JP6282187B2 - 風車及びその停止方法 - Google Patents
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Description
従来、例えば、特許文献1〜3に記載のように、ピッチ角やヨー角を制御して暴風時の待機形態を工夫することにより暴風時設計荷重を軽減することが提案されている。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
風車は、複数のブレード1、ブレード1が取り付けられたハブ2と、ハブ2に接続された主軸3と、主軸3の回転を増速する増速機4と、増速機4に接続され発電を行う発電機5と、主軸3を回転可能に支持し増速機4や発電機5を収容するナセル6と、ナセル6を回転自在に支持するタワー7を備える。
また、風車は、風向風速計12、発電機5の回転数を計測する回転数センサ13、ナセル6のヨー角を計測するヨー角センサ14などを備え、これらのセンサの出力は、タワー7内に設置された風車制御盤15に送られる。
風車制御盤15は、外部からの制御指令や各センサからの出力に基づいて、風車内の制御対象を制御し、風車の無人での自動運転を行う。制御対象としては、ピッチ制御装置9(ピッチ駆動機構8)、ヨー駆動機構10、電力制御装置16、主遮断器17、及び、補機群19(補機としては例えばロータブレーキ11や、図示を省略するが油圧ユニットや冷却ユニットなどを含む)などである。ピッチ制御装置9(ピッチ駆動機構8)はブレード1の角度を変更する。ヨー駆動機構10はナセル6全体の向きを変更する。電力制御装置16は風車の電力(または回転トルク)を調整する。主遮断器17は系統との電気的な接続を担う。
また、風車は各センサにより各部の状態を監視しており、風車制御盤15により異常を検知した場合、又は風車操作員による手動操作(非常停止ボタン18を押して風車制御盤15に停止指令)で発電を中止し、停止動作を行う。本発明では、異常として、ブレードが固着した場合を想定している。
後述のように、本発明はダウンウインド型風車に好適なものであるが、アップウインド型風車の風車停止時におけるブレードに作用する流体力の状況を例として説明する。
運転時はブレードには揚力が負圧面側に発生するような角度で運転を行う(図4の「運転時」参照)。このとき、流体力(スラスト)は風下側向きに発生する(図2の「運転時」参照)。また、停止時には、通常のフェザー動作では、ブレードのピッチ角は、ブレードと風の相対流入角が小さくなる方向に移動し、揚力が正圧面側に発生するようにしてブレーキを掛ける(図4の「フェザー時」参照)。このとき、流体力(スラスト)は風上側向きに発生する(図2の「停止時」のポジティブフェザーさせているブレードを参照)。
ブレードには、流体力(スラスト)と同時に、鉛直下向きの重力、コーン角を浅くする方向への遠心力も同時に発生する。アップウインド型風車では、風車の停止時、ネガティブフェザー動作を行う健全なブレードには、図3に示すように、ロータ面外方向の荷重ベクトルが、流体力(スラスト)・遠心力・重力共に同じ方向を向いている。このため、ブレードに作用する荷重が大きくなり、翼の構造設計としては不利である。
一方、ダウンウインド型風車では、図5に示すように、ダウンウインド型風車においても、ネガティブフェザー動作を行う健全なブレードには、アップウインド型風車のブレードに作用する流体力と同様な流体力が発生し、ロータ全体に作用する荷重のアンバランスを低減することができる。そして、ダウンウインド型風車では、図5に示すように、流体力(スラスト)に対して遠心力が逆の面外方向に向くため、これらの力が互いに相殺される。そのため、アップウインド型風車と比べてダウンウインド型風車の方がブレードに作用する荷重が小さくなり、翼の構造設計としては有利である。また、ネガティブフェザー動作では、ブレードを風下側に曲げる荷重を発生するが、アップウインド型風車の場合は、タワーとの接触の可能性があるため、接触が生じないような設計が必要となる。ダウンウインド型風車にすることで、ロータの風下側に障害物がないため、ブレードの接触という問題が生じない利点がある。
風速が定格風速を超えている場合、上述したように、ピッチ角がフェザー側(流入角が小さくなる側)に変化させられており、風速が定格風速以下におけるピッチ角よりも大きくなっている。すなわち、定格風速よりも十分に高い風速では、上述したように、エネルギーを逃がすためにピッチ角を大きくしている。風速は場所により変わり時間によっても変化し、また、様々な条件により、一概には言えないが、例えば、0〜7°では、ネガティブフェザー動作を行い、7°を超える場合には、ポジティブフェザー動作を行うようにする。言い換えれば、定格風速付近では、ネガティブフェザー動作を行い、定格風速よりも十分高い風速では(ネガティブフェザーを行うことにより過回転の問題が大きくなる場合には)ポジティブフェザー動作を行うものである。
2:ハブ
3:主軸
4:増速機
5:発電機
6:ナセル
7:タワー
8:ピッチ駆動機構
9:ピッチ制御装置
10:ヨー駆動機構
11:ロータブレーキ
12:風向風速計
13:回転数センサ
14:ヨー角センサ
15:風車制御盤
16:電力制御装置
17:主遮断器
18:非常停止ボタン
19:補機群
Claims (11)
- 複数のブレードを有しピッチ角を独立に制御可能とした風車であって、
前記ピッチ角を制御する制御装置は、
前記複数のブレードの一部が固着した状況で健全なブレードのピッチ角をフェザー状態に移行させて前記健全なブレードに作用する流体力によりブレーキを掛けて風車を運転状態から停止する際に、前記健全なブレードのピッチ角を流入角が大きくなる方向に回転させて前記健全なブレードがフェザー状態になるように制御することを特徴とする風車。 - 請求項1に記載の風車において、
前記ピッチ角を制御する制御装置は、
前記風車を停止する際の前記ブレードのピッチ角または前記ピッチ角と相関関係を有する状態量を判断指標として、前記ピッチ角または前記状態量が所定値を超えるときには、前記ピッチ角を流入角が小さくなる方向に回転させ、流入角がゼロの状態を経由してフェザー状態になるように制御することを特徴とする風車。 - 請求項1に記載の風車において、
前記風車はダウンウインド型風車であることを特徴とする風車。 - 複数のブレードを有しピッチ角を独立に制御可能とした風車の停止方法であって、
前記複数のブレードの一部が固着したと判断した場合に、
健全なブレードのピッチ角をフェザー状態に移行させて前記健全なブレードに作用する流体力によりブレーキを掛けて風車を運転状態から停止する際に、前記健全なブレードのピッチ角を流入角が大きくなる方向に回転させて前記健全なブレードがフェザー状態になるようにネガティブフェザー動作を行うことを特徴とする風車の停止方法。 - 請求項4に記載の風車の停止方法において、
前記複数のブレードの各ピッチ角を計測し、各ピッチ角の指令値とそれぞれ比較して、前記ブレードの固着を判断することを特徴とする風車の停止方法。 - 請求項4に記載の風車の停止方法において、
前記風車を停止する際の前記ブレードのピッチ角または前記ピッチ角と相関関係を有する状態量を判断指標として、前記ピッチ角または前記状態量が所定値を超えるときには、前記ピッチ角を流入角が小さくなる方向に回転させ、流入角がゼロの状態を経由してフェザー状態になるようにポジティブフェザー動作を行うことを特徴とする風車の停止方法。 - 請求項6に記載の風車の停止方法において、
複数のブレードのピッチ角の平均値を判断指標として前記ネガティブフェザー動作と前記ポジティブフェザー動作の使い分けを行うこと特徴とする風車の停止方法。 - 請求項6に記載の風車の停止方法において、
複数のブレードのピッチ角の最大値を判断指標として前記ネガティブフェザー動作と前記ポジティブフェザー動作の使い分けを行うこと特徴とする風車の停止方法。 - 請求項6に記載の風車の停止方法において、
複数のブレードのピッチ角の最小値を判断指標として前記ネガティブフェザー動作と前記ポジティブフェザー動作の使い分けを行うこと特徴とする風車の停止方法。 - 請求項6に記載の風車の停止方法において、
風速を判断指標として前記ネガティブフェザー動作と前記ポジティブフェザー動作の使い分けを行うこと特徴とする風車の停止方法。 - 請求項6に記載の風車の停止方法において、
風車の回転数を判断指標として前記ネガティブフェザー動作と前記ポジティブフェザー動作の使い分けを行うこと特徴とする風車の停止方法。
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