TWI707086B - 風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法 - Google Patents

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角谷啓
楠野順弘
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日商日立製作所股份有限公司
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

[課題]提供一種風力發電廠控制系統，係在急遽的風向的變動為瞬間的的情況下，提升風力發電廠中的作業比，可以增加發電電力量。 　　[解決手段]風力發電廠控制系統(1)，係具有風力發電廠(100)，該風力發電廠具備複數個風力發電裝置(2)，該風力發電裝置至少具備：受風而旋轉的轉子、機艙(22)、把機艙(22)支撐成可平擺旋轉的塔(21)、以及控制裝置(31)。設置在風力發電廠(100)之複數個風力發電裝置(2)中，從檢測出了風向的急遽的變動之一個風力發電裝置(2)的控制裝置(31)發送出至少從風向計測值及平擺角計測值所求到的平擺角誤差，判定在特定的期間內是否在特定的第1閾值以內，根據判定結果，把包含其他的風力發電裝置(2)的特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到其他的風力發電裝置(2)的控制裝置(31)。

Description

風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法
本發明有關具備複數座的風力發電裝置之風力發電廠的控制系統，特別是有關，即便在產生了急遽的風向的變動的情況下，也可以提升風力發電廠中的作業比之風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法。
長年擔心石油等化石燃料的枯竭，而且，為了地球環境的溫暖化對策，CO2 的排放減量成為在全世界應解決的當務之急的課題。為了圖求解決這些課題，作為不使用化石燃料，而且，也不排出CO2 的發電的方法，導入使用太陽光發電或風力發電等自然能源之發電在世界中急速進行中。 　　伴隨於此，利用2座以上的風力發電裝置所構成的風力發電裝置群(以下，稱為風力發電廠)也增加中。隨著風力發電裝置的導入量增加，並追求作為基礎電源的任務，期望提升風力發電廠整體下的發電電力量。為此，風力發電裝置進行使轉子面的方向正對風向的平擺角控制(主動平擺控制)，提升發電電力量。 　　例如，在專利文獻1，提案有在用風力發電廠內的檢測部感知到了外部環境的危險要素的情況下，把停止指令送到風力發電廠內的風力發電裝置，藉此，防止風力發電廠的整體系統的故障於未然之技術。尚且，在專利文獻1，記載有在外部環境的危險要素符合急遽的局部地區的風向變化的情況下，控制各風力發電裝置的偏搖系統，使機艙的方向旋轉成讓機艙的正面位置到朝向已變化過的風向(主動平擺控制)之要旨。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-127528號專利公報
[發明欲解決之課題]
在低氣壓通過等之下風向急遽變動的話，主動平擺控制的追隨會來不及，因為來自急遽變動的風向的風負載而為了保護風力發電裝置，把停止風力發電裝置的保護功能搭載到風力發電裝置。但是，風向係因為風的紊亂而經常變動，要區別風向的急遽變動、以及在短時間內回到初始的風向的變動，是困難的。在因為風向的變動而停止風力發電裝置的情況下，風力發電裝置的作業比下降，發電電力量減少。更進一步，風力發電廠內其他的風力發電裝置也因為同樣的風向的變動而停止的話，會招致風力發電廠整體的作業比的下降。 　　在專利文獻1記載的構成下，也在假設急遽的風向的變動瞬間產生的情況(短時間內回到初始的風向的變動)，一旦判斷用主動平擺控制來對應有困難的話，即便是本來風力發電廠內其他的風力發電裝置可以運作的情況下，風力發電廠內的全部的風力發電裝置會停止，有發電效率下降之虞。
在此，本發明提供一種風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法，係在急遽的風向的變動為瞬間的的情況下，提升風力發電廠中的作業比，可以增加發電電力量。 [解決課題之手段]
為了解決上述課題，有關本發明的風力發電廠控制系統係具有風力發電廠，該風力發電廠具備複數個風力發電裝置，該風力發電裝置至少具備受風而旋轉的轉子、機艙、把前述機艙支撐成可平擺旋轉的塔、以及控制裝置；其特徵為：設置在前述風力發電廠之複數個風力發電裝置中，從檢測出了風向的急遽的變動之一個風力發電裝置的控制裝置發送出至少從風向計測值及平擺角計測值所求到的平擺角誤差，判定在特定的期間內是否在特定的第1閾值以內，根據判定結果，把包含其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。 　　而且，有關本發明的風力發電廠的控制方法，該風力發電廠具備複數個風力發電裝置，該風力發電裝置至少具備受風而旋轉的轉子、機艙、把前述機艙支撐成可平擺旋轉的塔、以及控制裝置；其特徵為：設置在前述風力發電廠之複數個風力發電裝置中，從檢測出了風向的急遽的變動之一個風力發電裝置的控制裝置發送出至少從風向計測值及平擺角計測值所求到的平擺角誤差，判定在特定的期間內是否在特定的第1閾值以內，根據判定結果，把包含其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。 [發明效果]
根據本發明，可以提供一種風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法，係在急遽的風向的變動為瞬間的的情況下，提升風力發電廠中的作業比，可以增加發電電力量。 　　上述以外部的課題，構成及效果，係經由以下的實施方式的說明釋明之。
在本說明書，作為構成有關本發明的實施方式的風力發電廠控制系統之設置在風力發電廠內的各風力發電裝置，把順風型的風力發電裝置作為其中一例進行說明，但是，也可以同樣適用在逆風型的風力發電裝置中。而且，構成有關本發明的實施方式的風力發電廠控制系統之風力發電廠，係可以設置在海上、山岳部及平原部之任何的場所。 　　以下，使用圖面說明有關以實施本發明下適合的實施例。尚且，下述終歸到底是實施的例子，其主旨並非意圖把本發明的適用對象限定在下述具體的樣態。 [實施例1]
圖1為有關本發明之一實施例的實施例1的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。如圖1表示，風力發電廠控制系統1具備：風力發電廠100，其係設置了包含風力發電裝置2a及風力發電裝置2b之複數座的風力發電裝置2；控制裝置31(31a，31b)，其係設置在各風力發電裝置內，給予平擺角指令或力矩指令等；整體控制裝置10，其係各收集風力發電裝置2的運轉/停止狀態、風向/風速計測值、及平擺角等的資訊，並且，對各控制裝置31發送平擺角控制指令或是力矩上限值等；以及通訊網路5，其係把複數個控制裝置31間及各控制裝置31與整體控制裝置10連接成可以相互通訊。在此，通訊網路5是不問有線或是無線。尚且，在圖1表示的例子中，先假想產生有以黑框箭頭表示的風20的情況，表示出設置在風力發電廠100內之複數座的風力發電裝置中，風力發電裝置2a位置在最上風側，包含風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2位置在下風側的情況。 　　尚且，以下，在表示特定的風力發電裝置的情況下，表現出位置在上風側的風力發電裝置2a及位置在下風側的風力發電裝置2b、設置在位置在上風側的風力發電裝置2a內的控制裝置31a及設置在位置在下風側的風力發電裝置2b內的控制裝置31b。而且，在表示出設置在風力發電廠100內之任意的風力發電裝置或者是全部的風力發電裝置之情況下，表現出風力發電裝置2及設置在風力發電裝置2內的控制裝置31。
在此，說明有關設置在風力發電廠100之複數座風力發電裝置2的構成。圖2為表示在圖1表示的風力發電廠控制系統1下，設置在風力發電廠100內的風力發電裝置2的概略構成之圖。在圖2為了說明的方便，僅表示1座的風力發電裝置2的構成，但是，設置在風力發電廠100內其他複數座的風力發電裝置2也具有同樣的構成。 　　如圖2表示，風力發電裝置2，係具備：受風而旋轉的葉片24，支撐葉片24的轂23，短艙22，及支撐短艙22成可以旋動態塔21。在機艙22內，具備：連接到轂23並與轂23一起旋轉之主軸25，連結到主軸25的收縮盤26，透過收縮盤26連接到主軸25並增加旋轉速度之增速機27，及以經由增速機27增速過的旋轉速度使轉子旋轉而進行發電運轉之發電機28。把葉片24的旋轉能量傳遞到發電機28的部位稱為動力傳遞部，在本實施例，主軸25，收縮盤26，及增速機27被包含到動力傳遞部。接著，增速機27及發電機28，被保持在主框架29上。而且，經由葉片24及轂23構成轉子。如圖2表示，在塔21內的底部(下部)，配置有：轉換電力的頻率之電力變換器30、進行電流的開關之切換用的開關器及變壓器(未圖示)、及控制裝置31等。
作為控制裝置31，例如，使用控制盤或是SCADA(Supervisory ControlAnd Data Acquisition)。 　　在本實施例，表示有以3片葉片24與轂23來構成轉子之例，但不限於此，轉子也可以以轂與至少1片葉片24來構成。
設置在風力發電裝置2的感測器4，係例如包含有：設置在葉片24的根部並計測葉片24的槳距角的槳距角感測器4a、計測施加在葉片24的應力之應變感測器4b、設置在機艙22的上部之風向風速計4c、及計測機艙22的方位角之平擺角感測器4d。而且，雖未圖示，但作為設置在風力發電裝置2的感測器4，也例如包含有：設置在機艙22的上部並計測外部氣體溫度之溫度計、計測機艙22內的溫度之溫度計、及計測機艙22內的溼度之溼度計。而且，更進一步，包含未圖示之計測發電機28的轉速、發電量等之感測器。尚且，並不限制在設置上述的全部的感測器之構成。
控制裝置31(例如，SCADA)，係從上述的槳距角感測器4a、應變感測器4b、風向風速計4c、平擺角感測器4d、及上述的各種感測器4透過訊號線取得計測資料，根據該已取得的計測資料，來適切控制槳距角、機艙方位角(平擺角指令)、發電機旋轉速度等，並且，把已取得的計測資料，透過通訊網路5，例如，發送到設置在運轉管理中心3內的伺服器7。在運轉管理中心3內，更進一步，設置有與伺服器7連接成可以通訊之電子終端6。例如伺服器7作為圖1所示的整體控制裝置10來發揮功能。而且，控制裝置31(例如，SCADA)，係把已取得的計測資料，透過通訊網路5發送到，構成圖1表示的風力發電廠100之設置在其他的風力發電裝置2內的控制裝置31。
圖3為表示圖1表示的整體控制裝置10的功能的方塊圖。如圖3表示，整體控制裝置10係利用平擺角誤差異常值判定部11、是否需要控制判定部12、指令值決定部13、及負載疲勞演算部14所構成。這些平擺角誤差異常值判定部11、是否需要控制判定部12、指令值決定部13、及負載疲勞演算部14，係例如用未圖示的CPU(Central Processing Unit)等的處理器、儲存各種程式的ROM、暫時性儲存演算過程的資料的RAM、外部記憶裝置等的記憶裝置來實現，並且，CPU等的處理器讀出並執行儲存在ROM的各種程式，把執行結果也就是演算結果記憶到RAM或是外部記憶裝置。尚且，在圖3用方塊表示各功能，這些係如上述，為用程式來實現後述的功能者的緣故，可以作為各自獨立的程式，或者是，作為把全部或是複數個功能的組合的程式儲存在未圖示記憶部之構成。
平擺角誤差異常值判定部11，係透過通訊網路5，從輸入訊號線群15接收，從圖1及圖2表示之各控制裝置31(例如，SCADA)所發送之風力發電裝置2的運轉停止資訊、利用風向風速計4c所計測到的風向計測值、及利用平擺角感測器4d所計測到的平擺角計測值等。平擺角誤差異常值判定部11，係在存在有運轉已停止的風力發電裝置2的情況下，判定該已停止的風力發電裝置2的風向計測值與平擺角計測值的差分也就是平擺角誤差的值，是否超過了特定的閾值。尚且，在此，平擺角誤差係利用設置在各風力發電裝置2內之控制裝置31(例如，SCADA)來求出，並作為利用風向風速計4c所計測出的風向計測值及利用平擺角感測器4d所計測出的平擺角計測值的差分。已求出的平擺角誤差，係透過上述的通訊網路5及輸入訊號線群15，被平擺角誤差異常值判定部11接收。
是否需要控制判定部12，係在平擺角誤差異常值判定部11所致之判定的結果為平擺角誤差的值不超過特定的閾值的情況下，判斷已停止的風力發電裝置2係因為風向的急遽變動而停止。接著，是否需要控制判定部12，係從利用風向風速計4c所計測出的風向及風速的計測值，使用負載疲勞演算部14，判定在風力發電廠100內的其他風力發電裝置2是否有產生疲勞的可能性。例如，如圖2表示，在具有計測施加在葉片24的應力之應變感測器4b的情況下，負載疲勞演算部14把利用該應變感測器4b所計測出的變形量轉換成負載，判定在風力發電廠100內的其他風力發電裝置2是否有產生疲勞的可能性。而且，在不具有應變感測器4b的情況下，負載疲勞演算部14，係根據利用風向風速計4c所計測出的風向及風速的計測值以及所接收的平擺角誤差，更進一步，風向的設定檔的變動(風向變動的時序資料)，判定在風力發電廠100內的其他風力發電裝置2是否有產生疲勞的可能性。是否產生疲勞所致之破損，係例如，可以根據風力發電裝置2的規範來判定。尚且，有關負載疲勞產生的演算手法，可以使用已知的手法。
指令值決定部13，係在經由是否需要控制判定部12判定為在風力發電廠100內的其他風力發電裝置2有產生疲勞的可能性的情況下，從利用風向風速計4c所計測出的風向及風速的計測值，使用負載疲勞演算部14，用風力發電廠100內的其他風力發電裝置2的控制方法，亦即，演算平擺角、槳距角、發電機力矩等的指令值，把已求出的平擺角、槳距角、發電機力矩等的指令值，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送到所對應之各控制裝置31。
圖4為表示構成圖3表示的整體控制裝置10之是否需要控制判定部12中的是否需要控制的判定基準的其中一例的圖表。圖表係分別表示，從設置在位置在最上風側的風力發電裝置2a之控制裝置31a(圖1)，透過通訊網路5及輸入訊號線群15所發送之風力發電裝置2a的運作停止狀態、風速、風向、及平擺角誤差的時間變化(時程變化)。風力發電裝置2a的平擺角與風向的偏差也就是平擺角誤差超過了在時間t1 之特定的閾值也就是第1閾值Th1，經此，表示出風力發電裝置2a已停止的情況。一旦風力發電裝置停止的話，持續一定的時間停止，之後再啟動。換言之，風力發電裝置，係一旦暫時停止，一直到再運作(再啟動)為止，需要一定的時間。如圖4的平擺角誤差的時間變化(時程變化)的圖表所示，在特定時間Δt內從控制裝置31a所發送出的平擺角誤差低過特定的閾值也就是第1閾值Th1的情況下，判定為本來就沒有必要停止的風向的變動，換言之，判定為瞬間的風向的變動，提高並補正對風力發電廠100內的其他風力發電裝置2之平擺角誤差的閾值。在此，在判斷在特定時間Δt(t2 -t1 )內，風向的急遽的變動是否為瞬間者、還是為持續者這一點上是重要的。例如，根據過去的實際資料或者是風力發電裝置2的規範(設計值)等，適宜設定在不會產生因上述的負載為過負載所致之構成風力發電裝置2的轉子之破損或者是損傷之範圍內。從而，在特定時間Δt以內平擺角誤差低過特定的閾值也就是第1閾值Th1的話，不用停止其他的風力發電裝置2，可以利用平擺角控制繼續使其他的風力發電裝置2運作。
圖5為表示已把有關本實施例之風力發電裝置的平擺角誤差的閾值變更為高的時候的其中一例的圖表。亦即，表示在構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12判定為需要控制的情況下，把從風力發電廠100內的其他風力發電裝置2也就是例如位置在下風側的風力發電裝置2b的控制裝置31b(圖1)所發送出的平擺角誤差的閾值變更為高的時候的其中一例之圖表。風力發電裝置2b中，經由控制從平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，藉此，在時間t2 所產生的風向的急遽變動下的平擺角誤差，不超過變更後的第1閾值Th1’，可以不用停止位置在下風側的風力發電裝置2b而繼續運轉。尚且，圖5中表示出，平擺角誤差的特定的閾值變更成變更後的第1閾值Th1’的時間為t2 ，如圖1表示，在與設置在風力發電廠100內的風力發電裝置的位置對應而產生的延遲(控制延遲：來自接收訊號的延遲)的時間t2 ，設置在位置在下風側的風力發電裝置2b之控制裝置31b(例如，SCADA)開始了從平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’之平擺角的控制的情況。亦即，圖4與圖5所致之平擺角誤差的時間變化(時程變化)中的延遲，係利用設置在風力發電廠100內的風力發電裝置2中，位置在最上風側的風力發電裝置2a的控制裝置31a(例如，SCADA)，演算出圖4表示的平擺角誤差的時間變化(時程變化)者。相對於此，圖5表示的平擺角誤差的時間變化(時程變化)，係利用設置在風力發電廠100內的風力發電裝置2中，位置在下風側的風力發電裝置2b的控制裝置31b(例如，SCADA)，所演算出者。從而，包含風力發電裝置2的風力發電廠100內的設置位置所致之延遲及控制延遲，成為表示出如圖5表示般的平擺角誤差的時間變化之圖表。 　　尚且，平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1，係作為設計值，可以適宜設定在例如20～30的範圍內。而且，變更後的第1閾值Th1’，係例如被設定成45。尚且，平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1及變更後的第1閾值Th1’，係不限於上述的值。只要是根據風力發電裝置2的設計值或者是規範做適宜設定即可。
圖6為表示構成圖3表示的整體控制裝置10之是否需要控制判定部12中的是否需要控制的判定基準的其中另一例的圖表。如圖6表示，與圖4同樣，表示出利用設置在風力發電廠100內之複數座的風力發電裝置2中，設置在位置在最上風側的風力發電裝置2a之控制裝置31a(例如，SCADA)所求出的平擺角誤差超過了特定的閾值也就是第1閾值Th1，藉此，風力發電裝置2a為已停止的狀態，但是與圖4不同，在特定時間Δt內平擺角誤差的值沒有低過特定的閾值也就是第1閾值Th1之狀態。在這樣的情況下，實際上判定為產生風向的急遽變動，換言之，判定為不是瞬間的風向的變動而是持續的風向的變動，設置在風力發電廠100內其他的風力發電裝置2，亦即，對包含位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2，作為產生有疲勞的可能性者，根據從設置在位置在上風側的風力發電裝置2a之控制裝置31a(例如，SCADA)所發送出的風向及風速條件，負載疲勞演算部14演算包含位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2可以繼續運轉的平擺角、槳距角、力矩指令值等的條件。接著，把求出的條件作為指令值，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送到設置在位置在下風側的風力發電裝置2b之控制裝置31b及設置在其他的風力發電裝置2之控制裝置31。
圖7為表示已做了變更有關本實施例的風力發電裝置的平擺角之控制的時候的其中一例的圖表。亦即，圖7係如上述，為表示在構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12判定為需要控制的情況下，控制成用包含設置在風力發電廠100內之位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2來變更平擺角時的其中一例之圖表。位置在下風側的風力發電裝置2b中，利用控制，平擺角往風向進行追隨，平擺各誤差不會超過特定的閾值也就是第1閾值Th1，位置在下風側的風力發電裝置2b不用停止，繼續運轉。有關其他的風力發電裝置2也同樣。尚且，使平擺角往風向追隨，藉此，也可以防止負載所致之疲勞。
圖8為表示有關比較例之風力發電廠內的複數座的風力發電裝置的運轉狀態之圖；圖9為表示有關本實施例之風力發電廠內的複數座的風力發電裝置的運轉狀態之圖。尚且，圖8及圖9一起表示作為條件，產生了瞬間的風向的變動的情況的複數座的風力發電裝置的運轉狀態。 　　在圖8，作為比較例，依時序表示設置在習知的風力發電廠內之位置在上風側的風力發電裝置2a、風力發電裝置2b1、風力發電裝置2b2、及風力發電裝置2b3的運轉狀態。圖8中，於時間00：03，位置在上風側的風力發電裝置2a因為平擺角誤差而停止，之後，同樣的平擺角誤差在風力發電裝置2b1於時間00：04產生而停止。而且，於時間00：06，因為平擺角誤差，風力發電裝置2b2停止，於時間00：07，因為平擺角誤差，風力發電裝置2b3停止。為此，風力發電廠的作業比下降。
相對於此，圖9係表示是用了本實施例的上述的控制的情況的運轉狀態，在時間00：03，位置在上風側的風力發電裝置2a因為平擺角誤差而停止時，構成上述的整體控制裝置10之是否需要控制判定部12判定為需要控制，把風力發電裝置2b1、風力發電裝置2b2、及風力發電裝置2b3的平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，經此，風力發電裝置2b1、風力發電裝置2b2、及風力發電裝置2b3即便在同樣的風向變動也不停止而繼續運轉，作為運轉狀態維持著運作狀態。經此，可以提升風力發電廠整體的作業比。
尚且，在本實施例，說明了把整體控制裝置10，安裝在設置在離風力發電廠100有一定位置之運轉管理中心3內之伺服器7的構成，但是，並不限於此。例如，也可以構成把整體控制裝置10，安裝在設置在風力發電廠100內的各風力發電裝置2的控制裝置31。該情況下，一個控制裝置31作為主控端(master)執行上述的控制，對從屬端(slave)也就是其他的控制裝置31，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送平擺角、槳距角、發電機力矩等的指令值。
如以上，根據本實施例，可以提供一種風力發電廠控制系統及風力發電廠的控制方法，係在急遽的風向的變動為瞬間的情況下，提升風力發電廠中的作業比，可以增加發電電力量。 　　而且，根據本實施例，也可以減低構成風力發電裝置的轉子等的疲勞。 [實施例2]
圖10為有關本發明的他的實施例的實施例2的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。在本實施例，具有設置在風力發電廠100的外部之複數臺計測風速及風向等的感測器40，根據利用感測器40所計測到的風速及風向，構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12執行處理這一點，與實施例1相異。對與實施例1相樣的構成要件賦予相同的元件符號，在以下省略與實施例1重複的說明。
如圖10表示，有關本實施例的風力發電廠控制系統1a具備：在風力發電廠100的外部且配置在相互離開的位置之複數個感測器40。複數個感測器40，係透過訊號線連接到整體控制裝置10，把有關計測到的風速及風向等的風況之計測值發送到整體控制裝置10。以作為這樣的構成，風20的風速及風向的變化，係在傳遞到設置在風力發電廠100內之複數座風力發電裝置2之前，是可以用感測器40捕捉到。構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12，係根據用複數個感測器40所計測出的風向的計測值、及從設置在各風力發電裝置2的控制裝置31所接收到的平擺角誤差，與上述的實施例1同樣，在任意一個的風力發電裝置2其平擺角誤差超過特定的閾值也就是第1閾值Th1，超過了第1閾值Th1的狀態是否在特定的期間Δt繼續，藉此，把其他的風力發電裝置2的平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或是用負載疲勞演算部14演算其他的風力發電裝置2的平擺角、槳距角、力矩指令等的條件，把演算結果也就是平擺角、槳距角、力矩指令等的條件作為指令值，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送到設置在該其他的風力發電裝置2的控制裝置31。該情況下，構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12，也對上述平擺角誤差超過了特定的閾值也就是第1閾值Th1之風力發電裝置2，把平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或是用負載疲勞演算部14演算其他的風力發電裝置2的平擺角、槳距角、力矩指令等的條件，把演算結果也就是平擺角、槳距角、力矩指令等的條件作為指令值，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送到設置在該風力發電裝置2的控制裝置31。
在此，在圖10表示般的風20的風向的情況下，與上述的實施例1同樣，是否需要控制判定部12係在位置在最上風側的風力發電裝置2a其平擺角誤差超過特定的閾值也就是第1閾值Th1，超過了第1閾值Th1的狀態是否在特定的期間Δt繼續，藉此，把包含位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2的平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或是用負載疲勞演算部14演算包含位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2的平擺角、槳距角、力矩指令等的條件，把演算結果也就是條件作為指令值，發送到包含位置在下風側的風力發電裝置2b之其他的風力發電裝置2。尚且，例如，在風力發電廠100設在山岳部的情況下，相依於山岳部的斜面的形狀，可以產生從下往上吹上斜面的風20。從而，這樣的情況下，成為以下的構成：不一定是位置在最上風側的風力發電裝置2a(位置在第1個的風力發電裝置)，設置在從上風數來第2個的風力發電裝置2，例如，在位置在下風側的風力發電裝置2b其平擺角誤差超過特定的閾值也就是第1閾值Th1，超過了第1閾值Th1的狀態是否在特定的期間Δt繼續，藉此，把包含位置在上風側的風力發電裝置2a之其他的風力發電裝置2的平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或是用負載疲勞演算部14演算包含位置在上風側的風力發電裝置2a之其他的風力發電裝置2的平擺角、槳距角、力矩指令等的條件，把演算結果也就是條件作為指令值，發送到該其他的風力發電裝置2。
與實施例1相異的是，上述的平擺角誤差超過了特定的閾值也就是第1閾值Th1之風力發電裝置2，也在利用感測器40所計測出的風向計測值與利用平擺角感測器4d所計測出的平擺角計測值的差分也就是平擺角誤差在實際上超過特定的閾值也就是第1閾值Th1之前，可以利用整體控制裝置10來判定是否需要控制這一點。經此，在有關本實施例的風力發電廠控制系統1a，具有以下特徵：例如，也變更位置在最上風側的風力發電裝置2a本身的平擺角誤差的特定的閾值也就是第1閾值Th1、平擺角等，藉此，風力發電廠100內的任一的風力發電裝置2也不會停止，可以繼續運轉。
尚且，在本實施例，說明了把整體控制裝置10，安裝在設置在離風力發電廠100有一定位置之運轉管理中心3內之伺服器7的構成，但是，並不限於此。例如，也可以構成把整體控制裝置10，安裝在設置在風力發電廠100內的各風力發電裝置2的控制裝置31。該情況下，一個控制裝置31作為主控端(master)執行上述的控制，對從屬端(slave)也就是其他的控制裝置31，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送平擺角、槳距角、發電機力矩等的指令值。
根據本實施例，除了實施例1的效果，還可以在急遽的風向的變動為瞬間的情況下，不用停止設置在風力發電廠內的全部的風力發電裝置，變成可以繼續運轉，更進一步可以提升風力發電廠中的作業比。 [實施例3]
圖11為有關本發明的他的實施例的實施例3的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。在本實施例，把來自位在風力發電廠100的外部之其他的風力發電廠200，或是，未圖示的太陽光發電所、其他可以計測及取得包含風速及風向的氣象資訊之施設的資訊，輸入整體控制裝置，根據該已輸入的資訊，構成整體控制裝置之是否需要控制判定部執行處理這一點，是與實施例1相異。以下，把根據從其他的風力發電廠200所輸入的資訊，構成整體控制裝置之是否需要控制判定部執行處理的情況，作為其中一例進行說明，但是，有關把來自未圖示的太陽光發電所、其他可以計測及取得包含風速及風向的氣象資訊之施設的資訊，輸入整體控制裝置，根據該已輸入的資訊，構成整體控制裝置之是否需要控制判定部執行處理的情況，也是同樣。對與實施例1同樣的構成要件賦予相同的元件符號，省略與實施例1重複的說明。
如圖11表示，有關本實施例的風力發電廠控制系統1b具備：透過訊號線與其他的風力發電廠200連接之整體控制裝置10。整體控制裝置10，係透過訊號線，接收利用其他的風力發電廠200所計測到的風速及風向等的計測值。尚且，風力發電廠100及風力發電廠200設在相互離開的位置之情況，因為地理的狀況而風況有所相異。從而，使用利用他的風力發電廠200所計測出的風速及風向等的計測值之情況下，是希望使用位在存在有與風力發電廠100同樣的風況的環境之其他的風力發電廠200所得之計測值。
構成整體控制裝置10之是否需要控制判定部12，係根據已接收之從其他的風力發電廠200所計測出的風速及風向等的計測值、及從設置在位置在最上風側的風力發電裝置2a之控制裝置31a所接收到的平擺角誤差，執行處理。在此，是否需要控制判定部12，係對從設置在位置在最上風側的風力發電裝置2a之控制裝置31a所接收到的平擺角誤差，設有比停止運轉之特定的閾值也就是第1閾值Th1還低的第2閾值Th2，對是否需要控制的判定，使用第2閾值Th2。具體方面，是否需要控制判定部12，係在透過訊號線所得之利用其他的風力發電廠200所計測出的風速及風向等的計測值與利用平擺角感測器4d所計測出的平擺角計測值的差分也就是平擺角誤差超過了第2閾值Th2的情況下，判定為需要控制，把包含位置在上風側的風力發電裝置2a之其他的風力發電裝置2的平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或是用負載疲勞演算部14演算包含位置在上風側的風力發電裝置2a之其他的風力發電裝置2的平擺角、槳距角、力矩指令等的條件，把演算結果也就是條件作為指令值，發送到包含位置在上風側的風力發電裝置2a之其他的風力發電裝置2的控制裝置31。尚且，此時，是否需要控制判定部12，係透過訊號線所得之利用其他的風力發電廠200所計測出的風速及風向等的計測值與利用平擺角感測器4d所計測出的平擺角計測值的差分也就是平擺角誤差超過了停止運轉之特定的閾值也就是第1閾值Th1之狀態為在特定的期間Δt繼續的情況下，從指令值決定部13，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，把運轉停止指令作為指令值，發送到位置在最上風側的風力發電裝置2a的控制裝置31a。經此，在位置在上風側的風力發電裝置2a停止以前，可以對設置在風力發電廠100內之其他的風力發電裝置2發送控制指令，並且，位置在上風側的風力發電裝置2a本身，也在超過了第2閾值Th2的時點，把平擺角誤差的第1閾值Th1變更成變更後的第1閾值Th1’，或者是變更平擺角、槳距角、力矩指令等，藉此，可以不用停止繼續運轉。
把風力發電廠100的計測資訊，利用整體控制裝置10，透過訊號線，發送到其他的風力發電廠200，藉此，也在其他的風力發電廠200中，可以進行與上述的風力發電廠100內的控制同樣的控制。
尚且，在本實施例，說明了把整體控制裝置10，安裝在設置在離風力發電廠100有一定位置之運轉管理中心3內之伺服器7的構成，但是，並不限於此。例如，也可以構成把整體控制裝置10，安裝在設置在風力發電廠100內的各風力發電裝置2的控制裝置31。該情況下，一個控制裝置31作為主控端(master)執行上述的控制，對從屬端(slave)也就是其他的控制裝置31，透過輸出訊號線群16及通訊網路5，發送平擺角、槳距角、發電機力矩等的指令值。
如以上所述，根據本實施例，除了實施例1的效果，還可以早點開始風力發電廠控制系統所致之控制，在急遽的風向的變動為瞬間的情況下，不用停止設置在風力發電廠內的全部的風力發電裝置，變成可以繼續運轉，更進一步可以提升風力發電廠中的作業比。 　　而且，根據本實施例，也可以與其他的風力發電廠聯合。 [實施例4]
在有關本實施例的風力發電廠控制系統中，於上述的實施例1乃至實施例3，設置在風力發電廠內的風力發電裝置2為限於順風型的風力發電裝置之情況者，從整體控制裝置10發送到設置在風力發電廠100內之位置在下風側的風力發電裝置2b的控制裝置31b及其他的風力發電裝置2的控制裝置31之指令值(控制指令)，係包含平擺角配合風向利用風標效果而自由變化的自由平擺。經此，在風向的變動大的情況下，可以讓平擺角快速追隨上風向，並且，可以減低未圖示的平擺角控制裝置的驅動馬達的負載。
如以上所述，根據本實施例，除了實施例1的效果，還有在風向的變動大的情況下，可以使平擺角快速追隨上風向。 　　而且，根據本實施例，從整體控制裝置10發送出的指令值(控制指令)包含自由平擺，經此，可以減低平擺角控制裝置的驅動馬達的負載。 [實施例5]
在有關本實施例的風力發電廠控制系統下，於上述的實施例1乃至實施例4，從整體控制裝置10發送到設置在風力發電廠100內之位置在下風側的風力發電裝置2b的控制裝置31b及其他的風力發電裝置2的控制裝置31之指令值(控制指令)，係包含可以高速化風力發電裝置的上述的主動平擺控制的追隨之指令值。具體方面，作為從整體控制裝置10發送出的指令值(控制指令)，例如使用有：縮小開始主動平擺控制之最小的平擺角誤差之指令值、縮短利用設置在各風力發電裝置2的控制裝置31(例如，SCADA)來演算平擺角誤差之際的風向的平均化時間的時間常數、或是提高未圖示的平擺角控制裝置的驅動馬達的輸出之指令值等。
如以上所述，根據本實施例，除了實施例1的效果，還可以高速化主動平擺控制的追隨。
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。
1、1a、1b‧‧‧風力發電廠控制系統2‧‧‧風力發電裝置2a‧‧‧位置在上風側的風力發電裝置2b‧‧‧位置在下風側的風力發電裝置3‧‧‧運轉管理中心4a‧‧‧槳距角感測器4b‧‧‧應變感測器4c‧‧‧風向風速計4d‧‧‧平擺角感測器5‧‧‧通訊網路6‧‧‧電子終端7‧‧‧伺服器10‧‧‧整體控制裝置11‧‧‧平擺角誤差異常值判定部12‧‧‧是否需要控制判定部13‧‧‧指令值決定部14‧‧‧負載疲勞演算部15‧‧‧輸入訊號線群16‧‧‧輸出訊號線群20‧‧‧風21‧‧‧塔22‧‧‧機艙23‧‧‧轂24‧‧‧葉片25‧‧‧主軸26‧‧‧收縮盤27‧‧‧增速機構28‧‧‧發電機29‧‧‧主框架30‧‧‧電力變換器31、31a、31b‧‧‧控制裝置40‧‧‧感測器100、200‧‧‧風力發電廠
[圖1]為有關本發明之一實施例的實施例1的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。 　　[圖2]為表示在圖1表示的風力發電廠控制系統下，設置在風力發電廠內的風力發電裝置的概略構成之圖。 　　[圖3]為表示圖1表示的整體控制裝置的功能的方塊圖。 　　[圖4]為表示構成圖3表示的整體控制裝置之是否需要控制判定部中的是否需要控制的判定基準的其中一例的圖表。 　　[圖5]為表示已把有關實施例1之風力發電裝置的平擺角誤差的閾值變更為高的時候的其中一例的圖表。 　　[圖6]為表示構成圖3表示的整體控制裝置之是否需要控制判定部中的是否需要控制的判定基準的其中另一例的圖表。 　　[圖7]為表示已做了變更有關實施例1的風力發電裝置的平擺角之控制的時候的其中一例的圖表。 　　[圖8]表示有關比較例的風力發電廠內的複數座的風力發電裝置的運轉狀態的圖。 　　[圖9]表示有關實施例1的風力發電廠內的複數座的風力發電裝置的運轉狀態的圖。 　　[圖10]為有關本發明的他的實施例的實施例2的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。 　　[圖11]為有關本發明的他的實施例的實施例3的風力發電廠控制系統的整體概略構成圖。
1‧‧‧風力發電廠控制系統
2a‧‧‧位置在上風側的風力發電裝置
2b‧‧‧位置在下風側的風力發電裝置
5‧‧‧通訊網路
10‧‧‧整體控制裝置
20‧‧‧風
31a、31b‧‧‧控制裝置
100‧‧‧風力發電廠

Claims (15)

  1. 一種風力發電廠控制系統，係具有風力發電廠，該風力發電廠具備風力發電裝置有複數個，該風力發電裝置至少具備受風而旋轉的轉子、機艙、把前述機艙支撐成可平擺旋轉的塔、以及控制裝置；其特徵為：設置在前述風力發電廠之複數個前述風力發電裝置中，從檢測出了風向的急遽的變動之一個風力發電裝置的控制裝置發送出至少從風向計測值及平擺角計測值所求到的平擺角誤差，判定在特定的期間內是否在特定的第1閾值以內，根據判定結果，把包含其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
  2. 如請求項1的風力發電廠控制系統，其中，具備整體控制裝置，該整體控制裝置具有：平擺角誤差異常值判定部，其係判定前述平擺角誤差在特定的期間內是否在前述特定的第1閾值以內；以及，是否需要控制判定部，其係根據前述平擺角誤差異常值判定部所致之判定結果，判定是否需要把包含前述其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置；前述整體控制裝置，係配置在離開自前述風力發電廠的位置，透過通訊網路，與各風力發電裝置的控制裝置連 接。
  3. 如請求項1的風力發電廠控制系統，其中，各風力發電裝置的控制裝置具有：平擺角誤差異常值判定部，其係判定前述平擺角誤差在特定的期間內是否在前述特定的第1閾值以內；以及，是否需要控制判定部，其係根據前述平擺角誤差異常值判定部所致之判定結果，判定是否需要把包含前述其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述他的風力發電裝置的控制裝置；前述各風力發電裝置的控制裝置，係相互透過通訊網路來連接。
  4. 如請求項2或是請求項3的風力發電廠控制系統，其中，前述是否需要控制判定部，係在利用前述平擺角誤差異常值判定部判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為前述特定的第1閾值以內之情況下，把前述其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值變更成比該第1閾值還高的閾值。
  5. 如請求項2或是請求項3的風力發電廠控制系統，其中，前述是否需要控制判定部，係在利用前述平擺角誤差 異常值判定部判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為持續超過前述特定的第1閾值的狀態之情況下，把包含前述平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
  6. 如請求項5的風力發電廠控制系統，其中，前述整體控制裝置更具有負載疲勞演算部；前述是否需要控制判定部，係在利用前述平擺角誤差異常值判定部判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為持續超過前述特定的第1閾值的狀態之情況下，把包含利用前述負載疲勞演算部所求出的前述其他的風力發電裝置為可以繼續運轉的平擺角與槳距角及力矩指令值之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
  7. 如請求項4的風力發電廠控制系統，其中，具備在前述風力發電廠的外部且配置在相互離開的位置之複數個感測器；前述一個風力發電裝置的控制裝置，係從利用前述複數個感測器所計測到至少風向計測值及前述平擺角計測值，求出平擺角誤差。
  8. 如請求項5的風力發電廠控制系統，其中，具備在前述風力發電廠的外部且配置在相互離開的位置之複數個感測器； 前述一個風力發電裝置的控制裝置，係從利用前述複數個感測器所計測到至少風向計測值及前述平擺角計測值，求出平擺角誤差。
  9. 如請求項4的風力發電廠控制系統，其中，前述一個風力發電裝置的控制裝置，從來自位在前述風力發電廠的外部之其他的風力發電廠、太陽光發電所、以及可以計測及取得包含風速及風向的氣象資訊之施設中任意1個的風向計測值及前述平擺角計測值，求出平擺角誤差；前述是否需要控制判定部，係在前述平擺角誤差超過比前述特定的第1閾值還低的第2閾值之情況下，把前述其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值，變更成比該第1閾值還高的閾值。
  10. 如請求項5的風力發電廠控制系統，其中，前述是否需要控制判定部發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置之指令值，係包含使平擺角配合風向而利用風標效果自由變化之自由平擺。
  11. 如請求項5的風力發電廠控制系統，其中，前述是否需要控制判定部發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置之指令值，係包含可以高速化平擺控制的追隨之指令值。
  12. 一種風力發電廠的控制方法，該風力發電廠具備風力發電裝置有複數個，該風力發電裝置至少具備受風而旋轉的轉子、機艙、把前述機艙支撐成可平擺旋轉的塔、以及控制裝置；其特徵為：設置在前述風力發電廠之複數個前述風力發電裝置中，從檢測出了風向的急遽的變動之一個風力發電裝置的控制裝置發送出至少從風向計測值及平擺角計測值所求到的平擺角誤差，判定在特定的期間內是否在特定的第1閾值以內，根據判定結果，把包含其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值的變更或是平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
  13. 如請求項12的風力發電廠的控制方法，其中，在利用前述平擺角誤差異常值判定部判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為前述特定的第1閾值以內之情況下，把前述其他的風力發電裝置的前述特定的第1閾值變更成比該第1閾值還高的閾值。
  14. 如請求項12的風力發電廠的控制方法，其中，在判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為持續超過前述特定的第1閾值的狀態之情況下，把包含前述平擺角之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
  15. 如請求項14的風力發電廠的控制方法，其中，前述風力發電廠具備整體控制裝置，該整體控制裝置至少具有負載疲勞演算部；在判定出前述平擺角誤差在特定的期間內為持續超過前述特定的第1閾值的狀態之情況下，把包含利用前述負載疲勞演算部所求出的前述其他的風力發電裝置為可以繼續運轉的平擺角與槳距角及力矩指令值之指令值，發送到前述其他的風力發電裝置的控制裝置。
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