JPS59212576A

JPS59212576A - プロペラ型風車発電機の制御方法

Info

Publication number: JPS59212576A
Application number: JP58086045A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kyoizumi; 宏三京和泉; Kazutsugu Watanabe; 和嗣渡辺
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 1983-05-17
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1984-12-01
Also published as: JPS6410670B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、プロペラ型風車発電機の運転制御方法に係
り、従来不可欠であった風車近傍に設置する風速計なし
で、風車が実際に受りている風に応じて風車発電機自体
で必要な制御が可能な運転制御方法に関する。

一般に、可変ピッチ・プロペラ型風車発電機は、システ
ムを安全にかつ効率よく運転するため、風車近傍に風速
計を設置し、風速信号に基づいて風車のカット・イン（
起動ピッチにあったブレードを運転ピッチに切換えるこ
とを言う）、カット・アウト（運転ピッチにあったブレ
ードを起動ピッチに切換えることを言う）を行ない所定
のパターンで運転制御されている。

かかる制御パターンを第１図に基づ゛いて説明すると、
風速が所定速度以下の場合、ブレードは起動ピッチ状態
にあり、風速に比例してゆっくりと回転し、所定風速す
なわちカット・イン風速Ｖ】になると、これを風速計で
検知してピッチ変換機構を起動して運転ピッチに切換る
。運転ピッチでは、同じ風速でも起動ピッチ時より回転
数が増加し、風速に比例して風車の回転数が多くなる、
。

つぎに、設定した定格風速■２に風速が達し、これ以上
速くなると、自動ピッチ制御が作動して風車の回転が一
定になるようピッチ制御される。

ざらに、風速が増大して強風カット・アウト風速ｖ４に
なったのを風速計で検知すると、強制的にブレードのピ
ッチを起動ピッチに戻し、強風下でも風車の回転数を低
く保ち、風車が異常に高速回転して装置の破損するのを
防止する。また、風速が再び低くなり、例えば■３風速
（強風カット・イン）になると、ピッチ制御して定格回
転数まで上昇させる。通常、このｖ３ど■４　とに適当
な差を設けて、強風下のカット・イン、カット・アラ［
〜を安定に作動させている上の如く、プロペラ型風車発電機の運転制御には、風速
計が不可欠であったが、かかる風速計は、計器自体が非
常に高価であり、また、風速計信号を風車制御回路へ伝
えるため、スリップリングの回路数が増える問題があり
、さらに、風車近傍に風速削を設置しても、風車が受け
ている風の状況と用速計が表示する状況とは著しく相違
する場合があり、風車が実際に受けている風に応じて最
適な制御がなされているとは言い難いこの発明は、かかる現状に鑑み、風速計なしで、風車が
実際に受けている風に応じて風車発電機自体で必要な制
御が可能な運転制御方法を目的にしている。

すなわち、この発明は、可変ピッチ機構を有するプロペ
ラ型風車発電機において、ピッチ変換機構内に設定した
基準部材の変位として検出したブレードのピッチ角信号
と、ブレードローターの回転数信号とによりブレードに
おける風速を検知し、検知した風速に基づいて予め設定
した風速と風車回転数との運転ピッチパターンで運転す
ることを特徴とするプロペラ型風車発電機の制御方法で
ある。

ブレードのピッチ角は、ピッチ変換機構内に設定した基
準部材の一定の変位を、公知の変位センサで検出するも
ので、ピッチ変換機構には、ギア。

カム、ロット、レバー、スプリングなどを使用する機械
式、シリンダーを使用する油圧式、モータ。

電磁制御等を使用する電気式、シリンダーを使用する空
気式及びこれらの組み合Ｖ式等の多種のものが提案され
ているが、いずれの機構であっても、ブレードのピッチ
変化を、使用している部材の回転や直線運動として変換
し、変位センサで検知するか、使用する動力あるいは缶
の変化等より検知したり、または直接ブレードシャンク
あるいはこれに付設する部材の回転等で検知することに
より容易に検知できる。

また、ブレードローターの回転すなわち風車の回転数は
、風車の回転軸、風車と発電機どの間に介在させる増速
機、あるいは発Ｎ機の回転を、公知の回転検出装置で検
知でき、設定する制御装置の方式により１％車回転数の
検知場所を適宜選定すればよい。

風速と風車回転数で定める運転ピッチパターンは、前述
した第１図のパターンを始め、使用する風車発電機の発
電能力に応じて選定した運転ピッチパターンを使用すれ
ばよく、ピッチ変換機構内に設定した基準部材の変位と
して検出したブレードのピッチ角信号と、ブレードロー
ターの回転数信号とによりブレードにお【プる風速を検
知し、検知したＦ＠速に基づいて、予め設定した風速と
風車回転数との運転ピッチパターンどなるように、例え
ば、実施例に示ず如く、ピッチ変換機構の動力の油圧回
路を制御する。

制御装置は、ピッチ変換機構の動力源に応じて、適宜選
定し、油圧制御弁を電気的に制御したり、モータやシリ
ンダーを電気的、機械的に制御すればよい。

以下に、この発明による実施例を詳述する。第２図は実
施例のピッチ変換機構を示す説明図、第３図はピッチ変
換機構の制御装置の回路説明図である。

風車は、複数枚のブレード（１）がそのシャンク（２）
外周部を軸受（４）で軸支されてハブ（５）の外周の放
射位置に回転自在に取着されて構成されている。ハブ（
５）内にはその軸方向に油圧シリンダー（６）が形設し
てあり、ベータシャフト（７）が先端部にピストン（９
］を形成して嵌入され、ピストン（９）に当接してハブ
先端側のシリンダー（６）内にスプリング（１１）が挿
入しである。

シャンク（２）の端面には係合ビン（３）が突設され、
ベータシャフト（７）のシャフト部中央外周にはビン穴
（１０）が凹設してあり、係合ビン（３）とビン穴ｆｌ
ｏ）が係合し、ベータシャフト（７）の直線運動が回転
運動に変換され、ピッチが制御される構成である。

ベータシャフト（７）のシャフト部軸中心には油道（８
）が穿孔されており、風車で駆動されるポンプ（２０〉
によって供給される圧油を、シリンダー（６）内の圧油
ｆｆ（１２）に導入できる。このポンプ（２０）よりの
圧油は電気−圧力制御弁（２１）で制御されて圧油室（
１２〉に供給されてスプリング（１１）を押圧づ−るが
、圧油が無い場合はピストン（９）を図で右行させて、
ブレード（１）を起動ピッチに保持する構成である。

この電気−圧力制御弁（２１）を作動させるのは、電気
的制御を行イ〒う制御装置（２３）であり、制御装置（
２３）には、風車の回転数を検出するタコジェネレータ
（２４）よりの回転数信号と、ブレード（１）のピッチ
はベータシャフト（７）の位置で判別できるので、ベー
タシャフト（７）の右端にイ勺設したポテンショメータ
（２２）からのピッチ角信号とが入力される。なお、タ
コジェネレータ（２４）は図示しない発電機の回転軸に
付設され、発電機の回転数を変換機で所定の電圧に変換
して入力層る構成である。

制御装置（２３）は、コンパレータ（３１）　　（３２
）（３３）　、ＮＡＮＤＡＮＤ回路）、ＡＮＤ回路（３
５）、スイッチ（３６〉、抵抗（３９）および差動増幅
器（３７）　、電流増幅器（３８）から形成されてあり
、コンパレータ（３１）　　（３２）と差動増幅器（３
７）の各々の一方の入力端子に、タコジェネレータ（２
４）からの信号が入り、他のコンパレータ（３３）の一
方の入力端子にはポテンショメータ（２２）からの信号
が入力され、コンパレータ（３２）　　（３３＞の出力
がＮＡＮＤＡＮＤ回路）に入力され、ＮＡＮＤＡＮＤ回
路）の出力とコンパレータ（３１）の出力がＡＮＤ回路
（３５）に入り、その出力はスイッチ（３Ｇ）に接続さ
れ、また、スイッチ（３６）ば差動増幅器（３７）の出
力と電流増幅器（３８）の入力側間に接続されている。

この制御装置（２３）は、コンパレータ（３１）の他の
入ツノ端子にカット・インＶ１値が入力され、同様に、
コンパレータ（３２）には強風カット・インＶ３　、カ
ッ１へ・アウトｖ４値が、コンパレータ（３３）には設
定ピッチ値が、差動増幅器（３７）の＋側には設定回転
数値が入力され、第１図に示ず運転ピッチパターンで制
御する構成である。

／！！！速が零近辺では、電気−圧力制御弁り２１）へ
制御電流を出力する電流増幅器（３８）の出力が、スイ
ッチ（３Ｇ）がオフで、抵抗によりＯとなるため、電気
−圧力制御弁（２１）への入力もＯとなり、シリンダー
（６）圧油室（１２）の圧油供給がＯとなり、べ一タシ
トフト（７）はスプリングにより右側へ抑圧されてブレ
ード（１）は起動ピッチとなる。

起動ピッチのままで川速か上昇して■１以上になると、
りＺ１ジ１ネレータ（２４）からの信号でコンパレータ
（３１）がオンとなり、また、コンパレータ（３２）は
Ｖ３　、ｖ、、以下では作動けず、コンパレータ（３３
）の出力に関わらず、ＮＡＮＤＡＮＤ回路）の出力はオ
ンとなるため、ＡＮＤ回路（３５）の２つの入ノ〕がオ
ンとなり、その出力がオンとなる。ＡＮ″Ｄ回路（３５
）の出力がオンとなってスイッチ（３６）を駆動し、タ
コジェネレータ（２４）差動増幅器（３７）、電流増幅
器（３８）及び電気−圧力制御弁（２１）からなるピッ
チ制御装置をクローズトループに形成づる。

風速がｖ１〜■２の間は、差動増幅器（３７）の＋側入
ノつ（設定回転数）の方が大きく、適当な増幅度を有す
るため、電流増幅器（３８）が最大出力を出力し、シリ
ンダー（６）内の圧油ＩＷ（１２）の圧力が上り、ブレ
ード（１）のピンチは運転ピッチに切替えられる。

ざらに、風速が上背すると、タコジェネレータ（２４）
の出力が上り差動１曽幅器（３７）の−側入力信号が＋
側入力信号に一致するよう作動し、通常のクローズトル
ープ比例制御動作が１ηられ、■２以上の風速になって
も、風車の回転は設定された回転数で駆動される。

風速がｖ４に近づくと、風車の回転数を一定に保持する
ため、第１図に示す一点鎖線のパターンの如く、起動ピ
ッチに近づいてくる。このピッチの変化をベータシャフ
ト（７）のポテンショメータ（２２）で検出し、起動ピ
ッチを含む設定ピッチ以下となったとぎ、コンパレータ
（３３）がオンとなるように設定する。

このどき、ブレード（１）のピッチか起動ピッチに近く
、風速が設定回転数で回転する場合は風速が速いことに
なるので、］コンパレータ３２）の入力信号の■１　に
相当する値として、設定回転数よりも僅かに低い回転で
のタコジェネレ〜り（２４）出ツクを選定すれば、この
出力電圧以上になるとコンパレータ＜３２）がオンとな
る。

両方の」ンパレータ（３３）　　（３２）がオンとなる
ため、ＮＡＮｌつ回路（３４）の出力は０どなり、ＡＮ
Ｄ回路（３５）の出力もＯどなり、ツイツチ（３６）が
オフどなる。スイッチ（３Ｇ）がオフで、抵抗によりＯ
となるため、電気−圧力制御弁（２１）への入力もＯと
なり、シリンダー（６）圧油Ｚ（１２）の圧油供給がＯ
となり、ベータシャフト（７）はスプリング（１１）に
Ｊ、り右側へ押圧されてブレード（１）は起動ピッチと
なる。

第１図に示づ゛如く、ブレード（１）が起動ピッチにあ
っても、Ｊ！Ｉ速が高いので、風車の回転数はカッｉ〜
・イン■１時の回転数０１　より人きい、ここで、風速
が下がって風車回転数が１）３になれば、再びスイッチ
（３６〉を駆動してオンとし、制御装置を作動さ−しる
よう、コンパレータ（３２）に１は、州車回転数と出力
間に、第４図に示すヒステリシスをもたせである。

従って、この発明は、カッ１〜・イン、定格回転、カン
１〜・アウト、強風カット・インの自動制御を風車近傍
に設置する風速計無しで、風車自体で実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は風車発電機の運転ビッヂパターンを示すグラフ
である。第２図は実施例のピッチ変換１幾構を示す説明
図、第３図はピッチ変換機構の制御装置の回路説明図で
ある。第４図はコンパレータの出力特性を風車回転数で
示すグラフである。１・・・ブレード、２・・・シャンク、３・・・係合ビ
ン、４・・・軸受、５・・・ハブ、６・・・シリンダー
、７・・・べ一タシトフト、８・・・油道、９・・・ピ
ストン、１０・・・ビン穴、１１・・・スプリング、１
２・・・圧油室、２０・・・ポンプ、２１・・・電気−
圧力制御弁、２２・・・ポデンショメータ、２３・・・
制御装置、２４・・・タコジェネレータ、３１，３２．
３３・・・コンパレータ、３４・・・ＮＡＮＤＡＮＤ回
路・・・ＡＮＤ回路、３６・・・スイッチ、３７・・・
差動増幅器、３８・・・電流増幅器、３９・・・抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

１　可変ピッチｔａ構を有するプロペラ型風車発電機に
おいて、ピッチ変換機構内に設定した基準部材の変位と
して検出したブレードのピッチ角信号と、ブレードロー
ターの回転数信号とによりブレードにおける風速を検知
し、検知した風速に基づいて予め設定した風速と風車回
転数との運転ピッチパターンで運転することを特徴とす
るプロペラ型風車発電機の制御方法。