每計測周期所取得的值亦可，為既定期間的平均方向亦可，透過只讓既定頻率區域通過的濾波器而成的方向亦可，基於周邊的風況分布而算出的方向亦可。且，轉動部軸角度θr，是轉動部旋轉軸所朝向的方向亦可，艙體的方向亦可，為由偏擺迴轉部之編碼器所計測的值等亦可。

使用圖3至圖5，說明本實施例之風力發電裝置1之構成控制裝置9的偏擺控制部300。 圖3，是表示構成圖1所示之控制裝置的偏擺控制部之功能的方塊線圖。如圖3所示般，偏擺控制部300，是由以下所構成：求出偏擺偏差角Δθ的偏擺偏差角計算部301、算出偏擺迴轉停止閾值θy的偏擺迴轉停止閾值算出部310、基於偏擺偏差角Δθ與偏擺迴轉停止閾值θy來決定控制偏擺迴轉之開始/驅動/停止的偏擺控制指令Cy的控制指令作成部304。偏擺迴轉停止閾值算出部310，是由風的亂流度計算部302、偏擺迴轉閾值計算部303所構成。

其中偏擺偏差角計算部301，是基於轉動部軸角度θr與風向θw，來決定偏擺偏差角Δθ。該偏擺偏差角Δθ如圖2所示般，為風向θw與轉動部軸角度θr之差，表示轉動部軸從風向偏離了多少。在此，風向θw並不限定於由設置在艙體5之風向風速感測器10所檢測出的值，亦可利用設置在地面或其他場所的值。且，偏擺偏差角計算部301，為使用以低通濾波器為代表之只讓偏擺偏差角Δθ之既定頻率區域通過的濾波器(低通濾波器)，或是以移動平均為代表之利用現前之既定期間之值的平均值的統計值者。或是進行傅立葉變換者亦可。

圖3之構成偏擺迴轉停止閾值算出部310的風的亂流度計算部302，是基於由風向風速感測器10所檢測出之以風速Vw為代表的風況測定值Xw，來輸出表示既定期間之風況資料之變動的風的亂流度It。在本實施例，是利用轉動部旋轉軸之方向的風的亂流之大小、和與轉動部旋轉軸呈水平之直角方向的風的亂流之大小有正相關的情況，來將風速Vw用於風的亂流度It的算出。作為計算風的亂流度It的手法之一例，在此使用統計分析手法，如以下的式(1)所示般來以亂流強度來設定。

此處，σv是既定期間之風速的標準差，Vwave是既定期間之風速的平均值。又，該如何設定既定期間，是因應設置有各風力發電裝置的場所之環境情況、偏擺控制部300的計算能力、偏擺偏差角計算部301所使用之濾波器的設定值、偏擺迴轉的驅動速度、偏擺驅動量等，來適當設定即可，但亦可對應某程度頻率較高的風向變動，來大略地採1秒至1小時的範圍為佳。或是，既定期間是採10秒至10分的範圍更佳。

該既定期間的範圍，是相當於可藉由偏擺控制來降低的偏擺偏差角Δθ之頻率區域。亦即，範圍的上限，是以去除高頻成分為目的而以上述的值為佳，該高頻成分是會出現有風向風速感測器10的構造或雜訊所導致之誤差的影響。且，範圍的下限，是以去除低頻成分為目的而以上述的值為佳，該低頻成分會使偏擺迴轉停止閾值θy之值的差異所致之影響變少。

圖3所示之構成偏擺迴轉停止閾值算出部310的偏擺迴轉閾值計算部303，是基於風的亂流度It，來決定停止偏擺迴轉的閾值θy。 具體來說，偏擺迴轉閾值計算部303中，在風的亂流度It較小的情況與較大的情況，是調整成使偏擺迴轉停止閾值θy的大小變更。例如，風的亂流度It較小的情況是使偏擺迴轉停止閾值θy變低，風的亂流度It較大的情況是使偏擺迴轉停止閾值θy變高。

在此，針對偏擺迴轉停止閾值θy之調整方法的理由進行說明。首先，偏擺迴轉停止閾值θy較低的情況，由於是在艙體方位幾乎正對風向θw時停止偏擺迴轉，故在停止偏擺迴轉之瞬間的偏擺偏差角Δθy會非常小。但是，在偏擺迴轉中或偏擺迴轉後立刻發生風向θw往與偏擺迴轉方向相反方向大幅變動的情況，會成為過度偏擺迴轉，故導致與偏擺迴轉開始時相反方向之偏擺偏差角Δθy增大而使得發電量變少。另一方面，偏擺迴轉停止閾值θy較高的情況，由於是在艙體方位正對風向θw之前就停止偏擺迴轉，故在停止偏擺迴轉之瞬間的偏擺偏差角Δθy會殘留。但是，在偏擺迴轉中或偏擺迴轉後立刻發生風向θw往與偏擺迴轉方向相反方向大幅變動的情況，由於過度偏擺迴轉受到抑制，故與偏擺迴轉開始時相反方向的偏擺偏差角Δθy變小而使得發電量變多。此外，由於偏擺迴轉量變少，故降低偏擺迴轉機構8的機械性損耗。

此時，風的亂流度It較小的情況，亦即，在某程度風向變動沒那麼劇烈的情況，會比較少在偏擺迴轉中或偏擺迴轉後立刻發生風向θw往與偏擺迴轉方向相反方向大幅變動的情況，故使偏擺迴轉停止閾值θy較低為佳。另一方面，風的亂流度It較大的情況，亦即，在某程度風向變動較劇烈的情況，會比較常在偏擺迴轉中或偏擺迴轉後立即發生風向θw往與偏擺迴轉方向相反方向大幅變動的情況，故使偏擺迴轉停止閾值θy較高為佳。以上為偏擺迴轉停止閾值θy之調整方法的理由。

如上述般，在本實施例，偏擺迴轉停止閾值算出部310，是基於由風向風速感測器10所檢測出的風速Vw來計算風的亂流度It，並基於此來作成(算出)偏擺迴轉停止閾值θy。 在此，偏擺迴轉閾值計算部303，不必逐次輸出偏擺迴轉停止閾值θy亦可，分別以任意的周期或時間點輸出亦可。

控制指令作成部304，是基於偏擺偏差角Δθ與偏擺迴轉停止閾值θy，來決定偏擺控制指令Cy。在偏擺偏差角Δθ變大的情況，用來開始偏擺迴轉的偏擺控制指令Cy會輸出至偏擺迴轉機構8。接收到此，而使偏擺迴轉機構8動作，來往減少偏擺偏差角Δθ的方向使艙體5偏擺迴轉。然後，在偏擺迴轉中的狀態下，偏擺偏差角Δθ變小的情況，用來停止偏擺迴轉的偏擺控制指令Cy會輸出至偏擺迴轉機構8。

圖4，是表示圖3所示之偏擺控制部300之處理概要的流程圖。 如圖4所示般，在步驟S401，偏擺偏差角計算部301是決定轉動部軸角度θr，並進入下個步驟S402。在步驟S402，偏擺偏差角計算部301是決定風向θw，並進入下個步驟S403。在步驟S403，偏擺偏差角計算部301是基於轉動部軸角度θr與風向θw來決定偏擺偏差角Δθ，並進入下個步驟S406。如上述般，從步驟S401至步驟S403為止的處理是以偏擺偏差角計算部301來實行。

與從步驟S401至步驟S403為止的處理平行地，在步驟S404，使構成偏擺迴轉停止閾值算出部310的風的亂流度計算部302基於以風速Vw為代表的風況測定值Xw來決定風的亂流度It，並進入下個步驟S405。在步驟S405，構成偏擺迴轉停止閾值算出部310的偏擺迴轉停止閾值計算部303是決定偏擺迴轉停止閾值θy，並進入下個步驟S406。如上述般，從步驟S404至步驟S405為止的處理是以偏擺迴轉停止閾值算出部310來實行。 在步驟S406，控制指令作成部304是基於偏擺偏差角Δθ與偏擺迴轉停止閾值θy來決定偏擺控制指令Cy之後，結束一連串的處理。

接著，為了使本實施例的效果明確化，配合比較例的動作來說明概要。 圖5，是表示本實施例之偏擺控制部300之效果的概要圖，橫軸表示全部共通的時刻。圖5(a)之縱軸是表示風速Vw與風的亂流度It，圖5(b)之縱軸是表示偏擺迴轉停止閾值θy，圖5(c)之縱軸是表示轉動部軸角度θr與風向θw，圖5(d)之縱軸是表示偏擺偏差角Δθ。圖5中的虛線，是沒有適用本實施例之偏擺控制部300之情況的比較例，例如，表示偏擺迴轉停止閾值θy經常為低之情況的結果。另一方面，實線是示出適用本發明之實施例1之偏擺控制部300之情況的結果。

如圖5(a)所示般，風速Vw是到時刻T1為止變動為穩定，從時刻T1到時刻T9為止變動為劇烈，時刻T9以後變動為穩定。此時，在本實施例計算之風的亂流度It是從時刻T1到T9為止較高。於是，如圖5(b)所示般，比較例的偏擺迴轉停止閾值θy經常為低，相對於此，本實施例的偏擺迴轉停止閾值θy是從時刻T1到時刻T9的期間變高。 此時的風向θw，是如圖5(c)所示般重複著較小的變動，且在通過時刻T1時往+側大幅急遽變動。對應於此，本實施例與比較例是從時刻T2開始第1次的偏擺迴轉，使轉動部軸角度θr追隨風向θw。而且，在本實施例，由於偏擺迴轉停止閾值θy較高故在時刻T3停止偏擺迴轉，相對於此，在比較例由於偏擺迴轉停止閾值θy比本實施例還低，故比在時刻T3還晚的時刻T4停止偏擺迴轉。此時，風向θw是從時刻T3附近，這次是開始往-側大幅急遽變動，與本實施例相較之下，比較例是對於風向θw過度偏擺迴轉。其結果，如圖5(d)所示般，在通過時刻T3之後比較例的偏擺偏差角Δθ大於本實施例。

而且，即使通過時刻T4亦持續往風向θw的-側急遽變動，故在比較例是在時刻T5開始第2次的偏擺迴轉，在時刻T8停止偏擺迴轉。相對於此，本實施例是在比時刻T5還晚的時刻T6開始第2次的偏擺迴轉，在比時刻T8還早的時刻T7停止偏擺迴轉。此時，如圖5(d)所示般，本實施例是在第1次沒有過度偏擺迴轉，故在第2次的偏擺迴轉時偏擺偏差角Δθ亦小於比較例。 於是，該期間(通過時刻T3到通過時刻T7為止的期間)的發電輸出是本實施例大於比較例。亦即，本實施例，顯示出高於比較例的年間發電量。且，由於本實施例的偏擺迴轉量較少，故顯示出可降低偏擺迴轉機構8的機械性損耗。此外，由於可用感測器之慣性的影響較少的構造來計算風的亂流度，故亦實現低成本與高精度的兼得。

如以上所述，根據本實施例，可提供一種風力發電裝置與其控制方法，因應以低成本來精度良好地算出之風的亂流度來進行偏擺控制，藉此降低偏擺偏差角來提升發電量，可抑制機械性損耗之必要以上的增加。具體來說，使用以風速感測器所檢測出的風速Vw來計算風的亂流度It，在風的亂流度It較高的情況，若使偏擺迴轉停止閾值θy變高的話，可抑制過度偏擺迴轉的機會會變多，而使發電量提升故使偏擺迴轉停止閾值θy變高。且，在風的亂流度It較低的情況，比起使偏擺迴轉停止閾值θy變高來抑制過度偏擺迴轉的效果來說，是使偏擺迴轉停止閾值θy變低來追隨風向θw的效果比較高，故使偏擺迴轉停止閾值θy變低。如上述般因應風況來改變偏擺迴轉停止閾值θy，藉此可抑制機械性損耗的增加，並提升風力發電裝置的發電性能。

且，以不對風力發電裝置施加過大的負重為目的，有時在風力發電裝置具備：在偏擺偏差角Δθ變得過大的情況，立即抑制或中止發電的功能。本實施例的偏擺迴轉速度是高於比較例，對風向θw的追隨性良好故偏擺偏差角Δθ難以變得過大。於是，偏擺偏差角Δθ變得過大而抑制或中止發電的機會會減少，故有發電量提升的效果。 [實施例2]

圖6，是表示本發明之其他實施例之實施例2之偏擺控制部之功能的方塊線圖。在本實施例，就偏擺迴轉停止閾值θy是將過去的經驗或是由計算來求得的值作為固定設定值來事先設定於控制裝置9而離線運用這點，與上述的實施例1不同。其他的構造是與上述的實施例1相同。且，在圖6對與實施例1相同的構成要件附上相同符號。

在上述的實施例1，如圖3及圖4所示般，偏擺迴轉停止閾值算出部310，是以每控制周期、或以適當的時間點來算出偏擺迴轉停止閾值θy並更新的構造。相對於此，圖6所示之本實施例的偏擺控制部600，是由求出偏擺偏差角Δθ的偏擺偏差角計算部301、以及基於偏擺偏差角Δθ與偏擺迴轉停止閾值θy來決定控制偏擺迴轉之開始/驅動/停止的偏擺控制指令Cy的控制指令作成部304所構成，並不具備算出偏擺迴轉停止閾值θy的偏擺迴轉停止閾值算出部310。賦予至控制指令作成部304的偏擺迴轉停止閾值θy，是事先預設在構成偏擺控制部600的控制指令作成部304，或是在適當的時間點藉由偏擺迴轉停止閾值輸入部605而從外部設定。偏擺迴轉停止閾值輸入部605是鍵盤等之輸入裝置，由作業員來輸入亦可。

上述實施例1所示之偏擺迴轉停止閾值算出部310的功能，是在與風力發電廠不同的場所設置的解析裝置內構成，例如由風力發電廠建設前的研究、設計階段中求得的環境條件，來事先算出該風力發電廠之典型的風況下的偏擺迴轉停止閾值θy，作為預設值而內建在偏擺控制部600內。所謂典型的風況，是例如依季節，或是依傍晚或清晨，或依風的亂流度來準備，以適當的條件來切換使用亦可。

或是，上述實施例1所示之偏擺迴轉停止閾值算出部310的功能，是在與風力發電廠不同的場所設置的解析裝置內構成，例如在設置風力發電廠之後的運用階段中，由所觀測到的環境條件，算出該風力發電廠之典型的風況下的偏擺迴轉停止閾值θy，透過具備通訊部的偏擺迴轉停止閾值輸入部605，來賦予至偏擺控制部600內的控制指令作成部304。在該情況，偏擺迴轉停止閾值θy的設定，並非因應現場的風況而線上即時對應的形式者，而是將以離線求出的值在適當的時間點賦予來運用。

如以上所述，根據本實施例，沒有必要在風車設置解析裝置，不必對既有的風車做大幅改修便可更新搭載本發明的控制，可進行基於最佳化之驅動速度的控制。 [實施例3]

接著，針對本發明之其他實施例之實施例3的風力發電裝置1進行說明。 本實施例的風力發電裝置1，具有與上述實施例1的偏擺控制部300相同的構造，但偏擺迴轉停止閾值算出部310的處理是與實施例1不同。

本實施例的偏擺迴轉停止閾值算出部310，與上述實施例1同樣地，作為風況測定值Xw而輸入風速Vw，但除了風的亂流度It以外，還計算既定期間的平均風速Vwave。在此，平均風速Vwave較高的情況，即使風的亂流度It較高時也使偏擺迴轉停止閾值θy變低。這是有鑑於，風速Vw較高的情況，即使風的亂流度It較高，亦因地形而使過度偏擺迴轉的風況較少的情況，提高發電量提升的效果。同樣地，平均風速Vwave較低的情況也是，風的亂流度It較高時使偏擺迴轉停止閾值θy變低。

如上述般，根據本實施例，可將與實施例1相同之提升發電量的效果，對應於各式各樣的地形。 又，平均風速Vwave，是使用以低通濾波器為代表之只讓風速Vw之既定頻率區域通過的濾波器(低通濾波器)，或是以移動平均為代表之利用現前之既定期間之值的平均值的統計值來算出，或進行傅立葉變換來算出亦可。或是，在輸入至偏擺迴轉停止閾值算出部310之前，算出平均風速Vwave亦可。 [實施例4]

接著，針對本發明之其他實施例之實施例4的風力發電裝置1進行說明。 本實施例的風力發電裝置1，具有與上述實施例1的偏擺控制部300相同的構造，但偏擺迴轉停止閾值算出部310的處理是與實施例1不同。

在本實施例的偏擺迴轉停止閾值算出部310，與上述實施例1不同，作為風況測定值Xw是取代風速Vw而基於風向θw來計算風的亂流度It2，並基於風的亂流度It2來算出偏擺迴轉停止閾值θy。作為本實施例之計算風的亂流度It2的手法之一例，在此使用統計分析手法，計算既定期間之風向θw的標準差σw。此時，本發明之課題為降低風向標式風向計的慣性對風的亂流度的計算精度造成的不良影響，故加上從風的亂流度It2去除慣性之影響的補正值，或是，事先求出使發電量提升之It2與偏擺迴轉停止閾值θy的關係為佳。藉此，與基於風速Vw的亂流強度相較之下，是以基於與偏擺偏差角Δθ有較直接之關係的風向θw的風向標準差來算出風的亂流度，故可精度良好地抑制過度偏擺迴轉來使偏擺偏差角Δθ降低，並提高發電量。

如上述般，根據本實施例，可將與實施例1相同之提升發電量的效果，以更好的精度來實現。 [實施例5]

接著，針對本發明之其他實施例之實施例5的風力發電裝置1進行說明。 本實施例的風力發電裝置1，具有與上述實施例1的偏擺控制部300相同的構造，但偏擺迴轉停止閾值算出部310的處理是與實施例1不同。

在本實施例的偏擺迴轉停止閾值算出部310，與上述實施例1不同，作為風況測定值Xw是基於風速Vw與風向θw來計算風的亂流度It3，並基於風的亂流度It3來算出偏擺迴轉停止閾值θy。本實施例的風的亂流度It3，是使用：將以式(1)計算的風的亂流度It、以上述之實施例4所示之風的亂流度It2予以組合而成之以下的式(2)之值。

在此，α與β是用來算出It3的比重係數，因應設置風力發電裝置1的現場風況來決定大小。使用It3來算出偏擺迴轉停止閾值θy，藉此可算出適合現場風況的風的亂流度，故可精度良好地抑制過度偏擺迴轉來使偏擺偏差角Δθ降低，並提高發電量。且，即使風速計或風向計之任一者故障，亦可算出風的亂流度，故冗餘性較高。 如上述般，根據本實施例，即使風向風速感測器之任一者故障亦可實現與實施例1相同之提升發電量的效果，故可提高冗餘性。 [實施例6]

接著，針對本發明之其他實施例之實施例6的風力發電裝置1進行說明。 本實施例的風力發電裝置1，具有與上述實施例1的偏擺控制部300相同的構造，但偏擺迴轉停止閾值算出部310的處理是與實施例1不同。

在本實施例的偏擺迴轉停止閾值算出部310，與上述實施例1不同，是取代風況測定值Xw，而將以風力發電裝置1的發電輸出Po、葉片俯仰角γp、發電機轉矩Tg、或轉動部旋轉速度ωr為代表之當風況變化時發生變動的風力發電裝置1之參數之任一者以上當成輸入值。而且，計算該參數之既定期間的變動量，將計算出的變動量作為風的亂流度來算出偏擺迴轉停止閾值θy。藉此，即使風向風速感測器故障的情況，亦可實現本發明的效果。

如上述般，根據本實施例，即使不依賴風向風速感測器的狀態亦可實現與實施例1相同之提升發電量的效果，故可提高冗餘性。

本發明並不限於上述的實施例，可為各種變形。上述實施例是為了容易說明理解本發明而舉例者，並不限定於一定具備所說明之所有的構造者。且，亦可將某實施例之構造的一部分置換成其他實施例的構造，或是，亦可於某實施例的構造加上其他實施例的構造。且，圖中所示的控制線或資訊線是表示出認為說明上之必要者，並不限定於表示出產品上所必要之所有的控制線或資訊線。可以認為實際上幾乎所有的構造為互相連接。

作為對於上述實施例之可能的變形，例如可舉出以下者。 (1)偏擺控制部300之風的亂流度計算部302、以及偏擺迴轉停止閾值計算部304，是代替控制裝置9，而具備在外部的裝置亦可。 (2)本發明所計算之偏擺控制的偏擺迴轉停止閾值θy，亦可適用於相同現場的其他風力發電裝置1，或是風況相近之其他現場的風力發電裝置1。 (3)偏擺控制部300之風的亂流度計算部302，並不是逐次輸入以風速Vw為首的風況測定值Xw，而是構成為僅由過去儲存的風況測定資料來計算亦可。 (4)上述的各實施例中，風向風速感測器10雖設置於艙體5上，但亦可代替該場所，而設置在艙體5內或風力發電裝置1的周邊。 (5)上述的各實施例中，偏擺迴轉停止閾值θy是階段性地來設定值，或是如直線或曲線般連續性地來設定值皆可。

1‧‧‧風力發電裝置 2‧‧‧葉片 3‧‧‧輪轂 4‧‧‧轉動部 5‧‧‧艙體 6‧‧‧發電機 7‧‧‧塔架 8‧‧‧偏擺迴轉機構 9‧‧‧控制裝置 10‧‧‧風向風速感測器 300、600‧‧‧偏擺控制部 301‧‧‧偏擺偏差角計算部 302‧‧‧風的亂流度計算部 303‧‧‧偏擺迴轉停止閾值計算部 304‧‧‧控制指令作成部 310‧‧‧偏擺迴轉停止閾值算出部 605‧‧‧偏擺迴轉停止閾值輸入部

圖1為表示本發明之一實施例之實施例1之風力發電裝置之全體概略構造的側視圖。 圖2為圖1所示之風力發電裝置的俯視圖(平面圖)。 圖3為表示構成圖1所示之控制裝置的偏擺控制部之功能的方塊線圖。 圖4為表示圖3所示之偏擺控制部之處理概要的流程圖。 圖5為表示實施例1之偏擺控制部之效果的概要圖，圖5(a)表示風速與風的亂流度的時間變化，圖5(b)表示偏擺迴轉停止閾值的時間變化，圖5(c)表示風向與轉動部軸角度的時間變化，圖5(d)表示偏擺偏差角的時間變化。 圖6為表示本發明之其他實施例之實施例2之偏擺控制部之功能的方塊線圖。

Claims (14)

1. 一種風力發電裝置，具備：接收風而旋轉的轉動部、將前述轉動部支撐成可旋轉的艙體、將前述艙體支撐成可偏擺迴轉的塔架、基於偏擺控制指令來調整前述艙體之偏擺的調整裝置、以及決定傳送到前述調整裝置之前述偏擺控制指令的控制裝置，其特徵為， 前述控制裝置，具備：偏擺偏差角計算部，其由風向風速測定部所測定的值與前述轉動部的方向來算出偏擺偏差角；風的亂流度計算部，其由前述風向風速測定部所測定的值來算出風的亂流度；以及控制指令作成部，其基於前述偏擺偏差角與前述風的亂流度來決定前述偏擺控制指令， 前述控制裝置，在風的亂流度較高的情況，較早停止偏擺迴轉。
2. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中， 前述風的亂流度，是事先設定在前述控制指令作成部。
3. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中， 前述風的亂流度，是透過通訊部而從風力發電裝置的外部來設定。
4. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中， 前述控制裝置，是具備：基於前述風的亂流度，來計算偏擺迴轉停止閾值的偏擺迴轉停止閾值計算部。
5. 如請求項4所述之風力發電裝置，其中， 前述風的亂流度計算部，是由前述風向風速測定部所測定的風速來求出既定期間之風速的標準差及風速的平均值，將前述風速的標準差除以前述風速的平均值而求出的亂流強度作為前述風的亂流度。
6. 如請求項4所述之風力發電裝置，其中， 前述風的亂流度計算部，是由前述風向風速測定部所測定的風向來求出風向的標準差，將前述風向的標準差作為前述風的亂流度。
7. 如請求項5所述之風力發電裝置，其中， 前述風的亂流度計算部，是由前述風向風速測定部所測定的風向來求出風向的標準差， 前述偏擺迴轉停止閾值計算部，是求出將對前述亂流強度乘上既定係數的值與對前述風向的標準差乘上既定係數的值予以組合的參數，將前述參數作為前述風的亂流度。
8. 如請求項5至請求項7中任一項所述之風力發電裝置，其中， 前述偏擺迴轉停止閾值計算部，為了頻率分析是使用低通濾波器或是傅立葉變換的任一者。
9. 如請求項4所述之風力發電裝置，其中， 前述偏擺迴轉停止閾值計算部， 至少使用發電輸出、葉片俯仰角、發電機轉矩、及轉動部旋轉速度之任一者之當風況變化時發生變動之前述風力發電裝置的狀態參數，來求出前述狀態參數之既定期間的變動量，將前述變動量作為前述風的亂流度。
10. 一種風力發電裝置的控制方法，具備：接收風而旋轉的轉動部、將前述轉動部支撐成可旋轉的艙體、將前述艙體支撐成可偏擺迴轉的塔架、基於偏擺控制指令來調整前述艙體之偏擺的調整裝置、以及決定傳送到前述調整裝置之前述偏擺控制指令的控制裝置，其特徵為， 由風向風速測定部所測定的值與前述轉動部的方向來算出偏擺偏差角， 由前述風向風速測定部所測定的值來算出風的亂流度， 至少基於前述偏擺偏差角及風的亂流度，當風的亂流度較高的情況，較早停止偏擺迴轉。
11. 如請求項10所述之風力發電裝置的控制方法，其中， 由風向風速測定部所測定的風速來求出既定期間之風速的標準差及風速的平均值，基於將前述風速的標準差除以前述風速的平均值而求出的亂流強度，來算出風的亂流度。
12. 如請求項10所述之風力發電裝置的控制方法，其中， 由前述風向風速測定部所測定之風向來求出風向的標準差，基於前述風向的標準差，來求出風的亂流度。
13. 如請求項11所述之風力發電裝置的控制方法，其中， 由前述風向風速測定部所測定的風向來求出風向的標準差， 基於前述亂流強度與前述風向的標準差，來算出風的亂流度。
14. 如請求項13所述之風力發電裝置的控制方法，其中， 求出將對前述亂流強度乘上既定係數的值與對前述風向的標準差乘上既定係數的值予以組合的參數，將前述參數作為前述風的亂流度。

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