JP6370818B2 - 風車の制御装置、風車、ロータターニング用プログラム、及び風車のロータターニング方法 - Google Patents

Description

本開示は、風車のロータターニングのための風車の制御装置、風車、ロータターニング用プログラム、及び風車のロータターニング方法に関する。

一般的な風車においては、例えばメンテナンス作業でロータヘッド内に作業員が入る場合や翼を点検する場合などに、風車のロータを所望のアジマス角まで動かすロータターニングと呼ばれる作業が行われる（特許文献１参照）。

例えば、特許文献２・３には、風車翼のピッチ角を制御してロータターニングを行うことが開示されている。

特許第５０１０７３５号公報 国際公開第２０１４／９７４３３号 米国特許出願公開第２０１４／０１０６５１号明細書

しかしながら、特許文献２・３に記載のロータターニング方法のように、風車翼のピッチ角を制御してロータターニングを行う場合、同一ピッチ角であっても風車翼が風から受けるトルク（空力トルク）は風速の影響を受けるから、ロータが停止するアジマス角も風速の影響を受けてしまう。このため、ピッチ制御によるロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかである場合、風速によってはロータを所望アジマス角に高精度に停止させることが難しくなってしまう。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることが可能な風車の制御装置、風車、ロータターニング用プログラム、及び風車のロータターニング方法を提供することである。

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風車のターニングは、
風車にロータターニングを行わせるための制御装置であって、
前記風車のロータを停止させるべき目標アジマス角が入力される入力部と、
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記ロータを前記目標アジマス角で停止させるように構成されたピッチ制御部と、を備え、
前記ピッチ制御部は、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御するとともに、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する
ように構成される。

上記（１）の構成によれば、ロータを目標アジマス角に停止させる前に（第１期間において）、ロータが一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うこととしたので、制御切替アジマス角への到達時点における空力トルクは風速によらず概ね一定である。このため、制御切替アジマス角への到達後の第２期間にてロータ回転数が減少するようにピッチ制御を行う際、風速によらず、目標アジマス角でロータを停止させやすくなる。よって、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１期間中における前記ピッチ角又は前記第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するための算出部をさらに備える。

第１期間中、ロータ回転数を一定に維持するようにピッチ制御が行われているため、第１期間における風車翼のピッチ角は風速の大きさを示す指標として使用可能である。
よって、上記（２）の構成のように、第１期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するようにしたので、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点（ロータの制御切替アジマス角到達時点）を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータを停止させやすくなる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記ピッチ制御部は、前記制御切替アジマス角が予め記憶されたメモリから前記制御切替アジマス角を読み出すように構成される。

上記（３）の構成によれば、複雑な演算を必要とせず、上記（１）で述べた構成により、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記ピッチ制御部は、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるように構成される。

上記（４）の構成によれば、第２期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第２期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記ピッチ制御部は、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させるように構成される。

上記（５）の構成によれば、第２期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータを減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータを停止させやすくなる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記規定回転数は、０．０５ｒｐｍ以上１．０ｒｐｍ以下である。

上記（６）の構成によれば、第１期間において一定に維持するロータ回転数（規定回転数）を比較的低速である上記範囲内とすることで、第２期間を短縮するとともに、減速開始時点（ロータの制御切替アジマス角への到達時点）において風から受け取る空力トルクを低減することができ、風速によらず、目標アジマス角でロータを停止させやすくなる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記ピッチ制御部は、前記第１期間内において、前記ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にて前記ピッチ角を制御するように構成される。

上記（７）の構成によれば、ピッチ角のファイン側リミットを設定することで、減速開始時点（ロータの制御切替アジマス角への到達時点）におけるピッチ角が比較的フェザー側に位置するため、風速によらず、目標アジマス角でロータを停止させやすくなる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記ロータが前記目標アジマス角に到達したとき、前記ロータを制動するためのブレーキを作動させるように構成されたブレーキ制御部をさらに備える。

上記（８）の構成によれば、ブレーキ作動により、ロータを目標アジマス角に保持することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記第１期間及び前記第２期間内における前記ピッチ角の制御時、風向きに応じて前記ロータのヨー方向を追従制御させるためのヨー制御部をさらに備える。

上記（９）の構成によれば、第１期間及び第２期間においてヨー方向を風向きに追従させるようにしたので、風向きによらず、ピッチ制御によるロータターニングを適切に行うことができる。

（１０）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風車は、
ロータと、
前記ロータが前記目標アジマス角で停止するようにロータターニング操作を行うための
上記（１）乃至（９）の何れかに記載の制御装置と、
を備える。

上記（１０）の構成によれば、上述したように、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上し得る制御装置を備えているため、メンテナンス作業等の作業効率の高い風車を提供することができる。

（１１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るロータターニング用プログラムは、
上記（１）乃至（９）の何れかに記載の制御装置に用いられるロータターニング用プログラムであって、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御する手順と、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する手順と、
を前記制御装置に実行させるように構成される。

上記（１１）の構成によれば、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

（１２）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風車のロータターニング方法は、
前記風車にピッチ制御を行わせて、前記風車のロータを目標アジマス角で停止させる停止ステップを備え、
前記停止ステップでは、
前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御し、
前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する。

上記（１２）の方法によれば、ロータを目標アジマス角に停止させる前に（第１期間において）、ロータが一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うこととしたので、制御切替アジマス角への到達時点における空力トルクは風速によらず概ね一定である。このため、制御切替アジマス角への到達後の第２期間にてロータ回転数が減少するようにピッチ制御を行う際、風速によらず、目標アジマス角でロータを停止させやすくなる。よって、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の方法において、
前記第１期間中における前記ピッチ角又は前記第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するステップをさらに備える。

上記（１３）の方法によれば、第１期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するようにしたので、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点（ロータの制御切替アジマス角到達時点）を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータを停止させやすくなる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）の方法において、
前記停止ステップでは、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させる。

上記（１４）の方法によれば、第２期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第２期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）の方法において、
前記停止ステップでは、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させる。

上記（１５）の方法によれば、第２期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータを減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータを停止させやすくなる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車のロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

一実施形態に係る風車の概略的な全体構成図である。 風車のアジマス角を説明するための図である。 一実施形態に係る風車の動作を示すタイミングチャートである。 一実施形態に係る端末の操作パネルの表示例を示す図である。 一実施形態に係る制御装置を適用した風車においてロータに作用するトルクを説明するための図である。 比較例の風車においてロータに作用するトルクを説明するための図である。 ピッチ制御（ロータ一定回転数制御）時の風速とピッチ角の関係を示すグラフである。 制御切替アジマス角を説明するための図である。 一実施形態に係る風車の制御方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

最初に、図１及び図２を例示して、幾つかの実施形態に係る風車１の全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係る風車１の概略的な全体構成図である。図２は、風車１のアジマス角を説明するための図である。

図１及び図２に例示するように、幾つかの実施形態に係る風車１は、風車翼２及びハブ３を含むロータ４と、ロータ４が目標アジマス角で停止するようにロータターニングを行わせるための制御装置２０と、を備えている。風車１は、陸上に設置されていてもよいし、洋上又は湖上等の水上に設置されていてもよい。なお、制御装置２０の具体的な構成については後述する。

ここで、アジマス角とはロータ４の回転位置を示すものであり、図２に示すように、例えば鉛直方向Ｖに対する翼２Ａの角度（翼軸線Ｗの角度）θをいう。この場合、翼２Ａが真上に位置する状態をアジマス角θ＝０°としてもよい。

より具体的には、図１及び図２示す実施形態における風車１は、少なくとも一枚の風車翼２（２Ａ〜２Ｃ）及びハブ３を含むロータ４と、ロータ４と共に回転するように構成された回転シャフト５と、ロータ４の回転エネルギーによって駆動するように構成された発電機６と、ロータ４を回転可能に支持するナセル７と、上端にナセル７が取り付けられたタワー８と、を備える。
この風車１は、風車翼２のピッチ角を調節するためのピッチ駆動機構１２をさらに備えている。ピッチ駆動機構１２は、後述する制御装置２０によって制御されるようになっている。

また、風車１は、ロータ４を制動するためのブレーキ１０、又は、ナセル７をヨー旋回させるためのヨー駆動機構１４をさらに備えていてもよい。
さらに、風車１は、ロータ４のアジマス角を検出するための角度位置センサ１５、ロータ４の回転数を検出するための回転数計１６、又は風車１の周囲の風速を計測する風速計１７等の各種センサを適宜備えている。角度位置センサ１５は、例えばロータリエンコーダやレゾルバであってもよい。

以下、風車１の各部位についての具体的な構成例を説明する。
風車翼２は、ピッチ駆動機構１２によってピッチ角を調節可能となっている。なお、図２に示す例では、風車翼２は、ハブ３に放射状に取り付けられた３枚の風車翼２Ａ〜２Ｃを含む。
ハブ３は、メンテナンス作業用のマンホール（不図示）が設けられていてもよい。例えば、マンホールは、ロータ４が所定のアジマス角に位置するとき、ハブ３の内部空間と他の空間（例えばナセル７の内部空間）とが連通するように構成される。この場合、メンテナンス作業において、ロータ４を所定のアジマス角で停止させれば、マンホールを通って作業員がハブ３内に侵入してメンテナンス作業を行うことができる。

回転シャフト５は、ロータ４（ハブ３）に連結されており、ロータ４と共に回転するように構成される。
発電機６は、回転シャフト５を介してロータ４の回転エネルギーが入力され、これによって発電を行うようになっている。
ロータ４の回転エネルギーを発電機６に伝達するための動力伝達機構９の構成は特に限定されないが、例えば動力伝達機構９として、回転シャフト５を介してロータ４を発電機６に直結したダイレクトドライブ、油圧ポンプ及び油圧モータを備えた油圧トランスミッション、あるいはギヤ式増速機などを用いることができる。

これらの構成によって、風車翼２が風を受けてロータ４が回転し、ロータ４と共に回転する回転シャフト５を介してロータ４の回転エネルギーが発電機６に入力され、発電機６によって発電が行われる。

ブレーキ１０は、風車１の通常動作による停止時に、ロータ４の制動力を発生させるように構成されたサービスブレーキ（常用ブレーキ）であってもよい。
例えば、ブレーキ１０は、摩擦力を利用して機械的にロータ４を制動する構成となっている。具体的には、ブレーキ１０は、ロータ４と共に回転するディスクに対してブレーキパッドを押し付けることによりロータ４を制動する構成を有する。あるいは、ブレーキ１０は、ロータ４と共に回転するディスクに形成されたロックピン穴にロックピンを挿入することによりロータ４を停止する構成であってもよい。

ヨー駆動機構１４は、ナセル７をヨー方向に回転させるように構成される。すなわち、ヨー駆動機構１４によって、ナセル７と共にロータ４もヨー方向に向きが変化する。風車１の通常運転時（発電時）においては、ヨー駆動機構１４は、風向きに応じてロータ４のヨー方向における向きが調整されるように、ヨー追従制御を行う構成となっている。

この構成において、風車１の通常運転時、ヨー駆動機構１４はヨー追従制御を行うように設定されており、風向きに応じてロータ４のヨー方向における向きが変化するようになっている。一方、風車１の停止時、ヨー駆動機構１４はヨー追従制御を行わないように設定される。また、ピッチ駆動機構１２によって風車翼２のピッチ角がフェザー側に制御され、ブレーキ１０がロータ４を制動し、ロータ４の回転が停止するようになっている。

風車１の停止時、メンテナンス作業等において、ロータ４を所望のアジマス角に位置させる必要が生じることがある。例えば、上述したようにメンテナンス作業のために作業員がマンホールを通ってハブ３内に入る場合や風車翼２の点検を行う場合、ロータ４が所望のアジマス角となるように、制御装置２０によってロータターニングが実施される。

ここで、図１及び図３を参照して、制御装置２０の具体的な構成について説明する。なお、図３は、一実施形態に係る風車１の動作を示すタイミングチャートである。

幾つかの実施形態に係る制御装置２０は、目標アジマス角が入力される入力部２１と、ピッチ制御を行うためのピッチ制御部２２と、を備える。
また、制御装置２０は、制御切替アジマス角を算出するための算出部２３と、風車のブレーキ１０を作動させるためのブレーキ制御部２４と、ヨー駆動機構１４を制御してロータ４をヨー追従制御させるためのヨー制御部２５と、のうち少なくとも何れかを備えていてもよい。

なお、目標アジマス角とは、ロータターニングにより回転するロータ４を停止させるべき目標の回転位置である。ロータターニング後に、ロータ４は、目標アジマス角またはその近傍で停止していることが望ましい。
また、制御切替アジマス角とは、ロータターニング中において、ピッチ制御を切り替えるときのアジマス角であり、目標アジマス角の直前に設定される。

入力部２１は、風車１のロータ４を停止させるべき目標アジマス角が入力されるようになっている。
図４に例示するように、入力部２１は、風車１を遠隔操作するための操作パネル２８を有する端末に設けられてもよい。なお、図４は、一実施形態に係る端末の操作パネル２８の画面表示例を示す図である。この画面は、操作パネル２８でロータターニング操作を選択したときに表示されるようにしてもよい。
具体的には、操作パネル２８には、アジマス角の現在値、目標アジマス角、制御切替アジマス角が表示される。アジマス角の現在値は、図１に示す角度位置センサ１５により検出された値であってもよい。目標アジマス角は、例えばこの領域を選択することで図中右下に示すように数字入力ダイアログが表示され、ここから直接入力されるようにしてもよい。制御切替アジマス角は、メモリ２６から読み出した値が表示されてもよいし、算出部２３にて算出された値が表示されてもよい。
また、操作パネル２８には、ロータ４の回転数（又は発電機６の回転数）と、ピッチ角の現在値及び指令値と、現在のブレーキ状態およびブレーキの手動ＯＮ／ＯＦＦと、現在のヨー追従制御状態およびヨー追従制御の手動ＯＮ／ＯＦＦと、が表示される。
なお、他の構成例として、入力部２１は、ピッチ制御部２２と同じハードウェア（例えば制御盤）に設けられてもよい。

図１及び図３に戻り、ピッチ制御部２２は、風車１にピッチ制御を行わせて、ロータ４を目標アジマス角で停止させるように構成される。例えばピッチ制御部２２は、風車１に設置される制御盤に設けられてもよい。
また、ピッチ制御部２２は、図３に示すように、制御切替アジマス角へのロータ４の到達時点（時刻ｔ_３）までの第１期間において、ロータ４が一定の規定回転数で回転するよう風車１の風車翼２のピッチ角を制御するとともに、ロータ４の制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）以降であって目標アジマス角への到達時点（時刻ｔ_４）までの第２期間において、規定回転数からロータ４の回転数が減少するようピッチ角を制御するように構成される。

この構成では、ロータ４を目標アジマス角に停止させる前に（第１期間において）、ピッチ制御部２２によって、ロータ４が一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うようしたので、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）における空力トルクは風速によらず概ね一定である。このため、制御切替アジマス角への到達後の第２期間にてロータ回転数が減少するようにピッチ制御を行う際、風速によらず、目標アジマス角でロータ４を停止させやすくなる。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して、より具体的に説明する。なお、図５Ａは、一実施形態に係る制御装置２０を適用した風車１においてロータ４に作用するトルク（空力トルク）を説明するための図である。図５Ｂは、比較例の風車においてロータに作用するトルク（空力トルク）を説明するための図である。これらの図では、それぞれ、風速の異なる２条件について各部位の動作を示している。

まず、図５Ｂを参照して、比較例の風車におけるロータターニングについて説明する。比較例では、ロータターニング中、ピッチ角を一定に維持する制御を行っている。風速は時々刻々と変化するため、ピッチ角を一定に維持してロータターニングを行った場合、風速の変動に応じて回転数やトルクも変動する。また、風速が高い第１条件では、回転数やトルクが大きくなり、風速が低い第２条件では回転数やトルクが小さくなる。そのため、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）におけるトルクは不安定となる。

一方、図５Ａを参照して、上述した実施形態の風車１においては、ロータ４を目標アジマス角に停止させる前に（第１期間において）、ピッチ制御部２２によって、ロータ４が一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うようになっている。これにより、風速の変動に関わらず回転数やトルクは一定であり、また風速が高い第１条件および風速の低い第２条件の何れにおいても一定の回転数及びトルクが維持される。そのため、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）におけるトルクは風速によらず概ね一定となり、第２期間のピッチ制御を安定的に行うことができる。
よって、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ４の停止精度を向上させることができる。

上記制御装置２０は、ピッチ角を制御可能な構成であれば何れのタイプの風車１にも適用可能である。例えば、ギヤ式増速機を備える風車１のように、機械的なターニング装置を採用し得る風車１以外にも、例えばダイレクトドライブ方式や油圧駆動方式の風車１などの任意の風車１に適用可能である。このため、汎用性に優れたターニング機構を提供することができる。

なお、前記規定回転数は、０．０５ｒｐｍ以上１．０ｒｐｍ以下であってもよい。
第１期間において一定に維持するロータ回転数（規定回転数）を比較的低速である上記範囲内とすることで、第２期間を短縮するとともに、減速開始時点（ロータ４の制御切替アジマス角への到達時点）において風から受け取る空力トルクを低減することができ、風速によらず、目標アジマス角でロータ４を停止させやすくなる。

図１に戻り、ピッチ制御部２２による制御切替アジマス角の設定を行うための各実施形態について説明する。

上述したように、ピッチ制御部２２では、第１期間において、ロータ４が一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うようになっている。このようなピッチ制御（ロータ一定回転数制御）においては、図６に示すように、風速に応じて風車翼２のピッチ角は変化する。なお、図６は、ピッチ制御（ロータ一定回転数制御）時の風速とピッチ角の関係を示すグラフである。

一方、ピッチ制御においては、通常、ピッチ駆動機構１２によって所定のピッチレートで風車翼２のピッチ角を変化させるようになっている。
そのため、第２期間において、風車翼２を風車停止時のピッチ角であるフルフェザーピッチ角又はこれに近いピッチ角まで戻す際には、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）でのピッチ角によって、風車停止時のピッチ角に戻すまでの時間が異なる。すなわち、図７に示すように、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）において風車翼２のピッチ角が小さければ、到達時点（時刻ｔ_３）でのピッチ角を風車停止時のピッチ角まで戻す時間は短くてすむため、目標アジマス角位置Ｗ_０と制御切替アジマス角位置Ｗ_１の間の回転角度は小さくてもよい。しかし、制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３）において風車翼２のピッチ角が大きい場合、到達時点（時刻ｔ_３）でのピッチ角を風車停止時のピッチ角まで戻す時間はより長くなるため、目標アジマス角位置Ｗ_０と制御切替アジマス角位置Ｗ_２との間の回転角度を十分に確保する必要がある。

このように、第１期間において、ロータ４が一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行う場合、ブレーキ作動時の衝撃緩和や高精度な停止を行うためには、制御切替アジマス角を適切に設定することが望ましい。

一実施形態では、ピッチ制御部２２は、制御切替アジマス角が予め記憶されたメモリ２６から制御切替アジマス角を読み出すように構成されてもよい。この場合、メモリ２６から読み出される制御切替アジマス角は、風車１ごとに設定された固定の値であってもよい。あるいは、メモリ２６に複数の制御切替アジマス角が設定されており、これら複数の制御切替アジマス角から一つの制御切替アジマス角を読み出すようにしてもよい。例えばメモリ２６には、風速に関連したパラメータと複数の制御切替アジマス角とが関連づけられたテーブルが記憶されている。そして、風速に関連したパラメータについて風車１側で計測された値に応じて制御切替アジマス角が選択される。具体的には、風速に関連したパラメータが風速である場合、風速計１７で計測された風速に応じてテーブルから制御切替アジマス角が選択される。
これによれば、複雑な演算を必要とせず、上述したようにロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ４の停止精度を向上させることができる。

他の実施形態では、制御装置２０は、第１期間中におけるピッチ角又は第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するように構成された算出部２３を備えている。
第１期間中、ロータ回転数を一定に維持するようにピッチ制御が行われているため、第１期間における風車翼２のピッチ角は風速の大きさを示す指標として使用可能である。
よって、算出部２３によって、第１期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出することで、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点（ロータ４の制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３））を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータ４を停止させやすくなる。

また、ピッチ制御部２２は、第２期間の少なくとも一部において、ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるように構成されてもよい。
これによれば、第２期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第２期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。

あるいは、ピッチ制御部２２は、第２期間の少なくとも一部において、ロータ４の回転数を一定レートで減少させるように構成されてもよい。
これによれば、第２期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータ４を減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータ４を停止させやすくなる。

さらに、ピッチ制御部２２は、第１期間内において、ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にてピッチ角を制御するように構成されてもよい。
これによれば、ピッチ角のファイン側リミットを設定することで、減速開始時点（ロータ４の制御切替アジマス角への到達時点（時刻ｔ_３））におけるピッチ角が比較的フェザー側に位置するため、風速によらず、目標アジマス角でロータ４を停止させやすくなる。

また、図１に示すブレーキ制御部２４は、ロータ４の目標アジマス角への到達時点（時刻ｔ_４）（図３参照）で、風車１のブレーキ１０を作動させるように構成されてもよい。
これによれば、ブレーキ制御部２４のブレーキ作動により、ロータ４を目標アジマス角に保持することができる。

さらに、図１に示すヨー制御部２５は、第１期間及び第２期間内におけるピッチ角の制御時、風向きに応じてロータ４のヨー方向を追従制御させるように構成される。
このように、ヨー制御部２５によって、第１期間及び第２期間においてヨー方向を風向きに追従させることにより、風向きによらず、ピッチ制御によるロータターニングを適切に行うことができる。

幾つかの実施形態に係るロータターニング用プログラムは、上述した何れかの実施形態の制御装置２０に用いられるロータターニング用プログラムである。
このロータターニング用プログラムは、目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角にロータ４が到達するまでの第１期間において、ロータ４が一定の規定回転数で回転するよう風車１の風車翼２のピッチ角を制御する手順と、ロータ４の制御切替アジマス角への到達後であって目標アジマス角への到達前の第２期間において、規定回転数からロータ４の回転数が減少するようピッチ角を制御する手順と、を制御装置２０に実行させるように構成される。

上記ロータターニング用プログラムによれば、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ４の停止精度を向上させることができる。

次に、図３及び図８を参照して、風車１のロータターニング方法について説明する。図８は、一実施形態に係る風車１の制御方法を示すフローチャートである。なお、ここでは図１及び図２に示す符号を付して説明する。

幾つかの実施形態に係るロータターニング方法は、風車１にピッチ制御を行わせて、風車１のロータ４を目標アジマス角で停止させる停止ステップを備える。
この停止ステップでは、目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角にロータ４が到達するまでの第１期間において、ロータ４が一定の規定回転数で回転するよう風車１の風車翼２のピッチ角を制御する（図８のＳ５）。また、停止ステップでは、ロータ４の制御切替アジマス角への到達後であって目標アジマス角への到達前の第２期間において、規定回転数からロータ４の回転数が減少するようピッチ角を制御する（図８のＳ７）。

上記方法によれば、ロータ４を目標アジマス角に停止させる前に（第１期間において）、ロータ４が一定の規定回転数で回転するようにピッチ制御を行うこととしたので、制御切替アジマス角への到達時点における空力トルクは風速によらず概ね一定である。このため、制御切替アジマス角への到達後の第２期間にてロータ回転数が減少するようにピッチ制御を行う際、風速によらず、目標アジマス角でロータ４を停止させやすくなる。よって、ロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ４の停止精度を向上させることができる。

また、停止ステップでは、第２期間の少なくとも一部において、ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させてもよい（図８のＳ７）。
これによれば、第２期間の少なくとも一部においてピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるようにしたので、第２期間における目標ピッチ角を算出するために複雑な演算を行う必要がない。

あるいは、停止ステップでは、第２期間の少なくとも一部において、ロータ４の回転数を一定レートで減少させてもよい（図８のＳ７）。
これによれば、第２期間の少なくとも一部において回転数を一定レートでロータ４を減速させることができるので、目標アジマス角に高精度にロータ４を停止させやすくなる。

上記実施形態では、第１期間中におけるピッチ角又は第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するステップをさらに備えていてもよい。
これによれば、第１期間中におけるピッチ角又は風速の少なくとも一方に基づいて制御切替アジマス角を算出するようにしたので、風速の大きさに応じて、ロータ減速開始時点（ロータの制御切替アジマス角到達時点）を調節することができる。これにより、風速によらず、目標アジマス角に高精度にロータ４を停止させやすくなる。

ここで、図８に示す実施形態について具体的に説明する。
図８に示すロータターニング方法では、ロータターニング操作指令（図３の時刻ｔ_１）に応じて、目標アジマス角を設定する（Ｓ１）。メモリ２６から制御切替アジマス角を読み出す場合には、ここで制御切替アジマス角を設定してもよい（Ｓ２）。なお、ロータターニング中の風速又はピッチ角に応じて制御切替アジマス角を設定する場合には、後述する第１期間のピッチ制御（Ｓ５）の実行中に制御切替アジマス角を設定するようにしてもよい。

目標アジマス角を設定したら、ヨー追従制御を開始し（Ｓ３）、風車翼２のピッチ角がファインピッチ角側へ変化するようにピッチ制御する（Ｓ４）。このとき、ブレーキ１０はＯＦＦとなっている。なお、ここではロータターニングを開始してから第１期間までの間を準備期間と言う。

ロータ回転数が所定の回転数まで上昇したら（図３の時刻ｔ_２）、第１期間においてロータ４が一定回転数となるようにピッチ制御を行う（Ｓ５）。このとき、ピッチ角は、ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にて制御されてもよい。

そして、風車翼２のピッチ角が制御切替アジマス角に到達したか否かを判定し（Ｓ６）、風車翼２のピッチ角が制御切替アジマス角に到達したら（時刻ｔ_３）、第２期間において風車翼２のピッチ角がフェザーピッチ角側へ変化するようにピッチ制御する（Ｓ７）。このとき、第２期間の少なくとも一部において、ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させてもよい。あるいは、第２期間の少なくとも一部において、ロータ４の回転数を一定レートで減少させてもよい。

第２期間では、風車翼２のピッチ角が目標アジマス角に到達したか否かを判定し（Ｓ８）、風車翼２のピッチ角が目標アジマス角に到達したら（時刻ｔ_４）、ブレーキ１０をＯＮにして作動させ、（Ｓ９）、ヨー追従制御を停止する（Ｓ１０）。

幾つかの実施形態に係る風車１は、図１に示したように、ロータ４と、上述した何れかの実施形態の制御装置２０と、を備える。
この風車１は、上述したように、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータ４の停止精度を向上し得る制御装置２０を備えているため、メンテナンス作業等の作業効率の高い風車１を提供することができる。

上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、風車１のロータターニングの実施可否を判断するための風速条件の制限が緩やかであっても、風速の影響によらず、目標アジマス角へのロータの停止精度を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
すなわち、上述した実施形態では、メンテナンス作業等において、停止状態の風車１を回転させて目標アジマス角までロータターニングを行う場合について記載したが、上記制御装置２０がロータターニングを実行する際の風車１の状態はこれに限定されるものではない。例えば、風車１を停止する過程で、上記制御装置２０によってロータターニングを行うようにしてもよい。

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 風車
２（２Ａ〜２Ｃ） 風車翼
３ ハブ
４ ロータ
５ 回転シャフト
６ 発電機
７ ナセル
８ タワー
１０ ブレーキ
１２ ピッチ駆動機構
１４ ヨー駆動機構
１５ 角度位置センサ
１６ 回転数計
１７ 風速計
２０ 制御装置
２１ 入力部
２２ ピッチ制御部
２３ 算出部
２４ ブレーキ制御部
２５ ヨー制御部
２６ メモリ
２８ 操作パネル
Ｗ_０ 目標アジマス角位置
Ｗ_１ 制御切替アジマス角位置
Ｗ_２ 制御切替アジマス角位置

Claims (15)

1. 風車にロータターニングを行わせるための制御装置であって、
   前記風車のロータを停止させるべき目標アジマス角が入力される入力部と、
   前記風車にピッチ制御を行わせて、前記ロータを前記目標アジマス角で停止させるように構成されたピッチ制御部と、を備え、
   前記ピッチ制御部は、
   前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御するとともに、
   前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する
   ように構成され、
   前記第２期間において、前記ピッチ制御部による前記ピッチ角の制御のみによって前記ロータを前記目標アジマス角に到達させるように構成された
   ことを特徴とする風車の制御装置。
2. 前記第１期間中における前記ピッチ角又は前記第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するための算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風車の制御装置。
3. 前記ピッチ制御部は、前記制御切替アジマス角が予め記憶されたメモリから前記制御切替アジマス角を読み出すように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の風車の制御装置。
4. 前記ピッチ制御部は、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風車の制御装置。
5. 前記ピッチ制御部は、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風車の制御装置。
6. 前記規定回転数は、０．０５ｒｐｍ以上１．０ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風車の制御装置。
7. 前記ピッチ制御部は、前記第１期間内において、前記ピッチ角のファイン側リミットによって規定される範囲内にて前記ピッチ角を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車の制御装置。
8. 前記ロータが前記目標アジマス角に到達したとき、前記ロータを制動するためのブレーキを作動させるように構成されたブレーキ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の風車の制御装置。
9. 前記第１期間及び前記第２期間内における前記ピッチ角の制御時、風向きに応じて前記ロータのヨー方向を追従制御させるためのヨー制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車の制御装置。
10. ロータと、
    前記ロータが前記目標アジマス角で停止するようにロータターニング操作を行うための請求項１乃至９の何れか一項に記載の制御装置と、
    を備えることを特徴とする風車。
11. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の制御装置に用いられるロータターニング用プログラムであって、
    前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御する手順と、
    前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御する手順と、
    を前記制御装置に実行させるためのロータターニング用プログラム。
12. 風車のロータターニング方法であって、
    前記風車にピッチ制御を行わせて、前記風車のロータを目標アジマス角で停止させる停止ステップを備え、
    前記停止ステップでは、
    前記目標アジマス角の直前の制御切替アジマス角に前記ロータが到達するまでの第１期間において、前記ロータが一定の規定回転数で回転するよう前記風車の風車翼のピッチ角を制御し、
    前記ロータの前記制御切替アジマス角への到達後であって前記目標アジマス角への到達前の第２期間において、前記規定回転数から前記ロータの回転数が減少するよう前記ピッチ角を制御するとともに、
    前記第２期間において、前記ピッチ角の制御のみによって前記ロータを前記目標アジマス角に到達させる
    ことを特徴とする風車のロータターニング方法。
13. 前記第１期間中における前記ピッチ角又は前記第１期間中における風速の少なくとも一方に基づいて前記制御切替アジマス角を算出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の風車のロータターニング方法。
14. 前記停止ステップでは、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ピッチ角を一定レートでフェザー側に変化させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の風車のロータターニング方法。
15. 前記停止ステップでは、前記第２期間の少なくとも一部において、前記ロータの回転数を一定レートで減少させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の風車のロータターニング方法。
    

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