(57)【要約】  風力発電装置は、主軸に作用するトルクがトルクリミットとなる従来のカットアウト風速よりも小さい出力低減開始風速に達する風を翼が受けた場合に、従来のカットアウト風速でトルクがトルクリミットを越えないように、トルクの変化を出力低減開始風速前後で異ならせるトルク低減制御を行う。例えば、風力発電装置は、翼が受ける風が出力低減開始風速に達すると、トルクの変化の傾きを出力低減開始風速に達する前に比べて小さくする。従って、風力発電装置は、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。
2012114487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御装置であって、
主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速よりも小さい予め定められた第２風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第２風速前後で異ならせる制御を行う出力制御手段、
を備えた風力発電装置の制御装置。
【請求項２】
翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御装置であって、
主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第１風速前後で異ならせる制御を行う出力制御手段、
を備えた風力発電装置の制御装置。
【請求項３】
前記出力制御手段によって前記制御が行われている場合に、前記ロータの回転数を一定に保つように前記翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段を備える請求項１又は請求項２記載の風力発電装置の制御装置。
【請求項４】
前記出力制御手段は、前記翼が受ける風が前記第２風速に達すると、前記トルクの変化の傾きを前記第２風速に達する前に比べて小さくする請求項１記載の風力発電装置の制御装置。
【請求項５】
前記出力制御手段は、前記翼が受ける風が前記第１風速に達すると、前記トルクを所定量下げ、その後、風速の増加に応じて前記トルクを増加させる請求項２記載の風力発電装置の制御装置。
【請求項６】
翼を有し、風を受けて回転するロータと、
前記ロータと主軸を介して連結され、該ロータの回転により発電する発電機と、
請求項１又は請求項２記載の制御装置と、
を備えた風力発電装置。
【請求項７】
翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御方法であって、
主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速よりも小さい予め定められた第２風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第２風速前後で異ならせる制御を行う第１工程と、
さらに風速が上昇し、前記トルクが前記限界値となる第３風速に達すると前記発電機による発電を停止させる第２工程と、
を含む風力発電装置の制御方法。
【請求項８】
翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御方法であって、
主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第１風速前後で異ならせる制御を行う第１工程と、
さらに風速が上昇し、前記トルクが前記限界値となる第３風速に達すると前記発電機による発電を停止させる第２工程と、
を含む風力発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する。ところで、ロータが回転することによって、風力発電装置の主軸や増速機等の機器には、回転に応じた荷重が作用する。そのため、風力発電装置は、主軸や増速機等の機器に作用する荷重が、定められた設計荷重を超えることを防ぐために、予め定められた風速（カットアウト風速）に達すると、発電を停止している。【０００３】
ここで、特許文献１には、風力発電装置が受ける風が、過負荷による損耗を与えるような風速に達した場合に、ロータの回転数を下げつつ、出力を低下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第０８４７４９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、風が強い場合に、機器へ作用する荷重を低減させることができるが、そのために出力を低減させるので、強いが風が吹く頻度が高くなると年間の総発電量が減少してしまう。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法は以下の手段を採用する。【０００８】
すなわち、本発明に係る風力発電装置の制御装置は、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御装置であって、主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速よりも小さい予め定められた第２風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第２風速前後で異ならせる制御を行う出力制御手段、を備える。【０００９】
本発明によれば、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の主軸に作用するトルクが制御される。
なお、主軸に作用するトルクは、翼が受ける風が上昇すると共に上昇し、機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値がある。また、上記機器とは、主軸の他に増速機等である。【００１０】
そこで、主軸に作用するトルクが限界値となる第１風速よりも小さい予め定められた第２風速に達する風を翼が受けた場合に、出力制御手段によって、第１風速でトルクが限界値を越えないように、トルクの変化を第２風速前後で異ならせる制御が行われる。【００１１】
従来では、トルクが限界値を超える第１風速の風を翼が受けると、機器の損耗を防ぐために、発電機による発電を停止させていたが、本発明は、出力制御手段による上記制御によって、第１風速を超えても発電機による発電を継続させることができる。【００１２】
従って、本発明は、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。【００１３】
また、本発明に係る風力発電装置の制御装置は、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御装置であって、主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第１風速前後で異ならせる制御を行う出力制御手段、を備える。【００１４】
本発明では、主軸に作用するトルクが限界値となる第１風速に達する風を翼が受けた場合に、出力制御手段によって、第１風速でトルクが限界値を越えないように、トルクの変化を第１風速前後で異ならせる制御を行う。
従って、本発明は、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。【００１５】
また、上記構成においては、前記出力制御手段によって前記制御が行われている場合に、前記ロータの回転数を一定に保つように前記翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段を備える構成が好ましい。【００１６】
出力制御手段によって上記制御が行われると、発電機に対する負荷が低減されるためロータの回転が速くなる。このため、風力発電装置は、上記制御と共にロータの制御が必要となる。そこで、本発明によれば、出力制御手段によって上記制御が行われた場合に、ロータの回転数を一定（例えば、定格回転数で一定）に保つように翼のピッチ角が制御されるので、ロータの回転数が上昇することを防ぐことができる。【００１７】
また、上記構成においては、前記出力制御手段が、前記翼が受ける風が前記第２風速に達すると、前記トルクの変化の傾きを前記第２風速に達する前に比べて小さくする構成が好ましい。【００１８】
本発明によれば、翼が受ける風が前記第２風速に達すると、主軸に作用するトルクの変化の傾きを第２風速に達する前に比べて小さくするので、第１風速においてトルクが限界値を超えることをより確実に防ぐことができる。【００１９】
また、上記構成においては、前記出力制御手段が、前記翼が受ける風が前記第１風速に達すると、前記トルクを所定量下げ、その後、風速の増加に応じて前記トルクを増加させる構成が好ましい。【００２０】
本発明によれば、翼が受ける風が第１風速に達すると、主軸に作用するトルクを所定量下げ、その後、風速の増加に応じて該トルクを増加させるので、発電機からより多くの出力を得ることができる。【００２１】
さらに、本発明に係る風力発電装置は、翼を有し、風を受けて回転するロータと、前記ロータと主軸を介して連結され、該ロータの回転により発電する発電機と、上記記載の制御装置と、を備える。【００２２】
本発明によれば、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。【００２３】
また、本発明に係る風力発電装置の制御方法は、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御方法であって、主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速よりも小さい予め定められた第２風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第２風速前後で異ならせる制御を行う第１工程と、さらに風速が上昇し、前記トルクが前記限界値となる第３風速に達すると前記発電機による発電を停止させる第２工程と、を含む。【００２４】
本発明によれば、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。【００２５】
また、本発明に係る風力発電装置の制御方法は、翼を有するロータが風を受けて回転し、該ロータと主軸を介して連結されている発電機が該ロータの回転により発電する風力発電装置の制御方法であって、主軸に作用するトルクが機器に損耗を生じさせる可能性がある限界値となる第１風速に達する風を前記翼が受けた場合に、前記第１風速で前記トルクが前記限界値を越えないように、前記トルクの変化を前記第１風速前後で異ならせる制御を行う第１工程と、さらに風速が上昇し、前記トルクが前記限界値となる第３風速に達すると前記発電機による発電を停止させる第２工程と、を含む。【００２６】
本発明によれば、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、翼が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態に係る風力発電装置の外観図である。
【図２】第１実施形態に係る風力発電装置の電気的構成図である。
【図３】第１実施形態に係る風力発電装置の風速に対する各種変化を示すグラフであり、図３（Ａ）は、風速に対する風力発電装置の出力の変化を示し、図３（Ｂ）は、風速に対する主軸に作用するトルクの変化を示す。
【図４】第１実施形態に係る風力発電装置の風速に対する各種変化を示すグラフであり、図４（Ａ）は、風速に対するロータの回転数の変化を示し、図４（Ｂ）は、風速に対する翼のピッチ角の変化を示す。
【図５】第１実施形態に係るピッチ角に対する制御を含むトルク低減制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る風力発電装置の風速に対する各種変化を示すグラフであり、図６（Ａ）は、風速に対する風力発電装置の出力の変化を示し、図６（Ｂ）は、風速に対する主軸に作用するトルクの変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本第１実施形態に係る風力発電装置１０の外観図である。
図１に示す風力発電装置１０は、所謂可変速風車であり、基礎１２上に立設される支柱１４と、支柱１４の上端に設置されるナセル１６と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル１６に設けられるロータ１８とを有している。
【００３１】
ロータ１８には、その回転軸線周りに放射状にして複数（本第１実施形態では、一例として３つ）の翼２０が取り付けられている。これにより、ロータ１８の回転軸線方向から翼２０に当たった風の力が、ロータ１８を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。そして、該動力がロータ１８に主軸３０を介して連結されている発電機３４（図２参照）によって電力に変換される。なお、翼２０は、運転条件に応じて回動可能なようにロータ１８に連結されており、翼２０のピッチ角が変化可能とされている。
なお、発電機３４は、インバータ及びコンバータ等で構成される電力変換器を含み、電力変換器は、発電機３４が出力する交流電力を電力系統の周波数に適合した交流電力に変換する。
【００３２】
図２は、本第１実施形態に係る風力発電装置１０の電気的構成を示した模式図である。
【００３３】
風力発電装置１０は、主軸３０の回転数を増速する増速機３２を介して動力が発電機３４に伝達され、発電機３４によって動力が電力に変換される。
そして、風力発電装置１０は、変圧器３６を介して電力系統（Grid）に電気的に接続されており、発電機３４によって動力から変換された電力を電力系統へ供給する。
【００３４】
また、風力発電装置１０は、ナセル１６内に備えられている風車制御装置４０によって制御される。
風車制御装置４０は、発電機出力制御部４２及びピッチ角制御部４４を備えている。
【００３５】
発電機出力制御部４２は、発電機３４の出力を制御するための出力指令値Pdemを生成し、発電機３４へ送信する。出力指令値Pdemは、電力系統からの出力要求、並びに現在の発電機３４の出力、ロータ１８の回転数、翼２０のピッチ角、及び風速等に基づいて決定される。
発電機３４は、出力指令値Pdemを受信すると、該出力指令値Pdemに基づいて、出力を変化させる。
【００３６】
ピッチ角制御部４４は、翼２０のピッチ角を制御するためにピッチ角指令値θを生成し、ロータ１８に内蔵されているピッチ角を変化させるピッチアクチュエータ（不図示）へ送信する。ピッチ角指令値θは、現在のピッチ角、翼２０が受ける風の速度、及びロータ１８の回転数等に基づいて決定される。
ピッチアクチュエータは、ピッチ角指令値θを受信すると、該ピッチ角指令値θに基づいて、翼２０のピッチ角を変化させる。
【００３７】
図３は、本第１実施形態に係る風力発電装置１０の風速に対する各種変化を示すグラフである。なお、以下の説明において、風速とは、平均風速（例えば１０分間の平均）のことをいう。
【００３８】
図３（Ａ）は、風速に対する風力発電装置１０の出力の変化を示すグラフである。図３（Ａ）において、実線が、風速に対する本第１実施形態に係る風力発電装置１０の出力の変化を示し、破線が、風速に対する従来の風力発電装置の出力の変化を示す。
【００３９】
一方、図３（Ｂ）は、風速に対する主軸３０に作用するトルクの変化を示している。なお、図３（Ｂ）において、実線が、風速に対する本第１実施形態に係る風力発電装置１０のトルクの変化を示し、破線が、風速に対する従来の風力発電装置のトルクの変化を示す。なお、図３（Ｂ）に示す実線及び破線は、計画線のため直線的に変化するが、実際には変動が生じる。
【００４０】
風力発電装置１０は、図３（Ａ）に示すように、風速が上昇すると共に発電機３４の出力も上昇する。発電機３４の出力は、定格出力に達すると定格出力で一定とされる。
そして、従来の風力発電装置では、定格出力となっている状態で、翼２０が受ける風が予め定められた風速（例えば２５m/s、以下、「カットアウト風速」という。）に達すると、風車制御装置４０から出力＝０kWとする出力指令値Pdemが出力され、図３（Ａ）の破線に示すように発電を停止していた。
【００４１】
この理由は、風速が上昇すると共に、主軸３０に作用する荷重（トルク）が上昇するので、この荷重が設計荷重を越えないようにするためである。
そこで、風力発電装置１０の発電を停止させるカットアウト風速は、図３（Ｂ）に示すように、風によって主軸３０に作用するトルクが機器（主軸３０や増速機３４等）に損耗を生じさせる可能性がある限界値（以下、「トルクリミット」という。）に達する大きさとされている。
【００４２】
しかし、風力発電装置１０からより多くの発電量（年間の総発電量）を得ることが求められており、より多くの発電量を得る方法の一つとして、風力発電装置１０を停止させるカットアウト風速を、従来のカットアウト風速より大きい風速とすることが考えられる。
【００４３】
そこで、本第１実施形態に係る風力発電装置１０では、従来のカットアウト風速よりも小さい予め定められた風速（以下、「出力低減開始風速」）に達する風を翼２０が受けた場合に、従来のカットアウト風速でトルクがトルクリミットを越えないように、トルクの変化を出力低減開始風速前後で異ならせる制御（以下、「トルク低減制御」という。）を行う。
すなわち、風力発電装置１０は、定格風速よりも大きく、かつカットアウト風速よりも小さい風速領域において、風速の増加に対するトルクの増加を小さく（抑制）する制御を行う。なお、出力低減開始風速は、上記風速領域に含まれることとなる。
【００４４】
具体的には、本第１実施形態に係る風力発電装置１０では、図３（Ｂ）の実線で示されるように、翼２０が受ける風が出力低減開始風速に達すると、出力低減開始風速よりも小さい風速の場合に比べて、トルクの変化の傾きを小さくする。これによって、翼２０が受ける風が出力低減開始風速に達し、トルク低減制御を行うと、風力発電装置１０の出力は、図３（Ａ）の実線で示されるように定格出力以下に減少し始める。
【００４５】
そして、図３（Ｂ）の実線で示されるように、トルク低減制御を行うことで、従来のカットアウト風速に比べて大きな風速でもトルクはトルクリミットに達しない。そのため、翼２０が受ける風が従来のカットアウト風速を超えた風速となっても、風力発電装置１０は、出力が定格出力以下となるものの、発電を継続することができ、従来の風力発電装置に比べてより多くの発電量を得ることができる。
【００４６】
なお、発電機出力制御部４２は、風速が出力低減開始風速に達した場合に、発電機３４の出力を低下させる出力指令値Pdemを発電機３４へ送信する。発電機３４は、該出力指令値Pdemを受信すると、該出力指令値Pdemに応じて界磁によって発生する磁界の大きさを制御することで、トルクの大きさを減少させる。
【００４７】
ここで、出力低減開始風速は、従来のカットアウト風速よりも小さい風速であればよい。出力低減開始風速の一例としては、従来のカットアウト風速を２５m/sとした場合、出力低減開始風速を２０m/sとする。
この理由は、風速は常にある程度の変動幅を有しており、例えば、風速が２５m/sの場合、その変動幅は十数〜二十数m/s程度であるため、トルク低減制御を行う前に、瞬間最大風速が従来のカットアウト風速を超え、主軸３０に作用するトルクがトルクリミットを越えないようにするためである。
【００４８】
また、本第１実施形態に係る風力発電装置１０では、出力低減開始風速に達した場合に出力を定格出力から低減させるので、従来の風力発電装置に比べて図３（Ａ）における領域αに相当する電力を生成しない。しかし、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、従来のカットアウト風速よりも大きい風速で行う発電により得られる領域βに相当する電力の方が領域αに相当する電力よりも多い。このため、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、従来の風力発電装置に比べてより多くの発電量を得ることができる。
【００４９】
ここで、図４（Ａ）は、本第１実施形態に係る風速に対するロータ１８の回転数の変化を示しており、図４（Ｂ）は、風速に対する翼２０のピッチ角の変化を示している。図４（Ｂ）において、実線が、風速に対する本第１実施形態に係るピッチ角の変化を示し、破線が、風速に対する従来のピッチ角の変化を示す。
【００５０】
そして、図４（Ａ）に示すように、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、トルク低減制御前後で、ロータ１８の回転数を一定に保つように翼２０のピッチ角を制御する。なお、本第１実施形態では、一例としてロータ１８の回転数を定格回転数に保つ。
【００５１】
次に図５に示すフローチャートを参照して、本第１実施形態に係る風車制御装置４０が行うピッチ角に対する制御を含むトルク低減制御処理の流れを説明する。なお、トルク低減制御処理は、翼２０が受ける風速が出力低減風速に達する開始される。
【００５２】
まず、ステップ１００では、上述したように、風車制御装置４０が、発電機３４の出力を低下させるための出力指令値Pdemを発電機出力制御部４２から出力させる。
これにより、主軸３０に作用するトルクが低減されると共に、発電機３４に対する負荷が減少するため、ロータ１８の回転数は、上昇することとなる。しかし、既にロータ１８の回転数は定格回転数に達しているので、これ以上ロータ１８の回転数が上昇することは好ましくない。
【００５３】
そこで、次のステップ１０２では、ロータ１８の回転数が定格回転数を超えることを防ぐと共に、回転数を定格回転数で一定とさせる。このために、風車制御装置４０は、ピッチ角制御部４４に、図４（Ｂ）の実線で示されるように、ピッチ角を従来のピッチ角に比べてよりフェザー側へ変化させるためのピッチ角指令値θを、ピッチアクチュエータへ送信する。
ピッチアクチュエータは、該ピッチ角指令値θを受信すると、ピッチ角をピッチ角指令値θに応じてフェザー側へ変化させる、すなわち、ピッチを閉じる。
このように、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、ロータ１８の回転数を定格回転数に保つので、ロータ１８の慣性力を高いままに保ちトルクの増加を防ぐことができる。
【００５４】
次のステップ１０４では、さらに風速が上昇し、本第１実施形態に係るカットアウト風速（一例として３０m/s)に達したか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０６へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０８へ移行する。なお、本第１実施形態に係るカットアウト風速は、従来のカットアウト風速よりも大きい風速であって、トルク低減制御が行われている場合に、主軸３０に作用するトルクがトルクリミットに達する風速である。
【００５５】
ステップ１０６では、風車制御装置４０は、発電機出力制御部４２に発電を停止させる出力指令値Pdemを発電機３４へ送信させる。発電機３４は、該出力指令値Pdemを受信すると発電を停止させると共に、トルク低減制御を終了する。
【００５６】
また、これに伴い、ピッチ角制御部４４は、翼２０に風を受け流させ、ロータ１８の回転を停止させるために、ピッチ角を最もフェザー側に変化させるためのピッチ角指令値θをピッチアクチュエータへ送信してもよい。ピッチアクチュエータは、該ピッチ角指令値θを受信すると、該ピッチ角指令値θに応じてフェザー側へピッチ角を変化させる。
【００５７】
一方、ステップ１０８では、翼２０が受ける風が出力低減開始風速以下となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１１０へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０４へ戻る。
【００５８】
ステップ１１０では、風車制御装置４０は、発電機出力制御部４２に出力を定格出力まで上昇させる出力指令値Pdemを発電機３４へ送信させる。
【００５９】
次のステップ１１２では、風車制御装置４０は、ピッチ角制御部４４にトルク低減制御を行わない場合におけるピッチ角指令値θをピッチアクチュエータへ送信させると共に、トルク低減制御を終了する。
【００６０】
以上説明したように、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、主軸３０に作用するトルクがトルクリミットとなる従来のカットアウト風速よりも小さい出力低減開始風速に達する風を翼２０が受けた場合に、従来のカットアウト風速でトルクがトルクリミットを越えないように、トルクの変化を出力低減開始風速前後で異ならせるトルク低減制御を行う。
【００６１】
具体的には、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、翼２０が受ける風が出力低減開始風速に達すると、風速に対するトルクの変化の傾きを出力低減開始風速に達する前に比べて小さくする。
【００６２】
そして、風力発電装置１０は、トルク低減制御を開始した後、さらに風速が上昇し、トルクがトルクリミットとなる風速に達すると発電機３４による発電を停止させる。
【００６３】
従って、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、翼２０が受ける風が強い場合であっても、機器へ作用する荷重を低減させると共に、出力の低減を抑制することができる。さらに、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、機器へ作用する荷重が低減できるので、機器に対する最大荷重や疲労強度に対して余裕が生じることとなる。
【００６４】
なお、本第１実施形態に係る風力発電装置１０では、トルク低減制御が行われている場合、ロータ１８の回転数を一定に保つように翼２０のピッチ角を制御するので、ロータ１８の回転数が上昇することを防ぐことができる。
【００６５】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６６】
なお、本第２実施形態に係る風力発電装置１０の構成は、図１，２に示す第１実施形態に係る風力発電装置１０の構成と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
図６は、本第２実施形態に係る風力発電装置１０の風速に対する各種変化を示すグラフであり、図６（Ａ）は、風速に対する風力発電装置１０の出力の変化を示し、図６（Ｂ）は、風速に対する主軸３０に作用するトルクの変化を示す。
【００６８】
本第２実施形態に係る風力発電装置１０の発電機出力制御部４２は、図６（Ｂ）に示すように翼２０が受ける風が従来のカットアウト風速に達すると、トルクを所定量下げ、その後、風速の増加に応じてトルクを増加させるトルク低減制御を行う。
このトルク低減制御を行うために、発電機出力制御部４２は、翼２０が受ける風が従来のカットアウト風速に達すると、発電機３４の出力を所定量だけ急峻に減少させるための出力指令値Pdemを発電機３４へ出力する。発電機出力制御部４２は、その後、徐々に出力を減少させるための出力指令値Pdemを発電機３４へ出力する。
【００６９】
これによって、本第２実施形態に係る風力発電装置１０は、図６（Ａ）に示すように、第１実施形態に係る図３（Ａ）に示す領域αに相当する発電量の低下が無いため、発電機３４からより多くの出力を得ることができる。
【００７０】
なお、本第２実施形態に係る風力発電装置１０でも、トルク低減制御が行われることによって、主軸３０に作用するトルクが低減されると共に、発電機３４に対する負荷が減少するため、ロータ１８の回転数は、上昇することとなる。そこで、本第２実施形態に係るピッチ角制御部４４は、第１実施形態と同様にピッチ角を従来のピッチ角に比べてよりフェザー側へ変化させるためのピッチ角指令値θを、ピッチアクチュエータへ送信する。
ピッチアクチュエータは、該ピッチ角指令値θを受信すると、ピッチ角をピッチ角指令値θに応じてフェザー側へ変化させる、すなわち、ピッチを閉じる。これにより、本第２実施形態に係る風力発電装置１０は、ロータ１８の回転数を定格回転数に保つので、ロータ１８の慣性力を高いままに保ちトルクの増加を防ぐことができる。
【００７１】
そして、翼２０が受ける風が従来のカットアウト風速よりも大きい本第２実施形態に係るカットアウト風速に達すると、風力発電装置１０は、発電機３４による発電を停止させる。
【００７２】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７３】
例えば、第１実施形態では風速が出力低減開始風速に達した後（第２実施形態では風速が従来のカットアウト風速に達した後）に、トルク低減制御を一度のみ行う形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、トルクがトルクリミットに達する前にトルク低減制御を複数回行う形態としてもよい。
【００７４】
また、上記各実施形態では、トルク低減制御後のトルクを直線的に変化させる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、トルクリミットに漸近するように曲線的に変化させてもよいし、階段状に段階的に変化させてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０    風力発電装置
１８    ロータ
２０    翼
３０    主軸
４０    風車制御装置
４２    発電機出力制御部
４４    ピッチ角制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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