JP5705152B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
そこで従来では、例えば風速の変化に対しては風車ブレードの角度を変えるピッチ制御によって衝撃の軽減が図られている。
トルク変動の要因には上記の風速の変化の他にウインドシアがある。ウインドシアが発生しているなかで風車ブレードが回転することにより、トルク変動が生じうる。このトルク変動により風力発電装置の構成要素に機械的負荷がかかりうる。
図1は、第1の実施の形態に係る風力発電装置1の側面図である。風力発電装置1は、基礎6上に立設される支柱2と、支柱2の上端に設置されるナセル3と、該ナセル3に対して回転自在に組付けられたロータヘッド4と、を備える。ロータヘッド4には、複数枚(例えば、3枚)の風車ブレード(風車翼とも称される)5が取り付けられている。風力発電装置1はいわゆる定速運転風車であり、風車ブレード5の回転数が所定の定格回転数に達した後、風車ブレード5が当該定格回転数で回転するよう構成される。
このトルク変動は、定常的すなわち周波数が略一定となることが多い。例えば図2(a)の周波数スペクトルでは、風車ブレード5の定格回転数に対応する1次成分30、3次成分32、6次成分34にピークが見られる。1次成分30は定格回転数を略中心とする。3次成分32は定格回転数とブレード枚数(=3)との積を略中心とし、6次成分34は定格回転数とブレード枚数(=3)との積の2倍を略中心とする。なお、2次成分や4次成分にピークが見られないのは、風車ブレード5が略3回対称である(すなわち、120度回転させると自らと重なる)ことから理解される。
トルク変動と系の固有振動数とが重なると、共振が発生して風力発電装置1の構成要素への機械的負荷がさらに高まる虞がある。
例えば図2(b)の時系列データでは、上記の1次成分30や3次成分32や6次成分34に対応する細かいトルク変動の他に、より長いタイムスパンのトルク変動が見られる。特に図2(b)の破線で囲まれる部分36、38、40では、10秒から20秒程度の立ち上がり時間でトルクが増加している。
(A)風車ブレード5の回転数(N)、および
(B)風車ブレード5の回転数と風車ブレード5のブレード枚数との積の自然数倍(nNP)、
から外れるよう設定される。
発電機20は、出力シャフト14の回転を使用して発電する。
測定結果取得部130は、第1加速度計120および第2加速度計122から加速度の測定結果を取得する。
風速取得部132は、風力発電装置1の周囲にメッシュ状に配置された風速計によって測定された風速を取得する。
なお、風車ブレード5の回転の向きが決まっている場合、傾斜駆動部136は回転の向きを都度特定する必要はない。この場合、傾斜駆動部136はそのように決まっている回転の向きにしたがうよう、第1アクチュエータ104、第2アクチュエータ108それぞれの駆動の向きを決定してもよい。
図8(a)、(b)は、増速機10の模式的な正面図である。図8(a)は定常トルク用制御モードすなわちトルクQf<トルクしきい値Qthのときの増速機10の状態を示し、図8(b)は突発トルク用制御モードすなわちトルクQf≧トルクしきい値Qthのときの増速機10の状態を示す。
第1の実施の形態では、風力発電装置1が定速運転風車である場合について説明した。第2の実施の形態に係る風力発電装置はいわゆる可変速運転風車であり、通常運転中、風速等によって風車ブレード5の回転数が変化するよう構成される。
他の5つの部分支持部は第1部分支持部248と同様に構成される。
風力発電装置の増速機の右側の支持機構は左側の支持機構と同様に構成される。すなわち、第2の実施の形態では合計12の部分支持部が存在する。
なお、第2の実施の形態の技術的思想をギアレスの風力発電装置に適用してもよい。
Claims (6)
- 風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクを発電機で電力に変換する風力発電装置であって、
前記風車ブレードから前記発電機へのトルクの伝達の経路上に設けられた増速機と、
前記増速機を支持する支持部材と、を備え、
前記支持部材の剛性は、前記風車ブレードから前記発電機に至る動力伝達系の固有振動数が、前記風車ブレードの回転数と前記風車ブレードのブレード枚数との積の自然数倍および前記風車ブレードの回転数から外れるよう設定されることを特徴とする風力発電装置。 - 本風力発電装置は、前記風車ブレードの回転数が所定の定格回転数に達した後、前記風車ブレードが当該定格回転数で回転するよう構成され、
前記支持部材の剛性は、前記動力伝達系の固有振動数が、定格回転数と前記風車ブレードのブレード枚数との積の自然数倍および定格回転数から外れるよう設定されることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記風車ブレードの回転数を計測する計測部と、
前記支持部材の剛性を、前記動力伝達系の固有振動数が、前記計測部によって計測された回転数と前記風車ブレードのブレード枚数との積の自然数倍および前記計測部によって計測された回転数から外れるよう制御する剛性制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材は、前記増速機の支持に関与する第1状態ないしそうでない第2状態をとるよう構成された部分支持部を複数含み、
前記剛性制御部は、第1状態をとる部分支持部の個数を制御することによって前記支持部材の剛性を制御することを特徴とする請求項3に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材の剛性は、前記動力伝達系の固有振動数が、前記風車ブレードの回転数と前記風車ブレードのブレード枚数との積とその積の2倍との間になるよう設定されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の風力発電装置。
- 風車ブレードが風を受けることにより生じるトルクを電力に変換する発電機と、
前記発電機を支持する支持部材と、を備え、
前記支持部材の剛性は、前記風車ブレードから前記発電機に至る動力伝達系の固有振動数が、前記風車ブレードの回転数と前記風車ブレードのブレード枚数との積の自然数倍および前記風車ブレードの回転数から外れるよう設定されることを特徴とする風力発電装置。
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