JP6457783B2 - Wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、風力を電力エネルギーに変換可能な風力発電装置に関するものであり、タワーシャドウにおける荷重急変を考慮するものである。 The present invention relates to a wind power generator capable of converting wind power into electric power energy, and considers a sudden load change in a tower shadow.
近年、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇が懸念されており、二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下が求められている。二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下を図るためには、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用した発電システムの導入が有効である。上記再生可能エネルギーを利用した発電システムの中でも、風力発電システムは太陽光発電システムと異なり、日射による直接的な出力変化を受けないことから、比較的安定な発電システムとして注目されている。また、地上と比較して、風速が高く、風速変化が少ない洋上に設置する風力発電システムも有力な発電システムとして注目されている。 In recent years, there are concerns about global warming due to carbon dioxide emissions and the depletion of fossil fuels, and there is a demand for a reduction in carbon dioxide emissions and a decrease in dependence on fossil fuels. In order to reduce carbon dioxide emissions and reduce dependence on fossil fuels, it is effective to introduce a power generation system that uses renewable energy obtained from nature such as wind and sunlight. Among the power generation systems using renewable energy, the wind power generation system is attracting attention as a relatively stable power generation system because it does not receive direct output change due to solar radiation unlike the solar power generation system. In addition, wind power generation systems installed on the ocean with higher wind speed and less change in wind speed compared to the ground have attracted attention as a powerful power generation system.
ここでブレードに発生する荷重変動の低減を考慮したものとして例えば特許文献１に開示された技術がある。特許文献１には、ブレードの荷重変動に影響を及ぼす所定のパラメータ、アジマス角度、およびピッチ角度指令値がお互いに関連づけられて格納されている記憶手段と、ブレード毎のアジマス角度を検出するアジマス角度検出手段と、所定のパラメータを検出するパラメータ検出手段と、アジマス角度検出手段によって検出された所定のパラメータとによって選出されるピッチ角度指令値をブレード毎にそれぞれ記憶手段から取得する指令値取得手段と、指令値取得手段によって取得されたピッチ角度指令値と風力発電装置の出力情報により求められる各ブレード共通の共通ピッチ角度指令値とに基づいて、ブレードピッチ角度を制御するためのピッチ角度制御指令値を生成するピッチ角度制御指令値生成手段とを具備することを特徴とするブレードピッチ角度制御装置、が開示されている。また、記憶手段に格納されているピッチ角度指令値は、風力発電装置の設置場所におけるウィンドシア特性が反映される技術、が開示されている。特に、鉛直方向の風速差（以下、ウィンドシア特性）によって発生するブレードの荷重変動を低減するために、予め記憶していたピッチ角度指令値を用いて最終的なピッチ角度制御指令値を決定する。より具体的には、ナセルより上側にブレードが位置するアジマス角度において、ピッチ角度をフェザー側へ調整することで、風速が高い領域でのブレードの荷重を低減すると共に、ナセルより下側にブレードが位置するアジマス角度において、ピッチ角度をファイン側へ調整することで、風速が低い領域でのブレードに加わる荷重を増加させる。 Here, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133620 is considered in consideration of reduction of load fluctuations generated in the blade. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151867 discloses a storage unit that stores predetermined parameters, azimuth angles, and pitch angle command values that affect blade load fluctuations, and an azimuth angle that detects an azimuth angle for each blade. A detection means; a parameter detection means for detecting a predetermined parameter; and a command value acquisition means for acquiring a pitch angle command value selected by the predetermined parameter detected by the azimuth angle detection means from the storage means for each blade. The pitch angle control command value for controlling the blade pitch angle based on the pitch angle command value acquired by the command value acquisition means and the common pitch angle command value common to each blade obtained from the output information of the wind turbine generator A pitch angle control command value generating means for generating Redopitchi angle control device, is disclosed. Further, a technique is disclosed in which the wind angle characteristics at the installation location of the wind turbine generator are reflected in the pitch angle command value stored in the storage means. In particular, the final pitch angle control command value is determined using a pitch angle command value stored in advance in order to reduce blade load fluctuation caused by a wind speed difference in the vertical direction (hereinafter referred to as wind shear characteristics). . More specifically, by adjusting the pitch angle toward the feather side at the azimuth angle where the blade is located above the nacelle, the load on the blade in the high wind speed region is reduced, and the blade is located below the nacelle. By adjusting the pitch angle toward the fine side at the azimuth angle, the load applied to the blade in the region where the wind speed is low is increased.
風力発電システムの構築にあたり、風力発電システムを構成するブレードの荷重変動を低減する必要がある。特に、ブレードのアジマス角がタワー近傍に位置する際に、タワーによって引き起こされる風速の低下（以下、タワーシャドウ特性）に伴って発生するブレード荷重の急変、およびドライブトレイン荷重の急変を低減する必要がある。ブレードの荷重変動が大きい場合には、ブレードに振動が発生する場合がある。機器の信頼性を高める上では、荷重変動への対策を行っておくのが好ましいと言える。本発明では、高信頼の風力発電装置を提供することを目的としている。 In constructing the wind power generation system, it is necessary to reduce the load fluctuation of the blades constituting the wind power generation system. In particular, when the azimuth angle of the blade is located in the vicinity of the tower, it is necessary to reduce the sudden change in blade load and the drive train load caused by the decrease in wind speed caused by the tower (hereinafter referred to as tower shadow characteristics). is there. When the load variation of the blade is large, the blade may vibrate. In order to increase the reliability of the equipment, it can be said that it is preferable to take measures against load fluctuations. An object of the present invention is to provide a highly reliable wind power generator.
上記課題を解決するために、本発明に係る風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの荷重を支持するタワーと、センサとを備え、前記ブレードのピッチ角を調整可能な風力発電装置であって、前記ブレードが前記タワーのタワーシャドウに位置する際における前記ピッチ角が、フェザー側へ調整され、前記センサの出力であるブレード変位量、ブレード荷重、タワー傾斜角度やタワー荷重のうちの少なくとも一つ、及び前記ブレードのアジマス角に応じて前記ピッチ角を調整する範囲が定まり、ピッチ角度補正最大値は、ブレード基部の前記ブレード荷重を前記ブレード基部に備えられた前記センサの出力により求め、前記タワーシャドウの影響がある前記アジマス角度での前記ブレード基部の前記ブレード荷重と、前記タワーシャドウの影響がない前記アジマス角度での前記ブレード基部の前記ブレード荷重との差分に比例して定まることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a wind turbine generator according to the present invention includes a blade that rotates by receiving wind, a tower that supports a load of the blade, and a sensor, and is capable of adjusting the pitch angle of the blade. Then, the pitch angle when the blade is positioned on the tower shadow of the tower is adjusted to the feather side, and at least one of the blade displacement amount, blade load, tower inclination angle, and tower load that is the output of the sensor. And a range for adjusting the pitch angle in accordance with the azimuth angle of the blade is determined, the pitch angle correction maximum value is determined by the output of the sensor provided in the blade base, the blade load of the blade base, The blade load of the blade base at the azimuth angle affected by the tower shadow, and the tower shad Characterized in that said determined in proportion to the difference between the blade load of the blade base in the azimuth angle effect is not of.
本発明によれば、高信頼の風力発電装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable wind power generator.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について具体的に説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様が下記実施例に限定されることを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following are only examples, and the embodiments of the present invention are not intended to be limited to the following examples.
《本願の実施形態の概略構成》
まず、図1を用いて、本願に係る風力発電装置の第１の実施形態の概略構成について説明する。
<< Schematic Configuration of Embodiment of the Present Application >>
First, the schematic configuration of the first embodiment of the wind turbine generator according to the present application will be described with reference to FIG.
図1は、本願の風力発電装置1の全体の概略構成を示す。実施例で説明する風力発電装置１は、複数のブレード２と、複数のブレード２を接続するハブ３とで構成されるロータ４を備える。ロータ４は図１では省略するがナセル６に回転軸を介して連結されており、回転することでブレード２の位置を変更可能である。ブレード２が風を受けることによりロータ４が回転し、図では省略するが、例えばナセルに備えられた発電機を回転させることで電力を発生することができる。ブレード２の各々にはブレード２とハブ３の位置関係、すなわちピッチ角と呼ぶブレードの角度、を変更可能なピッチアクチュエータ５を備えている。ピッチアクチュエータ５を用いてブレード２のピッチ角を変更することにより、風に対するロータの回転エネルギーを変更できる。これにより、広い風速領域においてロータ４の回転速度を制御しながら、風力発電装置１の発電電力を制御することができる。 FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a wind turbine generator 1 of the present application. The wind turbine generator 1 described in the embodiment includes a rotor 4 including a plurality of blades 2 and a hub 3 that connects the plurality of blades 2. Although not shown in FIG. 1, the rotor 4 is connected to the nacelle 6 via a rotating shaft, and the position of the blade 2 can be changed by rotating. When the blade 2 receives wind, the rotor 4 rotates, and although not shown in the figure, for example, electric power can be generated by rotating a generator provided in the nacelle. Each blade 2 is provided with a pitch actuator 5 that can change the positional relationship between the blade 2 and the hub 3, that is, the angle of the blade called a pitch angle. By changing the pitch angle of the blade 2 using the pitch actuator 5, the rotational energy of the rotor with respect to the wind can be changed. Thereby, the electric power generated by the wind power generator 1 can be controlled while controlling the rotational speed of the rotor 4 in a wide wind speed region.
本実施例では、ブレード２の各々がピッチアクチュエータを備えており、個々のブレード２のピッチ角を単独で調整可能である。ナセル６はタワー７上に設置されており、タワー７に対して回転可能に支持されている。本実施例では、ハブ３やナセル６を介してブレード２の荷重がタワー７に支持される。タワー７は、基部（図では省略）に設置され、地上または洋上等の所定位置に設置される。また、風力発電装置１はコントローラ９を備えており、センサ１０の出力信号であるセンサ出力に基づいてピッチアクチュエータ５を調整することで、タワーシャドウによるブレードの荷重の急変を低減するピッチ角度補正制御手段４０１がプログラムの形態で実装されている。また、ロータ４の回転角度であるアジマス角度を検出するためのアジマス角度検出用センサ８を備えている。図１ではコントローラ９はナセル６またはタワー７の外部に設置される形態にて図示されているが、これだけに限ったものではなく、ナセル６またはタワー７の内部またはそれ以外の所定位置、または風力発電装置１の外部に設置される形態であっても良い。ここで、タワーシャドウは、タワーの影響により風速が急激に低下するアジマス角度を指すものとする。風向き方向について、タワーと一致する位置が最も影響を受け易いが、タワーの影響により風速が急激に低下するアジマス角度は実際には必ずしもその位置に制限されない。また、ブレードがタワーよりも風下を通過するダウンウインド方式の風力発電装置の方がタワーシャドウの影響を受け易く本発明の適用が好適であるが、ブレードがタワーよりも風上を通過するアップウインド方式の風力発電装置でも、少なからずその影響を受けるので、本発明を適用することでの効果が期待できる。 In the present embodiment, each blade 2 includes a pitch actuator, and the pitch angle of each blade 2 can be adjusted independently. The nacelle 6 is installed on the tower 7 and is rotatably supported by the tower 7. In this embodiment, the load of the blade 2 is supported by the tower 7 through the hub 3 and the nacelle 6. The tower 7 is installed at a base (not shown in the figure), and is installed at a predetermined position on the ground or the ocean. In addition, the wind power generator 1 includes a controller 9 and adjusts the pitch actuator 5 based on the sensor output that is an output signal of the sensor 10, thereby reducing the pitch angle correction control that reduces the sudden change in the blade load caused by the tower shadow. Means 401 is implemented in the form of a program. Further, an azimuth angle detection sensor 8 for detecting an azimuth angle that is a rotation angle of the rotor 4 is provided. In FIG. 1, the controller 9 is illustrated as being installed outside the nacelle 6 or the tower 7. However, the controller 9 is not limited to this. The form installed in the exterior of the electric power generating apparatus 1 may be sufficient. Here, the tower shadow refers to an azimuth angle at which the wind speed rapidly decreases due to the influence of the tower. In the wind direction, the position that coincides with the tower is most easily affected, but the azimuth angle at which the wind speed rapidly decreases due to the influence of the tower is not necessarily limited to that position. In addition, the downwind wind power generator in which the blade passes leeward than the tower is more easily affected by the tower shadow, and the application of the present invention is preferable. However, the upwinder in which the blade passes the leeward than the tower is preferable. Even the wind power generator of the system is affected by the effect, so the effect of applying the present invention can be expected.
《比較例における風力発電装置の挙動概要》
図２は、比較例におけるアジマス角度に対するブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、およびブレード基部の荷重変化を示している。
<< Outline of behavior of wind power generator in comparative example >>
FIG. 2 shows blade pitch angle, blade base load, and blade base load change with respect to the azimuth angle in the comparative example.
図２の横軸はアジマス角度を示し、縦軸は図上方からそれぞれ、ブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、および、ブレード基部の荷重変化を示す。アジマス角度に対するブレードピッチ角度を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレードピッチ角度がフェザー方向へ向かうことを指す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレード基部の荷重が（風を受ける方向に）大きくなることを示す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重変化を示す図では、図中、上方向に行くにつれて、ブレード基部の荷重変化が（風を受ける方向に）大きくなることを示す。なお、本実施例において、ブレードのアジマス角度は、アジマス角上でブレードが頂点に位置する際を0degとしている。そして、風上側から風車を見て、時計回りを正の向きとし、0degから360degにて決定される値を示す（図３）。勿論、角度の決め方は本実施例のやり方に縛られるものではない。 The horizontal axis in FIG. 2 indicates the azimuth angle, and the vertical axis indicates the blade pitch angle, the load on the blade base, and the load change on the blade base from the top of the drawing, respectively. In the figure which shows the blade pitch angle with respect to an azimuth angle, it points out that a blade pitch angle goes to a feather direction as it goes upwards in the figure. In the figure which shows the load of the blade base with respect to an azimuth angle, it shows that the load of a blade base becomes large (in the direction which receives a wind) as it goes upwards in the figure. In the figure showing the load change of the blade base with respect to the azimuth angle, it is shown that the load change of the blade base becomes larger (in the direction of receiving wind) as it goes upward in the figure. In the present embodiment, the azimuth angle of the blade is 0 deg when the blade is positioned at the apex on the azimuth angle. Then, when the windmill is viewed from the windward side, the clockwise direction is a positive direction, and values determined from 0 deg to 360 deg are shown (FIG. 3). Of course, how to determine the angle is not limited to the method of this embodiment.
以下、本実施例では、図３に示すように風力発電装置１が３枚のブレードを備えているが、ピッチ角度、ブレード荷重に関しては、#1で示すブレードについてのみ代表して説明する。#2および#3については、基準のアジマス角度が異なるのみであり、基本的な動作は#1と同様であるため、詳細説明を省略する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the wind power generator 1 includes three blades. However, regarding the pitch angle and blade load, only the blade indicated by # 1 will be described as a representative. As for # 2 and # 3, only the reference azimuth angle is different, and the basic operation is the same as that of # 1, and therefore detailed explanation is omitted.
また、以下では、本願の風力発電装置１の制御方法を適用しない場合は、ブレードピッチ角度及び図には明記しないが、ピッチ角度制御は、可変速制御を中心に考慮しており、少なくともタワーシャドウ特性を考慮してはいない。可変速制御は図には明記しないが、制御装置８のプログラムとして実装されている。さらに、議論を簡単にするために、風速を一定とした定常状態を想定する。 In the following, when the control method of the wind turbine generator 1 of the present application is not applied, the blade pitch angle and the figure are not clearly shown, but the pitch angle control is mainly considered for the variable speed control, and at least the tower shadow The characteristics are not considered. The variable speed control is not shown in the figure, but is implemented as a program of the control device 8. Furthermore, in order to simplify the discussion, a steady state with a constant wind speed is assumed.
まず、図２のブレードピッチ角度に注目すると、風速一定の際には、可変速制御によってアジマス角度に関わらずブレードピッチ角がθ1の一定値に保持される。その場合、ブレードの受ける風力エネルギーがタワーによって遮られるアジマス角度の範囲φ１ degからφ２ degの期間において、ブレード基部の荷重は、それ以外の期間と比較して、L１からL２に連続的に減少する。最後に、ブレード基部の荷重変化に注目すると、アジマス角度φ１ degから180degの範囲で最小値-dL1へ減少後に0まで増加する。また、アジマス角度180degからφ２ degの範囲で最大値dL1へ増加後に0まで減少する。 First, paying attention to the blade pitch angle in FIG. 2, when the wind speed is constant, the blade pitch angle is held at a constant value of θ1 regardless of the azimuth angle by the variable speed control. In that case, in the period of azimuth angle φ1 deg to φ2 deg where the wind energy received by the blade is blocked by the tower, the load on the blade base continuously decreases from L1 to L2 compared to other periods. . Finally, paying attention to the load change of the blade base, it decreases to the minimum value -dL1 in the range of azimuth angle φ1 deg to 180 deg and increases to 0. Further, it increases to the maximum value dL1 in the range of azimuth angle 180 deg to φ2 deg and then decreases to 0.
ブレード基部の荷重がアジマス角度によって変化することにより、ブレード基部の荷重変化が急峻なものとなる。これによってブレードやドライブトレインに振動が発生するため、振動を考慮した構造強度の強化が必要になるが、ブレードの強度を向上させる場合、ブレード重量の増加や関連機器のコスト増に繋がる。 Since the load on the blade base changes with the azimuth angle, the load change on the blade base becomes steep. As a result, vibrations are generated in the blades and the drive train. Therefore, it is necessary to enhance the structural strength in consideration of the vibrations. However, when the strength of the blades is improved, the blade weight is increased and the costs of related devices are increased.
《実施例におけるピッチ角度補正手段》
以下、図４乃至図１４を用いて、風力発電装置１のコントローラ９に実装され、タワーシャドウによるブレード荷重変化を緩慢化するピッチ角補正手段の実施例について説明する。
<< Pitch angle correction means in the embodiment >>
Hereinafter, an embodiment of pitch angle correction means that is mounted on the controller 9 of the wind turbine generator 1 and slows the blade load change due to the tower shadow will be described with reference to FIGS.
図４は、本願の実施形態における風力発電装置１のコントローラ９に実装されるピッチ角度補正手段４０１の概要を説明するブロック線図を示す。 FIG. 4 is a block diagram illustrating an outline of the pitch angle correction unit 401 mounted on the controller 9 of the wind turbine generator 1 in the embodiment of the present application.
本実施例におけるピッチ角度補正手段４０１は、ピッチ角度補正最大値演算部４０２（以下、単に補正最大値演算部とも表現する。）、ピッチ角度補正開始アジマス角度演算部４０３（以下、単に補正開始アジマス角演算部とも表現する。）、ピッチ角度補正終了アジマス角度演算部４０４（以下、単に補正終了アジマス角演算部とも表現する。）、およびピッチ角度補正値演算部４０５（以下、単に補正値演算部とも表現する。）とを備える。 The pitch angle correction means 401 in this embodiment includes a pitch angle correction maximum value calculation unit 402 (hereinafter also simply referred to as a correction maximum value calculation unit) and a pitch angle correction start azimuth angle calculation unit 403 (hereinafter simply referred to as correction start azimuth). A pitch angle correction end azimuth angle calculation unit 404 (hereinafter also simply referred to as a correction end azimuth angle calculation unit), and a pitch angle correction value calculation unit 405 (hereinafter simply referred to as a correction value calculation unit). Also expressed).
補正最大値演算部４０２は後述するセンサ１０の出力信号であるセンサ出力に基づいてピッチ角度補正最大値を決定する。図には明記しないが、（タワーシャドウの影響によるブレード基部の荷重変化を緩和するための）ピッチ角度補正における最大値を決定する。最大値の決定の仕方は、例えば、風速に応じて決定するものであっても良いし、また、タワーシャドウ特性の影響があるアジマス角度でのブレード基部に備えられたブレード基部の変化量を保存し、タワーシャドウの影響がないアジマス角度でのブレード基部の荷重戸の差分に比例して決定するものであっても良い。 The correction maximum value calculation unit 402 determines a pitch angle correction maximum value based on a sensor output that is an output signal of the sensor 10 described later. Although not explicitly shown in the figure, the maximum value in the pitch angle correction (to reduce the load change of the blade base due to the influence of the tower shadow) is determined. The method of determining the maximum value may be determined according to the wind speed, for example, and the amount of change of the blade base provided in the blade base at the azimuth angle having an influence of the tower shadow characteristic is stored. However, it may be determined in proportion to the difference of the load door of the blade base at the azimuth angle without the influence of the tower shadow.
補正開始アジマス角度演算部４０３は、前記センサ出力とアジマス角度に基づいて、ピッチ角度補正開始アジマス角度を決定する。補正開始アジマス角の決定の仕方として、例えば、以下の様な手法が挙げられる。タワー近傍で、かつブレードがタワーに向かって行くアジマス角度において、前記センサ出力が大きく変化し始めるアジマス角度を保存する。そして、保存したアジマス角度に所定値を減算等することでアジマス角度を小さくするようにピッチ角補正開始アジマス角度を決定する。 The correction start azimuth angle calculation unit 403 determines a pitch angle correction start azimuth angle based on the sensor output and the azimuth angle. Examples of the method for determining the correction start azimuth angle include the following methods. The azimuth angle at which the sensor output starts to change greatly is preserved in the vicinity of the tower and at the azimuth angle at which the blade moves toward the tower. Then, the pitch angle correction start azimuth angle is determined so as to reduce the azimuth angle by subtracting a predetermined value from the stored azimuth angle.
それ以外にもロータ回転速度に基づいて（アジマス角度を）小さくする調整代を変更するものであっても良い。 In addition, the adjustment allowance for decreasing (azimuth angle) based on the rotor rotational speed may be changed.
また、ブレードの回転する速さ及びピッチ角変化に要する時間（機械的応答速度）を考慮して、ブレードがタワーシャドウに位置する前に予めピッチ角度のフェザー側への調整を開始しても良い。これにより、タワーシャドウに差し掛かった際に確実にフェザー側へピッチ角度を調整しておくことが可能である。 In consideration of the speed of rotation of the blade and the time required for changing the pitch angle (mechanical response speed), adjustment of the pitch angle to the feather side may be started before the blade is positioned in the tower shadow. . Thereby, when approaching a tower shadow, it is possible to adjust a pitch angle to the feather side reliably.
補正終了アジマス角度演算部４０４は、前記センサ出力とアジマス角度に基づいて、ピッチ角度補正終了アジマス角度を決定する。より具体的には、タワー近傍であり、ブレードがタワーから離れていくアジマス角度において、前記センサ出力が変化しなくなるアジマス角度を保存する。そして、保存したアジマス角度に所定値を加算等することでアジマス角度を大きくするようにピッチ角補正終了アジマス角度を決定するものであっても良いし、ロータ回転速度に基づいて（アジマス角度を）大きくする調整代を変更するものであっても良い。 The correction end azimuth angle calculation unit 404 determines the pitch angle correction end azimuth angle based on the sensor output and the azimuth angle. More specifically, the azimuth angle at which the sensor output does not change is stored at the azimuth angle in the vicinity of the tower and the blade moves away from the tower. The pitch angle correction end azimuth angle may be determined so as to increase the azimuth angle by adding a predetermined value to the stored azimuth angle, or based on the rotor rotational speed (azimuth angle). You may change the adjustment cost to enlarge.
補正開始アジマス角度演算部４０３と補正終了アジマス角度演算部４０４により、前記センサ出力及びアジマス角度に応じて、タワーシャドウ特性を考慮してピッチ角度を調整する範囲が定められる。 The correction start azimuth angle calculation unit 403 and the correction end azimuth angle calculation unit 404 determine a range in which the pitch angle is adjusted in consideration of tower shadow characteristics according to the sensor output and the azimuth angle.
補正値演算部４０５は、アジマス角度及び、各々決定された、補正最大値、補正開始アジマス角度、補正終了アジマス角度の入力値に基づき、ピッチ角度補正値を決定する。より具体的には、アジマス角度がピッチ角度補正開始アジマス角度からピッチ角補正終了アジマス角度の範囲で、ピッチ角度をピッチ角補正最大値に基づいて操作する。ピッチ角度補正値は、上述の補正実施期間において、ピッチ角度補正最大値に向かってピッチ角度補正値を上昇させ、ピッチ角度補正最大値と一致した後、ピッチ角度補正値を減少させる。 The correction value calculation unit 405 determines the pitch angle correction value based on the azimuth angle and the input values of the maximum correction value, the correction start azimuth angle, and the correction end azimuth angle that are respectively determined. More specifically, the pitch angle is operated based on the pitch angle correction maximum value in the range of the azimuth angle from the pitch angle correction start azimuth angle to the pitch angle correction end azimuth angle. The pitch angle correction value increases the pitch angle correction value toward the maximum pitch angle correction value during the correction execution period described above, and decreases the pitch angle correction value after matching the maximum pitch angle correction value.
風力発電装置１のコントローラ９では、ピッチ角度補正手段４０１にて決定されたピッチ角度補正値を、可変速制御などから決定されるピッチ角度指令基本値（図示を省略）に、加算部４０６を介して加算し、ピッチ角度指令値として、ピッチアクチュエータ５に出力する。 In the controller 9 of the wind turbine generator 1, the pitch angle correction value determined by the pitch angle correction unit 401 is added to the pitch angle command basic value (not shown) determined by variable speed control or the like via the adder 406. And add to the pitch actuator 5 as a pitch angle command value.
図５は、本願の実施形態であるピッチ角度補正手段４０１を適用した場合の、アジマス角度に対するブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、および、ブレード基部の荷重変化を示す。 FIG. 5 shows the blade pitch angle with respect to the azimuth angle, the load on the blade base, and the load change on the blade base when the pitch angle correction unit 401 according to the embodiment of the present application is applied.
図５の横軸はアジマス角度を示し、縦軸は図上方からそれぞれ、ブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、および、ブレード基部の荷重変化を示す。アジマス角度に対するブレードピッチ角度を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレードピッチ角度がフェザー方向へ向かうことを指す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレード基部の荷重が大きくなることを示す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重変化を示す図では、図中、上方向に行くにつれて、ブレード基部の荷重変化が大きくなることを示す。なお、図中の破線は図２に示す比較例における結果を示し、実線がピッチ角度補正手段４０１を適用した場合の結果を示している。 The horizontal axis of FIG. 5 shows the azimuth angle, and the vertical axis shows the blade pitch angle, the load of the blade base, and the load change of the blade base from the top of the drawing, respectively. In the figure which shows the blade pitch angle with respect to an azimuth angle, it points out that a blade pitch angle goes to a feather direction as it goes upwards in the figure. In the figure which shows the load of the blade base with respect to an azimuth angle, it shows that the load of a blade base becomes large as it goes upwards in the figure. In the figure showing the load change of the blade base with respect to the azimuth angle, it is shown that the load change of the blade base increases in the upward direction in the figure. In addition, the broken line in a figure shows the result in the comparative example shown in FIG. 2, and the solid line has shown the result when the pitch angle correction means 401 is applied.
本願の実施形態におけるピッチ角度補正手段４０１を適用することにより、（１）アジマス角度φp1 deg以降、ピッチ角度がθ１からフェザー方向に補正され、アジマス角度180degでθ２まで増加する。（２）アジマス角度180degからφp2degの範囲では、ピッチ角度がθ２からθ１まで減少される。この時のピッチ角の変化速度を最大ピッチ速度とすることが可能である。それにより、タワーシャドウ特性を考慮してピッチ角を調整するアジマス角上の領域を減ずることができ、発電量の低下を防止できる。上記のようなピッチ角度の補正によって、ブレード基部の荷重は（１）Ｌ１からＬ３まで減少し、その後、（２）Ｌ３からＬ１まで増加する。この際、Ｌ３はＬ２よりも小さい値をとる。上記のブレード基部の荷重の推移に伴い、ブレード荷重の変化は（１）φp1より０から-ｄＬ２まで減少後、（２）ｄＬ２まで増加し、最終的にφp2で０まで減少する。ここで、ブレード基部の荷重変化は本実施例のピッチ角度補正手段４０１を適用しない場合の絶対値であるｄＬ１（＞ｄＬ２）よりも、その絶対値がｄＬ２へ減少するため、本実施例のピッチ角度補正手段４０１の適用によりタワーシャドウ特性によって生ずるブレード基部の荷重変化を緩慢化することが可能となる。ブレードがタワーシャドウに位置する際におけるピッチ角が、タワーシャドウ以外に位置する場合のピッチ角と比較して、フェザー側へ調整されていることにより、タワーシャドウ通過時の荷重変化量を小さくすることができる。ブレードのアジマス角度がタワー近傍に位置する際には、タワーによって引き起こされる風速の低下（タワーシャドウ特性）に伴って発生するブレード荷重の急変、及びドライブトレイン荷重の急変を低減する。即ち、本実施例の内容は、ロータのみならず、ブレードの回転エネルギーを発電機側へ伝達するドライブトレインの信頼性向上にも寄与できる。ドライブトレインを構成する部材としては、例えばロータに接続される主軸や、主軸に接続されて回転スピードを増速する増速機、或いは油圧駆動方式などがあるが、無論これに限定されるものではない。 By applying the pitch angle correction means 401 in the embodiment of the present application, (1) after the azimuth angle φp1 deg, the pitch angle is corrected from θ1 to the feather direction, and increases to θ2 at an azimuth angle of 180 deg. (2) In the range of azimuth angle 180 deg to φp2 deg, the pitch angle is decreased from θ2 to θ1. The change speed of the pitch angle at this time can be set to the maximum pitch speed. Thereby, it is possible to reduce the area on the azimuth angle where the pitch angle is adjusted in consideration of the tower shadow characteristics, and it is possible to prevent the power generation amount from being lowered. By correcting the pitch angle as described above, the load on the blade base decreases from (1) L1 to L3, and then increases from (2) L3 to L1. At this time, L3 takes a value smaller than L2. Along with the transition of the load of the blade base described above, the change in the blade load decreases from (1) φp1 to 0 to −dL2, increases to (2) dL2, and finally decreases to 0 at φp2. Here, the change in the load of the blade base portion is reduced to dL2 from the absolute value dL1 (> dL2) which is an absolute value when the pitch angle correction unit 401 of this embodiment is not applied. By applying the angle correction means 401, it becomes possible to slow down the load change of the blade base caused by the tower shadow characteristic. The amount of load change when passing through the tower shadow is reduced by adjusting the pitch angle when the blade is positioned in the tower shadow to the feather side compared to the pitch angle when the blade is positioned outside the tower shadow. Can do. When the azimuth angle of the blade is positioned in the vicinity of the tower, a sudden change in the blade load and a sudden change in the drive train load caused by a decrease in the wind speed (tower shadow characteristic) caused by the tower are reduced. That is, the contents of the present embodiment can contribute to improving the reliability of not only the rotor but also the drive train that transmits the rotational energy of the blades to the generator side. As a member constituting the drive train, for example, there are a main shaft connected to the rotor, a speed increasing device connected to the main shaft to increase the rotation speed, or a hydraulic drive system, but of course, it is not limited to this. Absent.
また、ブレードの振動は風力発電システム動作時の低周波音と関連しており、ブレード振動を低減することで、低周波音の増大防止にも繋がる。 Moreover, the vibration of the blade is related to the low frequency sound during the operation of the wind power generation system, and reducing the blade vibration leads to prevention of an increase in the low frequency sound.
ここで、図５に示すようなピッチ角度の補正は、アジマス角度が90degから270deg期間でピッチ角度をフェザー側へ操作するため、この期間においてブレードの風力エネルギーを回転エネルギーに変換する効率が低下する。本実施例のピッチ角度補正手段４０１による発電効率の低下を抑制するために、図６に示すように、アジマス角度が0degから90degと、270degから360deg期間でのピッチ角度の補正を実施する。以下では、当該追加的な実施形態について説明する。 Here, the correction of the pitch angle as shown in FIG. 5 operates the pitch angle to the feather side in the period of azimuth angle from 90 deg to 270 deg. Therefore, the efficiency of converting the wind energy of the blade into rotational energy decreases in this period. . In order to suppress a decrease in power generation efficiency by the pitch angle correcting means 401 of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the pitch angle is corrected in the period from 0 deg to 90 deg and from 270 deg to 360 deg. In the following, such additional embodiments will be described.
図６は、上記ピッチ角度の補正を実施した場合の、アジマス角度に対するブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、および、ブレード基部の荷重変化を示す。図６の横軸はアジマス角度を示し、縦軸は図上方からそれぞれ、ブレードピッチ角度、ブレード基部の荷重、および、ブレード基部の荷重変化を示す。アジマス角度に対するブレードピッチ角度を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレードピッチ角度がフェザー方向へ向かうことを指す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重を示す図では、図中、上方向に行くにつれてブレード基部の荷重が大きくなることを示す。アジマス角度に対するブレード基部の荷重変化を示す図では、図中、上方向に行くにつれて、ブレード基部の荷重変化が大きくなることを示す。また、図中の破線が本実施例のピッチ角度補正手段４０１を適用しない場合を示し、実線が本実施例のピッチ角度補正手段４０１を適用した場合の結果を示す。 FIG. 6 shows blade pitch angle, blade base load, and blade base load change with respect to the azimuth angle when the pitch angle is corrected. The horizontal axis of FIG. 6 shows the azimuth angle, and the vertical axis shows the blade pitch angle, the load of the blade base, and the load change of the blade base from the top of the drawing, respectively. In the figure which shows the blade pitch angle with respect to an azimuth angle, it points out that a blade pitch angle goes to a feather direction as it goes upwards in the figure. In the figure which shows the load of the blade base with respect to an azimuth angle, it shows that the load of a blade base becomes large as it goes upwards in the figure. In the figure showing the load change of the blade base with respect to the azimuth angle, it is shown that the load change of the blade base increases in the upward direction in the figure. Also, the broken line in the figure shows the case where the pitch angle correcting unit 401 of this embodiment is not applied, and the solid line shows the result when the pitch angle correcting unit 401 of this embodiment is applied.
図５と図６の実線にて示す本実施例のピッチ角度補正手段４０１との違いは、アジマス角度0degから90degと270degから360degでもピッチ角度を補正することである。図６では、アジマス角度90degから270deg期間でのピッチ角度のフェザー方向への補正による発電出力の低下を抑制するために、アジマス角度0degから90degと270degから360degにてピッチ角度をθ1からファイン側のθ3へ補正する。これに伴い、アジマス角度0degから90degでは、ブレード基部の荷重はＬ３からＬ１まで減少する（比較例と比べると、ピーク荷重はL３に上昇）と共に、アジマス角度270degから360degの期間ではＬ１からＬ３へ増加する。ブレード基部の荷重変化は、アジマス角度0degから90degにおいては０から-ｄＬ３まで減少した後、０まで増加する。アジマス角度270degから360degでは０からｄＬ３まで増加した後に、０まで低下する。タワーシャドウ以外の領域（本実施例では0degから90deg及び270degから360degとしたが、この領域に限られず、また0degから90deg及び270degから360degの片方のみとすることも不可能ではない。）に位置する際に、本補正を考慮しない場合（比較例の様な場合）のピッチ角度（ピッチ角度指令基本値に補正値を加減算する場合、ピッチ角度指令基本値で定まる値）よりもピッチ角度をファイン側にすることによって、アジマス角１周で捉えた時の発電出力を低下させずに、かつ、ブレード基部の荷重変化を低減させることも可能になる。 The difference from the pitch angle correction means 401 of this embodiment shown by the solid line in FIG. 5 and FIG. 6 is that the pitch angle is corrected even at azimuth angles of 0 deg to 90 deg and 270 deg to 360 deg. In FIG. 6, in order to suppress a decrease in power generation output due to correction of the pitch angle in the feather direction in the period from azimuth angle 90 deg to 270 deg, the pitch angle is changed from θ1 to the fine side from θ1 to 90 deg and 270 deg to 360 deg. Correct to θ3. Along with this, at the azimuth angle of 0 deg to 90 deg, the load on the blade base decreases from L3 to L1 (compared to the comparative example, the peak load increases to L3), and from the azimuth angle of 270 deg to 360 deg, from L1 to L3. To increase. The load change of the blade base decreases from 0 to -dL3 and then increases to 0 at an azimuth angle of 0 deg to 90 deg. At an azimuth angle of 270 deg to 360 deg, it increases from 0 to dL3 and then decreases to 0. It is located in a region other than the tower shadow (in this embodiment, 0 deg to 90 deg and 270 deg to 360 deg, but not limited to this region, and it is not impossible to set only one of 0 deg to 90 deg and 270 deg to 360 deg). When making this correction, the pitch angle is finer than the pitch angle (when the correction value is added to or subtracted from the pitch angle command basic value, the value determined by the pitch angle command basic value) when this correction is not considered (as in the comparative example). By setting it to the side, it is possible to reduce the load change of the blade base without reducing the power generation output when captured at one round of the azimuth angle.
図５および図６に示すピッチ角度補正手段４０１では、ピッチ角度の補正を滑らかな曲線にて連続的に変化させているが、これに限ったものではなく、他の形態であっても良い。 In the pitch angle correction means 401 shown in FIGS. 5 and 6, the pitch angle correction is continuously changed with a smooth curve. However, the pitch angle correction unit 401 is not limited to this and may take other forms.
図７はピッチ角度補正手段４０１のピッチ角度の補正の形式を変更し、タワーシャドウ通過時の一部の期間でピッチ角度補正を一定値に保持する例を示す。図７の横軸はアジマス角度を示し、図７の縦軸はブレードピッチ角度を示す。図上方は、ブレードピッチ角度についてフェザー方向を示す。 FIG. 7 shows an example in which the pitch angle correction format of the pitch angle correction means 401 is changed, and the pitch angle correction is held at a constant value during a part of the period when the tower shadow passes. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the azimuth angle, and the vertical axis in FIG. 7 indicates the blade pitch angle. The upper part of the figure shows the feather direction with respect to the blade pitch angle.
図７では、アジマス角度φp1からφ１の期間にピッチ角度をθ１からθ２へ動作を完了し、アジマス角度φ１からφ２の期間にピッチ角度θ２に保持し、アジマス角度φ２からφp2の期間でピッチ角度をθ２からθ１まで変化させる。 In FIG. 7, the operation of the pitch angle from θ1 to θ2 is completed during the period of the azimuth angle φp1 to φ1, the pitch angle θ2 is maintained during the period of the azimuth angle φ1 to φ2, and the pitch angle is changed during the period of the azimuth angle φ2 to φp2. Change from θ2 to θ1.
一方で、図８に示すように、停止期間がなく、ピッチ角度が連続的に動作するように設定するものであっても良い。図８はピッチ角度補正手段４０１のピッチ角度の補正を連続的に操作する例を示す。図８の横軸はアジマス角度を示し、図８の縦軸はブレードピッチ角度を示す。図上方は、ブレードピッチ角度についてフェザー方向を示す。図８に示すピッチ角度の補正の形態は図５に示す形態と同様であるため、詳細説明を省略する。 On the other hand, as shown in FIG. 8, there may be no stop period and the pitch angle may be set to operate continuously. FIG. 8 shows an example in which the pitch angle correction unit 401 continuously operates to correct the pitch angle. The horizontal axis in FIG. 8 indicates the azimuth angle, and the vertical axis in FIG. 8 indicates the blade pitch angle. The upper part of the figure shows the feather direction with respect to the blade pitch angle. The form of pitch angle correction shown in FIG. 8 is the same as the form shown in FIG.
図７及び図８のいずれの場合についても、タワーシャドウ特性を考慮してピッチ角度を調整するアジマス角（ピッチ角度補正終了アジマス角度演算部４０４等で定まるアジマス角）に至る前に、ピッチ角度のファイン側への変更動作（本補正を考慮しないピッチ角度への復帰動作）が開始される。 In both cases of FIGS. 7 and 8, the pitch angle is adjusted before reaching the azimuth angle (azimuth angle determined by the pitch angle correction end azimuth angle calculation unit 404 or the like) for adjusting the pitch angle in consideration of the tower shadow characteristic. The change operation to the fine side (return operation to the pitch angle without considering this correction) is started.
《本願の実施形態におけるピッチ角度を補正するアジマス角度範囲》
以下では、本願の実施形態におけるピッチ角度補正手段４０１がピッチ角度を補正するアジマス角度範囲について説明する。
<< Azimuth angle range for correcting the pitch angle in the embodiment of the present application >>
Hereinafter, the azimuth angle range in which the pitch angle correction unit 401 in the embodiment of the present application corrects the pitch angle will be described.
図９は、ピッチ角度補正手段４０１がピッチ角度を補正するアジマス角度がブレード間の角度（２枚ブレードであれば、通常１８０度、３枚ブレードであれば、通常１２０度となることが多い。）以下である例を示す図である。図９において、風力発電装置１が備える複数のブレード２の（最近接の２枚）間のアジマス角度をφbとする。本実施例のピッチ角度補正手段４０１はピッチ角度の補正を開始するアジマス角度φp1からピッチ角度の補正を終了するアジマス角度φp2までのアジマス角度の範囲を示すピッチ角度補正範囲（タワーシャドウに位置する際にピッチ角を調整するアジマス角範囲）φpが上記φbよりも小さい（φp＜φb）例を示している。図９ではφpがφbよりも小さい範囲の状態を示すが、φpとφbがほとんど一致するものであったり、φpがφbの10分の1程度あったりしても良い。φp＞φbを排除するものでないが、その場合、複数枚のブレードが同時に通常よりもフェザー側に来ることになる。発電量などを考慮すると、φpとφbは少なくとも同程度が好ましく、φp＜φbが成立する方が更に好ましい。 In FIG. 9, the azimuth angle with which the pitch angle correction means 401 corrects the pitch angle is an angle between blades (usually 180 degrees for two blades and usually 120 degrees for three blades). It is a figure which shows the example which is the following. In FIG. 9, the azimuth angle between (the two closest blades) of the plurality of blades 2 provided in the wind turbine generator 1 is defined as φb. The pitch angle correction means 401 of this embodiment is a pitch angle correction range indicating the range of the azimuth angle from the azimuth angle φp1 at which the pitch angle correction is started to the azimuth angle φp2 at which the pitch angle correction is completed (when positioned in the tower shadow). In this example, azimuth angle range (pitch angle adjustment) φp is smaller than φb (φp <φb). Although FIG. 9 shows a state in which φp is smaller than φb, φp and φb may almost coincide with each other, or φp may be about 1/10 of φb. Although it does not exclude φp> φb, in this case, a plurality of blades simultaneously come closer to the feather side than usual. Considering the amount of power generation and the like, φp and φb are preferably at least approximately the same, and more preferably φp <φb.
図１０は、図９にて示すピッチ角度補正範囲φpが、タワーの位置を示すアジマス角度φtを含む状態を示す図である。図１０の通り、本実施例のピッチ角度補正手段４０１によるピッチ角度補正範囲φpに含むことで、タワーシャドウによるブレードおよびドライブトレインの振動を抑制することがより確実になる。また、ピッチ角度補正範囲φpの中心アジマス角度がφｔと一致するものであっても良い。 FIG. 10 is a diagram showing a state in which the pitch angle correction range φp shown in FIG. 9 includes an azimuth angle φt indicating the tower position. As shown in FIG. 10, by including in the pitch angle correction range φp by the pitch angle correction means 401 of this embodiment, it becomes more reliable to suppress the vibration of the blade and the drive train due to the tower shadow. Further, the center azimuth angle of the pitch angle correction range φp may coincide with φt.
図１１は、図９および図１０にて示すピッチ角度補正範囲φpの中心アジマス角度φpmがタワーの位置を示すアジマス角度φtと一致しない場合の例を示す。図１１に示すように、φpmのアジマス角度がφtよりも小さいアジマス角度としてピッチ角度を補正するものであっても良いし、図には明記しないが、φpmがφtよりも大きいアジマス角度としてピッチ角度を補正するものであっても良い。 FIG. 11 shows an example in which the center azimuth angle φpm of the pitch angle correction range φp shown in FIGS. 9 and 10 does not coincide with the azimuth angle φt indicating the tower position. As shown in FIG. 11, the pitch angle may be corrected by correcting the pitch angle as an azimuth angle with φpm smaller than φt, and although not clearly shown in the figure, the pitch angle as an azimuth angle with φpm larger than φt. It is also possible to correct this.
《本願の実施形態における風力発電装置１の形態》
以下では、本願の実施形態におけるピッチ角度補正手段４０１を適用する風力発電装置１の方式について説明する。
<< The form of the wind power generator 1 in embodiment of this application >>
Below, the system of the wind power generator 1 which applies the pitch angle correction | amendment means 401 in embodiment of this application is demonstrated.
図１２は、風力発電装置１のロータ４がタワー７よりも風上に位置するアップウインド方式の例を示す。また、図１３は、風力発電装置１のロータ４がタワー７よりも風下に配置するダウンウインド方式の例を示す。図１２および図１３に示す両方式においても、タワーによってタワー近傍の風がさえぎられるタワーシャドウ特性の影響があり、ブレードおよびドライブトレインに振動を発生させるため、本願の実施形態におけるピッチ角補正手段４０１はいずれの方式に対しても、ブレードの荷重変化を緩和する効果を備える。 FIG. 12 shows an example of an upwind method in which the rotor 4 of the wind power generator 1 is located on the windward side of the tower 7. FIG. 13 shows an example of a downwind system in which the rotor 4 of the wind turbine generator 1 is arranged leeward than the tower 7. In both of the systems shown in FIGS. 12 and 13, there is an influence of a tower shadow characteristic in which the wind in the vicinity of the tower is blocked by the tower, and vibrations are generated in the blade and the drive train. Therefore, the pitch angle correcting unit 401 in the embodiment of the present application is used. Has an effect of alleviating the load change of the blade for any of the methods.
《本願の実施形態におけるピッチ角度補正手段４０１の処理》
尚、上記ではピッチ角度補正最大値を演算するためにセンサ１０の出力信号である前記センサ出力を利用すると説明したが、具体的には、センサ出力を風速、ブレード変位量、ブレード荷重、ロータ回転速度、発電機回転速度、タワー傾斜角度やタワー荷重とすること等が挙げられる。この場合、図４を用いて説明したセンサ出力がこれらに置き換わることで、同様に制御を行うことが可能である。
<< Processing of Pitch Angle Correction Unit 401 in the Embodiment of the Present Application >>
In the above description, the sensor output, which is the output signal of the sensor 10, is used to calculate the maximum pitch angle correction value. Specifically, the sensor output is used for wind speed, blade displacement, blade load, rotor rotation. The speed, the generator rotation speed, the tower inclination angle, the tower load, etc. may be mentioned. In this case, it is possible to perform the same control by replacing the sensor output described with reference to FIG.
《本願の実施形態におけるタワー制振制御のフローチャート》
図１４は、本願の実施形態におけるピッチ角度補正手段４０１のフローチャートの一例を示す。図４のブロック図の流れをフローとして説明したものである。
<< Flowchart of tower vibration suppression control in the embodiment of the present application >>
FIG. 14 shows an example of a flowchart of the pitch angle correction means 401 in the embodiment of the present application. The flow of the block diagram of FIG. 4 is described as a flow.
ステップS２１０１では、ピッチ角度補正手段４０１の入力となる情報をセンサにて計測し、信号処理にて値を決定する。ステップS２１０２では、ピッチ角度を補正する対象となるブレード２のアジマス角度を決定する。ステップS２１０３では、ステップS２１０１にて決定したセンサ出力と、ステップS２１０２にて決定したアジマス角度から、ピッチ角度補正最大値を決定する。ステップS２１０４では、ステップS２１０１にて決定したセンサ出力と、ステップS２１０２にて決定したアジマス角度に基づき、ピッチ角度補正開始アジマス角度を決定する。ステップS２１０５では、ステップS２１０１にて決定したセンサ出力と、ステップS２１０２にて決定したアジマス角度に基づき、ピッチ角度終了開始アジマス角度を決定する。ステップS２１０６では、ステップ２１０２にて決定したアジマス角度と、ステップ２１０３にて決定したピッチ角度補正最大値と、ステップ２１０４にて決定したピッチ角度補正開始アジマス角度と、ステップS２１０５にて決定したピッチ角度補正終了アジマス角度に基づいて、アジマス角度に従ったピッチ角度補正量を決定する。ステップ２１０７は、ステップ２１０６にて決定したピッチ角度補正量を、可変速制御などで決定されたピッチ角度基本指令値に加算することにより、ピッチ角度指令値を決定する。以上のステップを処理した後、一連の動作を終了し、次のサイクルにて同様の処理を実施する。 In step S2101, information serving as input to the pitch angle correction unit 401 is measured by a sensor, and a value is determined by signal processing. In step S2102, the azimuth angle of the blade 2 whose pitch angle is to be corrected is determined. In step S2103, the pitch angle correction maximum value is determined from the sensor output determined in step S2101 and the azimuth angle determined in step S2102. In step S2104, the pitch angle correction start azimuth angle is determined based on the sensor output determined in step S2101 and the azimuth angle determined in step S2102. In step S2105, the pitch angle end start azimuth angle is determined based on the sensor output determined in step S2101 and the azimuth angle determined in step S2102. In step S2106, the azimuth angle determined in step 2102, the maximum pitch angle correction value determined in step 2103, the pitch angle correction start azimuth angle determined in step 2104, and the pitch angle correction determined in step S2105. Based on the end azimuth angle, the pitch angle correction amount according to the azimuth angle is determined. In step 2107, the pitch angle command value is determined by adding the pitch angle correction amount determined in step 2106 to the pitch angle basic command value determined by variable speed control or the like. After processing the above steps, the series of operations is terminated, and the same processing is performed in the next cycle.
尚、本発明が適用される風力発電装置は、特定の基礎や土台に取り付けられることを限定する必要はなく、例えばタワーが地面または海底に設置される着床式の風力発電装置であっても良いし、海域に浮かべた土台部分に設置される浮体式の風力発電装置であっても良い。 The wind power generator to which the present invention is applied need not be limited to being attached to a specific foundation or foundation. For example, even if it is a landing type wind power generator in which a tower is installed on the ground or the seabed, It may be a floating wind power generator installed on a base floating in the sea area.
１ 風力発電装置
２ ブレード
３ ハブ
４ ロータ
５ ピッチアクチュエータ
６ ナセル
７ タワー
８ アジマス角度検出用センサ
９ コントローラ
１０ センサ
４０１ ピッチ角度補正手段
４０２ ピッチ角度補正最大値演算部
４０３ ピッチ角度補正開始アジマス角度演算部
４０４ ピッチ角度補正終了アジマス角度演算部
４０５ ピッチ角度補正値演算部
４０６ 加算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 2 Blade 3 Hub 4 Rotor 5 Pitch actuator 6 Nacelle 7 Tower 8 Azimuth angle detection sensor 9 Controller 10 Sensor 401 Pitch angle correction means 402 Pitch angle correction maximum value calculation unit 403 Pitch angle correction start azimuth angle calculation unit 404 End of pitch angle correction azimuth angle calculator 405 Pitch angle correction value calculator 406 Adder
Claims (7)
前記ブレードのピッチ角を調整可能な風力発電装置であって、
前記ブレードが前記タワーのタワーシャドウに位置する際における前記ピッチ角が、フェザー側へ調整され、
前記センサの出力であるブレード変位量、ブレード荷重、タワー傾斜角度やタワー荷重のうちの少なくとも一つ、及び前記ブレードのアジマス角に応じて前記ピッチ角を調整する範囲が定まり、
ピッチ角度補正最大値は、ブレード基部の前記ブレード荷重を前記ブレード基部に備えられた前記センサの出力により求め、前記タワーシャドウの影響がある前記アジマス角度での前記ブレード基部の前記ブレード荷重と、前記タワーシャドウの影響がない前記アジマス角度での前記ブレード基部の前記ブレード荷重との差分に比例して定まることを特徴とする風力発電装置。 A blade that rotates in response to wind, a tower that supports the load of the blade, and a sensor,
A wind power generator capable of adjusting the pitch angle of the blade,
The pitch angle when the blade is located in the tower shadow of the tower is adjusted to the feather side ,
A range for adjusting the pitch angle is determined according to at least one of a blade displacement amount, a blade load, a tower inclination angle and a tower load as an output of the sensor, and an azimuth angle of the blade,
The pitch angle correction maximum value is obtained by calculating the blade load of the blade base from the output of the sensor provided in the blade base, the blade load of the blade base at the azimuth angle affected by the tower shadow, A wind power generator characterized by being determined in proportion to a difference from the blade load of the blade base at the azimuth angle without the influence of a tower shadow .
前記タワーシャドウ以外に位置する際に、前記ピッチ角がファイン側へ調整されることを特徴とする風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 1,
The wind power generator characterized in that the pitch angle is adjusted to the fine side when positioned other than the tower shadow.
前記ブレードがアジマス角上でブレードが頂点に位置する際を０degとした時に、前記ブレードがアジマス角上０deg〜９０deg又は２７０deg〜３６０degに位置する時に、前記ピッチ角がファイン側へ調整されることを特徴とする風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 2,
The pitch angle is adjusted to the fine side when the blade is positioned at 0 deg to 90 deg or 270 deg to 360 deg on the azimuth angle when the blade is positioned at the apex on the azimuth angle. A featured wind power generator.
前記タワーシャドウに位置する際に前記ピッチ角を調整するアジマス角の範囲が、複数の前記ブレード間のアジマス角以下であることを特徴とする風力発電装置。 A wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3,
The wind power generator characterized by the range of the azimuth angle which adjusts the said pitch angle when it is located in the said tower shadow being below the azimuth angle between the said several blades.
前記ブレードが前記タワーのタワーシャドウに位置する際に前記ピッチ角を調整する速度が最大ピッチ速度であることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 4,
The wind power generator according to claim 1, wherein a speed at which the pitch angle is adjusted when the blade is positioned in a tower shadow of the tower is a maximum pitch speed.
前記ブレードの回転する速さ及びピッチ角変化に要する時間を考慮して、前記ブレードがタワーシャドウに位置する前に前記ピッチ角のフェザー側への調整を開始することを特徴とする風力発電装置。 A wind turbine generator according to any one of claims 1 to 5,
In consideration of the rotational speed of the blade and the time required for changing the pitch angle, the wind power generator starts adjusting the pitch angle to the feather side before the blade is positioned in the tower shadow.
前記ピッチ角の調整が終了するアジマス角に至る前に、前記ピッチ角はファイン側へ変更されることを特徴とする風力発電装置。 A wind turbine generator according to any one of claims 1 to 6 ,
Before reaching the azimuth angle at which the adjustment of the pitch angle ends, the pitch angle is changed to the fine side.
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