JP2015010579A - 風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 効率よく発電することが可能な風力発電システムを提供する。【解決手段】 風力によって発電を行う風力発電システム１であって、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａと、コンバータ冷却ファン２１ｂと、回転速度検出センサ３３と、冷却制御部１１とを備える。ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａは、発電された電力の変換を行う。コンバータ冷却ファン２１ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａの冷却を行う。回転速度検出センサ３３は、風況データを取得する。冷却制御部１１は、回転速度検出センサ３３によって取得された風況データに基づいて、コンバータ冷却ファン２１ｂの動作を制御する。【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電システムに関する。

発電システムの大型化或は高出力化等に伴って、発電機の冷却等を行う補機を備える風力発電システムがある。このような、発電機の冷却等を行う補機を備える風力発電システムが、例えば特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１２／１２０５９５号

補機を備える風力発電システムでは、補機を動作させるための電力が必要となる。このため、発電された電力量から補機が消費する電力量を減算した電力量が、風力発電システムの出力電力量となる。このような風力発電システムにおいては、発電効率を上げるために、補機によって消費される電力を抑制することが求められる。

そこで、本発明は、効率よく発電することが可能な風力発電システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る風力によって発電を行う風力発電システムは、変換部、第一冷却部、風況データ取得部、及び、冷却制御部を備える。変換部は、発電された電力の変換を行う。第一冷却部は、変換部の冷却を行う。風況データ取得部は、風況データを取得する。冷却制御部は、風況データ取得部によって取得された風況データに基づいて、第一冷却部の動作を制御する。

この風力発電システムでは、風況データに応じて第一冷却部の制御が行われる。このため、風況データに応じて第一冷却部を動作させることが可能となり、第一冷却部によって消費される電力を抑制することができる。従って、効率よく発電することが可能な風力発電システムを提供できる。

本発明の一側面によれば、効率よく発電することが可能となる。

一実施形態に係る風力発電システムの全体構成を示す図である。 図１に示す風力発電システムの機能構成を示すブロック図である。 （ａ）は電力変換装置に設けられた冷却ファンの温度変化に基づくＯＮ／ＯＦＦ制御、（ｂ）は増速装置冷却ファン及び発電装置冷却ファンの温度変化に基づくＯＮ／ＯＦＦ制御を示す図である。 （ａ）は電力変換装置に設けられた冷却ファンを制御するための速度指令値の指令パターン、（ｂ）は増速装置冷却ファン及び発電装置冷却ファンを制御するための速度指令値の指令パターンを示す図である。 （ａ）は回転軸の回転速度の変動、（ｂ）は冷却ファンの消費電力を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、風力発電システム１は、タワー２、ナセル３、ハブ４、及び、複数のブレード５を含んで構成される。タワー２は、基礎６上に設置され、上方に向かって延びている。ナセル３は、タワー２の上端に設置される。ハブ４は、ナセル３に設けられ、略水平方向に延びる軸線周りに回転する。複数（例えば３つ）のブレード５は、ハブ４の回転軸周りに放射状に広がるように、ハブ４に取り付けられる。

図２に示すように、ナセル３内には、増速装置３１、発電装置３２、回転速度検出センサ（風況データ取得部）３３、及び、インバータ装置３３０が設けられる。増速装置３１は、増速部３１ａ、増速装置冷却ファン３１ｂ、及び、増速装置温度センサ３１ｃを備える。増速部３１ａは、ブレード５が風を受けることによって回転させられるハブ４から延びる回転軸４ａに接続され、回転軸４ａの回転数を増速させる。増速装置冷却ファン３１ｂは、風を吹き付けることによって増速部３１ａを冷却する。増速装置冷却ファン３１ｂの回転数は、インバータ装置３３０によって制御される。増速装置温度センサ３１ｃは、増速部３１ａの温度を検出する。

発電装置３２は、発電部３２ａ、発電装置冷却ファン（第二冷却部）３２ｂ、及び、発電装置温度センサ（第二温度検出部）３２ｃを備える。発電部３２ａには、増速装置３１によって増速された回転軸４ｂの回転力が入力され、入力された回転力によって発電を行う。発電装置冷却ファン３２ｂは、風を吹き付けることによって発電部３２ａを冷却する。発電装置冷却ファン３２ｂの回転数は、インバータ装置３３０によって制御される。発電装置温度センサ３２ｃは、発電部３２ａの温度を検出する。

回転速度検出センサ３３は、回転軸４ａの回転速度を検出する。即ち、回転速度検出センサ３３で回転軸４ａの回転速度を検出することによって、風況データとしての風速等の強弱レベルを推定することができる。

インバータ装置３３０は、第一インバータ（INV.）３３１ｂ、及び、第二インバータ（INV.）３３２ｂを備える。第一インバータ３３１ｂは、後述する制御部１０の冷却制御部１１からの速度指令値に基づいて、増速装置冷却ファン３１ｂの回転を制御する。同様に、第二インバータ３３２ｂは、冷却制御部１１からの速度指令値に基づいて、発電装置冷却ファン３２ｂの回転を制御する。

タワー２内には、制御部１０、電力変換装置２０、及び、インバータ装置２２０が設けられる。電力変換装置２０は、コンバータ２１、及び、トランス２３を備える。コンバータ２１は、発電装置３２によって発電された電力の周波数を変換する。一例として、本実施形態におけるコンバータ２１は、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ、コンバータ冷却ファン（第一冷却部）２１ｂ及びコンバータ温度センサ（第一温度検出部）２１ｃ、並びに、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａ、コンバータ冷却ファン（第一冷却部）２２ｂ及びコンバータ温度センサ（第一温度検出部）２２ｃを備える。ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ及びＤＣ／ＡＣ変換部２２ａにより、発電装置３２によって発電された電力の周波数が、所定の周波数に変換される。なお、コンバータ２１として、交流を直接、所定の周波数の交流に変換するマトリクス・コンバータを用いてもよい。

コンバータ冷却ファン２１ｂは、風を吹き付けることによってＡＣ／ＤＣ変換部２１ａを冷却する。コンバータ冷却ファン２１ｂの回転数は、インバータ装置２２０によって制御される。コンバータ温度センサ２１ｃは、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａの温度を検出する。コンバータ冷却ファン２２ｂは、風を吹き付けることによってＤＣ／ＡＣ変換部２２ａを冷却する。コンバータ冷却ファン２２ｂの回転数は、インバータ装置２２０によって制御される。コンバータ温度センサ２２ｃは、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａの温度を検出する。

トランス２３は、変圧部２３ａ、トランス冷却ファン（第一冷却部）２３ｂ、及び、トランス温度センサ（第一温度検出部）２３ｃを備える。変圧部２３ａは、コンバータ２１によって周波数の変換が行われた電力の電圧を変換する。トランス冷却ファン２３ｂは、風を吹き付けることによって変圧部２３ａを冷却する。トランス冷却ファン２３ｂの回転数は、インバータ装置２２０によって制御される。トランス温度センサ２３ｃは、変圧部２３ａの温度を検出する。

インバータ装置２２０は、第一インバータ（INV.）２２１ｂ、第二インバータ（INV.）２２２ｂ、及び、第三インバータ（INV.）２２３ｂを備える。第一インバータ２２１ｂは、冷却制御部１１からの速度指令値に基づいて、コンバータ冷却ファン２１ｂの回転を制御する。同様に、第二インバータ２２２ｂは、冷却制御部１１からの速度指令値に基づいて、コンバータ冷却ファン２２ｂの回転を制御する。第三インバータ２２３ｂは、冷却制御部１１からの速度指令値に基づいて、トランス冷却ファン２３ｂの回転を制御する。

制御部１０は、冷却制御部１１、メンテナンス予測部１２、及び、記憶部１３を備える。冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂ等の冷却ファンを動作させる際の回転数の速度指令値を第一インバータ２２１ｂ等のインバータに出力する。冷却制御部１１は、図３（ａ）に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａの温度が８０度以上となったことがコンバータ温度センサ２１ｃによって検出された場合にコンバータ冷却ファン２１ｂを動作(ＯＮ)させる。なお、冷却制御部１１は、回転速度検出センサ３３による検出結果を、風力発電システム１全体を制御する別の制御部を介して取得してもよい。また、冷却制御部１１は、コンバータ温度センサ２１ｃによる検出結果を、風力発電システム１全体を制御する別の制御部を介して取得してもよい。また、冷却制御部１１は、コンバータ温度センサ２２ｃ等の他の温度センサによる検出結果についても、風力発電システム１全体を制御する別の制御部を介して取得してもよい。また、冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂを動作させている状態で、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａの温度が６０度未満となったことがコンバータ温度センサ２１ｃによって検出された場合に、コンバータ冷却ファン２１ｂの動作を停止（ＯＦＦ）せる。

冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂと同様に、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａの温度が８０度以上となったことがコンバータ温度センサ２２ｃによって検出された場合にコンバータ冷却ファン２２ｂを動作させ、コンバータ冷却ファン２２ｂを動作させている状態で、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａの温度が６０度未満となったことがコンバータ温度センサ２２ｃによって検出された場合に、コンバータ冷却ファン２２ｂの動作を停止させる。また、冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂと同様に、変圧部２３ａの温度が８０度以上となったことがトランス温度センサ２３ｃによって検出された場合にトランス冷却ファン２３ｂを動作させ、変圧部２３ａの温度が６０度未満となったことがトランス温度センサ２３ｃによって検出された場合にトランス冷却ファン２３ｂの動作を停止させる。

更に、冷却制御部１１は、図３（ｂ）に示すように、増速部３１ａの温度が８０度以上となったことが増速装置温度センサ３１ｃによって検出された場合に増速装置冷却ファン３１ｂを動作させる。また、冷却制御部１１は、増速装置冷却ファン３１ｂを動作させている状態で、増速部３１ａの温度が５０度未満となったことが増速装置温度センサ３１ｃによって検出された場合に、増速装置冷却ファン３１ｂの動作を停止させる。

冷却制御部１１は、増速装置冷却ファン３１ｂと同様に、発電部３２ａの温度が８０度以上となったことが発電装置温度センサ３２ｃによって検出された場合に発電装置冷却ファン３２ｂを動作させる。また、冷却制御部１１は、発電装置冷却ファン３２ｂを動作させている状態で、発電部３２ａの温度が５０度未満となったことが発電装置温度センサ３２ｃによって検出された場合に、発電装置冷却ファン３２ｂの動作を停止させる。

このように、冷却制御部１１は、コンバータ温度センサ２１ｃ等の温度センサによって検出された温度に基づいて、コンバータ冷却ファン２１ｂ等の冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ動作を切り替える。なお、上記で説明した５０度、６０度及び８０度等のＯＮ／ＯＦＦ動作の切り替えの境界となる温度は、一例であり、各種の条件等に応じてこれ以外の温度を設定することができる。

更に、冷却制御部１１は、記憶部１３に記憶された速度指令値の指令パターンに基づいて速度指令値を決定し、コンバータ冷却ファン２１ｂ等の冷却ファンの動作を制御する。ここで、記憶部１３が記憶する速度指令値の指令パターンについて説明する。記憶部１３は、冷却ファンによる冷却の対象となる増速部３１ａ、発電部３２ａ、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａ、及び、変圧部２３ａのそれぞれについて、冷却ファンの回転数の速度指令値の指令パターンを記憶する。この速度指令値の指令パターンは、冷却対象物の温度毎に、冷却ファンの速度指令値が対応付けられている。なお、指令パターンについては、グラフ形式に限定されず、冷却対象物の温度毎に冷却ファンの速度指令値が対応付けられたものであれば、データ処理可能な表形式など、各種の形式のデータを用いることができる。

また、速度指令値の指令パターンは、冷却対象物の熱時定数を考慮して速度指令値が設定される。これにより、例えば、冷却対象物が冷却され難い、或は、冷却され易いといった冷却対象物の熱的な特性に応じて、冷却対象物毎に適切に冷却を行うことが可能となる。また、速度指令値は、回転速度検出センサ３３によって検出された回転速度、即ち、発電時に冷却対象物に加わる負荷毎に設定される。なお、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度が速くなるに従って、発電出力が増大する。即ち、負荷も大きくなり、冷却対象物の温度上昇の変動が大きくなる。

ここで、具体的な一例として、冷却制御部１１がコンバータ冷却ファン２１ｂを制御する際に用いる速度指令値の指令パターンを、図４（ａ）を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、コンバータ冷却ファン２１ｂを動作させる際に第一インバータ２２１ｂに入力される速度指令値は、発電時においてＡＣ／ＤＣ変換部２１ａに加わる負荷毎に、３つの指令パターンが設定される。パターン１はフル負荷時の速度指令値、パターン２は５０％負荷時の速度指令値、パターン３は０％負荷時及びアフタークーリング時の速度指令値を示す。

図４（ａ）に示す例では、全ての速度指令値の指令パターンとも、コンバータ温度センサ２１ｃによって検出された温度が８０度以上の場合、コンバータ冷却ファン２１ｂの回転速度が最大回転速度に対して１００％となる速度指令値が設定されている。一方、全ての速度指令値の指令パターンとも、コンバータ温度センサ２１ｃによって検出された温度が６０度未満の場合、コンバータ冷却ファン２１ｂの回転速度が最大回転速度に対して０％、即ち、動作を停止させる速度指令値が設定されている。

また、図４（ａ）に示す例では、コンバータ温度センサ２１ｃによって検出された温度が６０度以上８０度未満の場合、パターン１、パターン２、パターン３の順で高い値の速度指令値が設定される。このように、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａに加わる負荷に応じて、速度指令値を変えている。ここでは、負荷が高い場合に、速度指令値を高く設定している。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａに加わる負荷が大きくなるほど、コンバータ冷却ファン２１ｂの速度指令値が大きくなって回転速度が上がり、コンバータ冷却ファン２１ｂの冷却能力が上がる。

更に、具体的な他の一例として、冷却制御部１１が発電装置冷却ファン３２ｂを制御する際に用いる速度指令値の指令パターンを、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）に示すように、発電装置冷却ファン３２ｂを動作させる際に第二インバータ３３２ｂに入力される速度指令値は、図４（ａ）に示す速度指令値と同様に、発電時において発電部３２ａに加わる負荷毎に、３つの指令パターンが設定される。パターン１はフル負荷時の速度指令値、パターン２は５０％負荷時の速度指令値、パターン３は０％負荷時及びアフタークーリング時の速度指令値を示す。

また、図４（ｂ）に示す例においても、発電装置温度センサ３２ｃによって検出された温度が５０度以上８０度未満の場合、パターン１、パターン２、パターン３の順で高い値の速度指令値が設定される。このように、発電部３２ａに加わる負荷に応じて、速度指令値を変えている。ここでは、負荷が高い場合に、速度指令値を高く設定している。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、冷却対象物に加わる負荷毎に３つの速度指令値の指令パターンを設定したが、指令パターンの数は３つに限定されない。また、速度指令値の指令パターンにおいて、速度指令値のカーブの形状（変化の仕方）についても、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すものに限定されない。

なお、記憶部１３は、コンバータ冷却ファン２１ｂを制御する際に用いられる速度指令値の指令パターン（図４（ａ）参照）と同様に、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂを制御する際に用いられる速度指令値の指令パターンを記憶する。また、記憶部１３は、発電装置冷却ファン３２ｂを制御する際に用いられる速度指令値の指令パターン（図４（ｂ）参照）と同様に、増速装置冷却ファン３１ｂを制御する際に用いられる速度指令値の指令パターンを記憶する。

冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂの回転を制御する場合、記憶部１３が記憶する速度指令値の指令パターン（図４（ａ）参照）を参照し、速度指令値の３つの指令パターンの内、回転速度検出センサ３３によって検出された回転速度(即ち、負荷)に基づいて最適なパターンを選択する。そして冷却制御部１１は、選択した速度指令値の指令パターンと、コンバータ温度センサ２１ｃによって検出された温度とに基づいて、速度指令値を決定する。このとき、冷却制御部１１は、図３（ａ）を用いて説明したように、温度の変化に基づくコンバータ冷却ファン２１ｂのＯＮ／ＯＦＦ制御も考慮して速度指令値を決定する。冷却制御部１１は、決定した速度指令値を第一インバータ２２１ｂに出力する。

冷却制御部１１は、コンバータ冷却ファン２１ｂ以外の他の冷却ファン（コンバータ冷却ファン２２ｂ、発電装置冷却ファン３２ｂ等）を制御する場合においても、コンバータ冷却ファン２１ｂを制御する場合と同様に、記憶部１３が記憶する速度指令値の指令パターンを参照し、速度指令値の複数の指令パターンの内、回転速度検出センサ３３によって検出された回転速度に基づいて最適な指令パターンを選択する。そして、冷却制御部１１は、記憶部１３に記憶された速度指令値の指令パターンと、冷却対象物の温度を検出する温度センサ（コンバータ温度センサ２２ｃ、発電装置温度センサ３２ｃ等）によって検出された温度とに基づいて、速度指令値を決定する。このとき、冷却制御部１１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明したように、温度の変化に基づく冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ制御も考慮して速度指令値を決定する。冷却制御部１１は、決定した速度指令値を冷却ファンを制御するインバータ（第二インバータ２２２ｂ、第二インバータ３３２ｂ等）に出力する。

また、冷却制御部１１は、発電が停止した後にアフタークーリングを行う場合、記憶部１３に記憶された速度指令値の指令パターンからアフタークーリング用の速度指令値のパターンを選択し、選択した速度指令値のパターンと温度センサによって検出された温度とに基づいて速度指令値を決定し、決定した速度指令値をインバータに出力する。

このように、冷却制御部１１は、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度(風況)が速い場合、即ち、風が強い場合には発電装置３２等の負荷が大きくなるために発電装置冷却ファン３２ｂ等の冷却能力を上げ、反対に、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度が遅い場合、即ち、風が弱い場合には発電装置３２等の負荷が小さくなるために発電装置冷却ファン３２ｂ等の冷却ファンンの冷却能力を下げる。これにより、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度、即ち、発電装置３２等に加わる負荷に応じて適切に発電装置冷却ファン３２ｂ等の冷却ファンを制御することができる。

次に、回転速度検出センサ３３の検出結果に基づいて発電装置冷却ファン３２ｂ等の冷却ファンを制御した場合に、風力発電システム１の冷却ファンが消費する電力の変化について説明する。一例として、図５（ａ）に示すように、風速が時間の経過と共に変動し、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度も変動しているものとする。この場合、風速が速くなって時刻ｔ１から発電が開始され、その後、風速が遅くなって時刻ｔ２で発電が停止するものとする。

冷却制御部１１は、回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度に基づいて、風力発電システム１に備えられたコンバータ冷却ファン２１ｂ等の全ての冷却ファンの冷却能力を変動させる。このため、図５（ｂ）においてラインＬ１で示すように、全ての冷却ファン（増速装置冷却ファン３１ｂ、発電装置冷却ファン３２ｂ、コンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ、及び、トランス冷却ファン２３ｂ）における消費電力の合計値も、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間において回転速度検出センサ３３によって検出される回転速度に連動して変動する。また、冷却制御部１１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、アフタークーリングが行われるように各冷却ファンを制御する。アフタークーリング時において冷却制御部１１は、発電部３２ａ等の冷却対象物の温度低下に伴って徐々に速度指令値を下げる（図４（ａ）及び図４（ｂ）のパターン３の速度指令値参照）。このため、アフタークーリング時において、全ての冷却ファンにおける消費電力の合計値も徐々に低下する。

比較のため、例えば、冷却制御部１１が、発電を開始する時刻ｔ１からアフタークーリングが終了する時刻ｔ３までの間に各冷却ファンを最大の冷却能力で一定に制御した場合、図５（ｂ）においてラインＬ２で示すように、全ての冷却ファンによって消費される消費電力の合計値も、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間において一定となる。このため、回転速度検出センサ３３による検出結果に基づいて各冷却ファンの回転速度を変化させる場合には、ラインＬ２とラインＬ１の間の消費電力分、消費電力を削減することができる。

図２の説明に戻り、メンテナンス予測部１２は、第一メンテナンス予測部１２ａ、及び、第二メンテナンス予測部１２ｂを備える。第一メンテナンス予測部１２ａは、冷却制御部１１による過去のコンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂの制御状況に基づいて、これらの冷却ファンの部品寿命等を考慮したメンテナンス時期を予測する。ここでは、メンテナンス時期だけでなく、現在までの稼働時間等を出力してもよい。

例えば、コンバータ冷却ファン２１ｂのメンテナンス時期を予測する場合、第一メンテナンス予測部１２ａは、コンバータ冷却ファン２１ｂを制御するために第一インバータ２２１ｂに出力される速度指令値を冷却制御部１１から取得する。第一メンテナンス予測部１２ａは、取得した速度指令値から、コンバータ冷却ファン２１ｂの延べ回転数或は延べ稼働時間等を算出し、コンバータ冷却ファン２１ｂに予め設定された耐用年数等からメンテナンス時期を予測する。同様に、第一メンテナンス予測部１２ａは、第二インバータ２２２ｂ及び第三インバータ２２３ｂに出力される速度指令値を取得し、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂのメンテナンス時期をそれぞれ予測する。

第二メンテナンス予測部１２ｂは、冷却制御部１１による過去の増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂの制御状況に基づいて、これらの冷却ファンンの部品寿命等を考慮したメンテナンス時期を予測する。具体的には、第二メンテナンス予測部１２ｂは、第一メンテナンス予測部１２ａと同様に、第一インバータ３３１ｂ及び第二インバータ３３２ｂに出力される速度指令値を冷却制御部１１から取得し、増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂのメンテナンス時期をそれぞれ予測する。

本実施形態は以上のように構成され、風力発電システム１では、回転速度検出センサ３３によって検出される回転軸４ａの回転速度、即ち、風況データに応じて電力変換装置２０に設けられたコンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂの制御が行われる。このため、例えば、風速が小さく、回転軸４ａの回転速度が遅い場合に冷却ファンの冷却能力を低くする（回転数を落とす）制御が可能となり、電力変換装置２０に設けられた冷却ファンによって消費される電力を抑制することができる。従って、発電された電力を冷却ファンが消費する量が抑制され、効率よく発電することが可能な風力発電システム１を提供できる。また、風速が小さい場合には、コンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂの冷却能力を低下させる、即ち、冷却ファンの回転数を低くすることにより、冷却ファン（例えば、冷却ファンを構成する軸受等）の寿命が長くなる。これにより、メンテナンス頻度を低減でき、風力発電システム１のランニングコストを抑制することができる。

冷却制御部１１は、コンバータ温度センサ２１ｃ、コンバータ温度センサ２２ｃ及びトランス温度センサ２３ｃによって検出された温度も考慮して、それぞれ、コンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂの制御を行う。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａ及び変圧部２３ａの現在の温度に基づいて、それぞれコンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂのフィードバック制御が可能となる。

記憶部１３は、熱時定数を考慮した速度指令値の指令パターンを記憶する。冷却制御部１１は、熱時定数が考慮された速度指令値の指令パターンに基づいて、コンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂを制御する際の速度指令値をそれぞれ決定する。これにより、冷却対象となるＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａ及び変圧部２３ａの熱的な特性に応じて、冷却対象物毎に適切に冷却を行うことができる。また、冷却対象物毎に熱時定数を考慮して速度指令値が設定されるため、冷却ファンによって消費される電力の抑制効果は異なる。コンバータ２１（ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ、ＤＣ／ＡＣ変換部２２ａ）の熱時定数は、一般に増速部３１ａおよび発電部３２ａの熱時定数よりも(格段)に小さいので、増速部３１ａおよび発電部３２ａに比し、風速の変動に応じて冷却ファンの回転数の変動は大きくなる。即ち、コンバータ２１に設けられた冷却ファンによって消費される電力の抑制効果は特に大きくなることが期待できる。

第一メンテナンス予測部１２ａは、コンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂを制御するための速度指令値を冷却制御部１１から取得し、取得した速度指令値に基づいてコンバータ冷却ファン２１ｂ、コンバータ冷却ファン２２ｂ及びトランス冷却ファン２３ｂのそれぞれのメンテナンス時期を予測する。このように、電力変換装置２０に設けられた冷却ファンを制御する際の速度指令値を用いることで、メンテナンス時期を容易に予測できる。

また、冷却制御部１１は、回転速度検出センサ３３によって検出される回転軸４ａの回転速度に応じて、増速装置３１に設けられた増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置３２に設けられた発電装置冷却ファン３２ｂの制御を行う。このため、例えば、風速が小さく、回転軸４ａの回転速度が遅い場合に冷却ファンの冷却能力を低くする（回転数を落とす）制御が可能となり、増速装置３１及び発電装置３２に設けられた冷却ファンによって消費される電力を抑制することができる。従って、より一層効率よく発電することが可能な風力発電システム１を提供できる。また、風速が小さい場合には、増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂの冷却能力を低下させる、即ち、冷却ファンの回転数を低くすることにより、冷却ファン（例えば、冷却ファンを構成する軸受等）の寿命が長くなる。これにより、メンテナンス頻度を低減でき、風力発電システム１のランニングコストを抑制することができる。

冷却制御部１１は、増速装置温度センサ３１ｃ及び発電装置温度センサ３２ｃによって検出された温度も考慮して、それぞれ、増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂの制御を行う。これにより、現在の増速部３１ａ及び発電部３２ａの温度に基づいて、それぞれ増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂのフィードバック制御が可能となる。

記憶部１３は、熱時定数を考慮した速度指令値の指令パターンを記憶する。冷却制御部１１は、熱時定数が考慮された速度指令値の指令パターンに基づいて、増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂを制御する際の速度指令値をそれぞれ決定する。これにより、冷却対象となる増速部３１ａ及び発電部３２ａの熱的な特性に応じて、冷却対象物毎に適切に冷却を行うことができる。

第二メンテナンス予測部１２ｂは、増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂを制御するための速度指令値を冷却制御部１１から取得し、取得した速度指令値に基づいて増速装置冷却ファン３１ｂ及び発電装置冷却ファン３２ｂのそれぞれのメンテナンス時期を予測する。このように、冷却ファンを制御する際の速度指令値を用いることで、メンテナンス時期を容易に予測できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ブレード５が受ける風の状態を示す風況データとして、回転速度検出センサ３３によって検出された回転軸４ａの回転速度を用いたが、例えば、風速を測定する測定器の検出結果等、風況を表すものであれば他のデータを用いてもよい。

ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ等の冷却対象物を冷却するものとして、コンバータ冷却ファン２１ｂ等の冷却ファンを用いるものとしたが、風を吹き付けて冷却を行うものに限定されない。例えば、水を供給することで冷却対象物を冷却する水冷式の冷却装置を用い、水冷ポンプ等を冷却制御部１１が制御してもよい。また、冷却対象物（ＡＣ／ＤＣ変換部２１ａ等）と冷却ファン（コンバータ冷却ファン２１ｂ等）とは一体であってもよく、例えば、チラー等を用いて冷却対象物を冷却する等の場合には、冷却対象物とチラー等とを別々の位置に設けることもできる。

電力変換装置２０をタワー２内に設けるものとしたが、タワー２に限定されずにナセル３内に設けてもよく、タワー２及びナセル３以外の場所に設けてもよい。また、制御部１０を設ける位置についても、ナセル３内であってもよく、タワー２及びナセル３以外の場所であってもよい。

風が弱いために発電を行わない等の場合には、制御部１０及び電力変換装置２０等、風力発電システム１内に設けられた機器の電源をＯＦＦにすることが好ましい。これにより、風力発電システム１内に設けられた機器が消費する待機電力を抑制することができる。

１…風力発電システム、１１…冷却制御部、１２ａ…第一メンテナンス予測部、１２ｂ…第二メンテナンス予測部、２０…電力変換装置、２１…コンバータ、２１ａ…ＡＣ／ＤＣ変換部（変換部）、２１ｂ…コンバータ冷却ファン（第一冷却部）、２１ｃ…コンバータ温度センサ（第一温度検出部）、２２ａ…ＤＣ／ＡＣ変換部（変換部）、２２ｂ…コンバータ冷却ファン（第一冷却部）、２２ｃ…コンバータ温度センサ（第一温度検出部）、２３…トランス、２３ａ…変圧部（変換部）、２３ｂ…トランス冷却ファン（第一冷却部）、２３ｃ…トランス温度センサ（第一温度検出部）、３１…増速装置、３１ａ…増速部、３１ｂ…増速装置冷却ファン、３１ｃ…増速装置温度センサ、３２…発電装置、３２ａ…発電部、３２ｂ…発電装置冷却ファン（第二冷却部）、３２ｃ…発電装置温度センサ（第二温度検出センサ）、３３…回転速度検出センサ（風況データ取得部）。

Claims (10)

1. 風力によって発電を行う風力発電システムであって、
   発電された電力の変換を行う変換部と、
   前記変換部の冷却を行う第一冷却部と、
   風況データを取得する風況データ取得部と、
   前記風況データ取得部によって取得された前記風況データに基づいて、前記第一冷却部の動作を制御する冷却制御部と、
   を備える風力発電システム。
2. 前記変換部と前記第一冷却部とにより電力変換装置が構成される、請求項１に記載の風力発電システム。
3. 前記変換部の温度を検出する第一温度検出部を更に備え、
   前記冷却制御部は、更に、前記第一温度検出部によって検出された前記変換部の温度に基づいて前記第一冷却部の動作を制御する、
   請求項１又は２に記載の風力発電システム。
4. 前記冷却制御部は、更に、前記変換部の熱時定数に基づいて前記第一冷却部の動作を制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電システム。
5. 前記冷却制御部が行う前記第一冷却部の過去の制御状況に基づいて、前記第一冷却部のメンテナンス時期を予測する第一メンテナンス予測部を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電システム。
6. 風力によって発電を行う発電部と、
   前記発電部の冷却を行う第二冷却部とを更に備え、
   前記冷却制御部は、更に、前記風況データ取得部によって取得された前記風況データに基づいて、前記第二冷却部の動作を制御する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電システム。
7. 前記発電部と前記第二冷却部とにより発電装置が構成される、請求項６に記載の風力発電システム。
8. 前記発電部の温度を検出する第二温度検出部を更に備え、
   前記冷却制御部は、更に、前記第二温度検出部によって検出された前記発電部の温度に基づいて前記第二冷却部の動作を制御する、
   請求項６又は７に記載の風力発電システム。
9. 前記冷却制御部は、更に、前記発電部の熱時定数に基づいて前記第二冷却部の動作を制御する、請求項６から８のいずれか一項に記載の風力発電システム。
10. 前記冷却制御部が行う前記第二冷却部の過去の制御状況に基づいて、前記第二冷却部のメンテナンス時期を予測する第二メンテナンス予測部を更に備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の風力発電システム。

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