(57)【要約】      （修正有）【課題】翼変形量の考慮によるブレード空力性能の向上、および、実機運転を考慮することによって発電効率の低下を抑制する運転制御部を備えた風力発電システムを提供する。【解決手段】ピッチ角度駆動装置によりピッチ角度を変更可能な複数のブレードと、ブレードに風を受けて回転するロータと、ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、ブレードの変形量を考慮したピッチ角度指令値を求める変形量考慮ピッチ角度指令値算出部を備え、変形量考慮ピッチ角度指令値算出部のピッチ角度指令値をピッチ角度駆動装置に与えピッチ角度を変更することを特徴とする風力発電システム。【選択図】図５
2020067023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッチ角度駆動装置によりピッチ角度を変更可能な複数のブレードと、前記ブレードに風を受けて回転するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、
前記ブレードの変形量を考慮したピッチ角度指令値を求める変形量考慮ピッチ角度指令値算出部を備え、前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部の前記ピッチ角度指令値を前記ピッチ角度駆動装置に与えピッチ角度を変更することを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電システムであって、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部は、風力発電システムにおける計測信号と前記変形量を考慮したピッチ角度指令値との関係をモデル化した解析モデルと、風力発電システムにおける前記計測信号を用いた学習により前記変形量を考慮したピッチ角度指令値を求める学習器を備えることを特徴とする風力発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の風力発電システムであって、
前記解析モデルの特性を前記学習器の学習経験に応じて補正し、風力発電システムにおける前記計測信号を補正した前記解析モデルに与えたときの前記ピッチ角度指令値を前記ピッチ角度駆動装置に与えることを特徴とする風力発電システム。
【請求項４】
請求項２に記載の風力発電システムであって、
前記解析モデルからの前記ピッチ角度指令値と、前記学習器からの前記ピッチ角度指令値の和を前記ピッチ角度駆動装置に与えることを特徴とする風力発電システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
発電機トルクと発電機回転数をそれぞれの目標値に制御すべくピッチ角度指令値を定めるピッチ角度制御部を備え、前記ピッチ角度制御部からのピッチ角度指令値および前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部からのピッチ角度指令値を前記ピッチ角度駆動装置に与えピッチ角度を変更することを特徴とする風力発電システム。
【請求項６】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部は、風速、ロータまたは発電機の回転速度、アジマス角の状態信号と、前記アジマス角および／または翼振動速度に基づき評価信号として決定した発電電力および／または翼振動速度を前記学習器に入力し、
前記学習器は、前記状態信号に対する評価信号を改善するピッチ角度指令値を推定し、推定したピッチ角度指令値に基づき、前記ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の風力発電システムであって、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部は、前記状態信号に基づき、予め算出されたブレード変形量を考慮したピッチ角度制御情報を記憶した前記解析モデルからピッチ角度制御情報を出力し、
前記学習器によって、前記解析モデルを改善または前記解析モデルによるピッチ角度制御情報を補正することにより、演算されたピッチ角度指令値に基づき、前記ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の風力発電システムであって、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部は、発電を開始する第一の風速以上、かつ、定格発電にいたる第２の風速以下の場合に、前記解析モデルから取得した、前記ブレードの回転方向に加わる力若しくはトルクを最大化するように演算されたピッチ角度指令値に基づき、前記ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の風力発電システムであって、
前記ロータまたは発電機の回転速度の目標値と計測値の偏差を入力値に利用して、ピッチ角度制御情報を算出するフィードバック制御部を備え、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部からのピッチ角度指令値と、前記フィードバック制御部によるピッチ角度制御情報に基づき、演算されたピッチ角度指令値により、ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
発電機トルクの目標値と計測値の偏差を入力値に利用して、ピッチ角度制御情報を算出するフィードバック制御部を備え、
前記変形量考慮ピッチ角度指令値算出部からの前記ピッチ角度指令値と、前記フィードバック制御部によるピッチ角度制御情報に基づき、演算されたピッチ角度指令値により、ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
前記ロータまたは発電機の回転速度にピッチ角度駆動装置の時定数を乗じた値を前記アジマス角に加算し、加算値を前記解析モデルまたは／および学習器の状態信号として利用することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１２】
請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
前記ピッチ角度指令値を、ピッチ角度駆動装置の逆伝達関数より作成される逆モデルによって補正したピッチ角度指令値に基づき、ピッチ角度を調整することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１３】
請求項９または請求項１０に記載の風力発電システムであって、
前記解析モデルまたは／および学習器によるピッチ角度制御情報と、前記フィードバック制御部によるピッチ角度制御情報を、重み付け演算部によって演算されたピッチ角度指令値に基づき、ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３のいずれかに記載の風力発電システムであって、
発電運転モードと発電待機モードを切り替えるモード切替部を備え、前記発電待機モード時には風速の計測情報に基づき、前記解析モデルから取得した、前記ブレードのスラスト方向荷重を最小化するように演算されたピッチ角度制御情報に基づき、ピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の風力発電システムであって、
前記ブレードが柔構造であることを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電システムに係り、特に、ブレード変形量増大による発電効率の低下を低減する風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出量増加による地球温暖化や、化石燃料の枯渇によるエネルギー不足が問題視されている。そこで、二酸化炭素の排出量を低減し、化石燃料を使用しない発電システムとして、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注目を浴びている。
【０００３】
再生可能エネルギーを利用した発電システムの中では、太陽光発電システムが一般的であるが、日射によって直接的に出力が変化するため、出力変動が大きく、夜間は発電できない。それに対し、風力発電システムは、風速や風向などの風況が安定した場所を選んで設置することで、昼夜を問わず比較的安定な発電が可能である。
【０００４】
一般的な大型風力発電システムでは、ピッチ角度を調整するためのピッチ駆動装置と発電機トルクを調整するための電力変換器を備えており、ピッチ角度と発電機トルクを調整することにより、任意の風速域で発電電力を最大化するように制御を実施している。
【０００５】
上記、制御方法の１つとして、例えば特許文献１がある。特許文献１では、少なくとも風車翼に流入する風の風速および風向の計測情報を入力する計測情報入力処理ステップと、前記計測情報入力処理ステップで、入力された計測情報およびトルクを算出するための予め記憶されたデータに基づいて、各翼素に実際に発生している発生トルクおよび各翼素において想定される、各翼素の半径位置、重量および角速度の積で算出される最適トルクを算出するトルク算出処理ステップと、前記トルク算出処理ステップにおいて算出された発生トルクと最適トルクとを比較するトルク比較処理ステップと、前記トルク比較処理ステップで比較された結果に基づいて、発生トルクと最適トルクの差を小さくするように、気流発生装置、ピッチ角度駆動機構、ヨー角度駆動機構の特徴に対応してそれぞれを個々に制御することができる。これによって、風力発電システムの発電効率の向上を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３２３１３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、風力発電システムは、大型化による発電電力の向上が求められており、これに伴いブレードの長翼化が進んでいる。特にダウンウィンド風車では、風下側にブレードが取付けられており、風荷重によって風下側にブレードがたわむため、タワー衝突の危険性が少ない。そのため、アップウィンド風車に対して、ブレードを柔構造化することで、長翼化（以下、長翼ブレードと呼ぶ）させることが可能である。
【０００８】
特許文献１に開示されている技術を適用することで、風速、ロータまたは発電機の回転速度に応じ、ブレード空力性能を考慮したピッチ角度で運転し、発電効率を向上させることが可能である。
【０００９】
しかし、発電効率の向上を可能にする長翼ブレードでは、ブレードの変形量が大きくなる可能性がある。ブレード空力性能は、風速、回転速度、および、翼変形量によって決定される流入相対風速とブレード根本のピッチ角度によって決まる。剛構造ブレードの場合、翼変形量がないため、風速と回転速度が決まると、空力性能を最大化するピッチ角度は一意に定まる。しかし、柔構造ブレードの場合、流入相対風速に翼変形量（たわみとねじれ）の影響を考慮し、空力性能を最大化するピッチ角度を導出する必要がある。そのため、流入相対風速が同一であっても、剛構造ブレードと柔構造ブレードでは、空力性能を最大化するピッチ角度は異なることとなる。
【００１０】
したがって、長翼ブレードに特許文献１を適用した場合、翼変形量の少ない剛構造ブレードに適用した場合に比べて、空力性能を最大化するピッチ角度が翼変形量によって変化することを考慮できない。そのため、発電効率が低下するピッチ角度に調整する可能性がある。また、アジマス角を入力値に利用しないことから、標高が高くなるほど風速が大きくなるウィンドシアの効果を考慮できない。さらに、ダウンウィンド風車における、タワーの影響によりタワー近傍で風速が減少するタワーシャドウの効果を考慮できない。
【００１１】
したがって、回転１周期中における風速変化の影響を考慮できず、発電効率の低下、および、翼振動の増加を生じる可能性がある。また、風力発電システムの解析モデルによる数値解析データと、実機の特性との誤差が大きい場合、さらに発電効率が低下する可能性がある。
【００１２】
以上のことから本発明の目的は、翼変形量の考慮によるブレード空力性能の向上、および、実機運転を考慮することによって発電効率の低下を抑制する運転制御部を備えた風力発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、「ピッチ角度駆動装置によりピッチ角度を変更可能な複数のブレードと、ブレードに風を受けて回転するロータと、ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、ブレードの変形量を考慮したピッチ角度指令値を求める変形量考慮ピッチ角度指令値算出部を備え、変形量考慮ピッチ角度指令値算出部のピッチ角度指令値をピッチ角度駆動装置に与えピッチ角度を変更することを特徴とする風力発電システム」のように構成したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブレード変形量を考慮したピッチ角度指令値、さらに、実機運転データを基にピッチ角度指令値を補正することによって、発電効率の向上または荷重の低減を可能にする制御装置を備えた風力発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用可能な一般的な風力発電システム全体の概略構成例を示図。
【図２】風力発電システム１のコントローラ１１に実装される運転制御部の処理概要を示すブロック線図。
【図３】可変速制御部２１内のピッチ角度制御部２２の概要を示すブロック線図。
【図４】風力発電システム１の風速、発電電力、回転速度、発電機トルク、および、ピッチ角度の関係を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００のブロック線図。
【図６】本発明の実施例１に係る解析モデル１０１とその入力の関係を示すブロック線図。
【図７】本発明の実施例１に係る解析モデル１０１を予め作成するためのフローを示す図。
【図８】本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００の学習器１０２とその入力の関係を示すブロック線図。
【図９】本発明の実施例１に係るコントローラ１１に実装されるより広い風速領域での運転制御部の処理概要を示すブロック線図。
【図１０】変形考慮ピッチ角度に対応した発電機トルクの解析モデル１０１を予め作成するためのフローチャート。
【図１１】風力発電システム１における、あるブレード断面の翼素に流入する相対風速に対する迎角と、ピッチ角度と初期ねじれ角の関係を説明するための図。
【図１２】風力発電システム１における、あるブレード断面の翼素に流入する相対風速に対する迎角と、ピッチ角度、初期ねじれ角、および、翼変形の関係を説明するための図。
【図１３】風力発電システム１における、翼変形により、あるブレード断面での空力性能の低下を説明するための図。
【図１４】本発明の実施例１に係る運転制御部を適用した場合と、適用しない場合における風速と回転方向に加わる力との関係を説明するための図。
【図１５】本発明の実施例２に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図。
【図１６】本発明の実施例３に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図。
【図１７】本発明の実施例４に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図。
【図１８】本発明の実施例５に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図。
【図１９】本発明の実施例６に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図。
【図２０】学習器１０２に関連する一連の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を記し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
実施例１の説明を行うにあたり、ここではまず図１から図４を用いて従来の一般的な風力発電プラントの構成と制御手法について説明し、その後図５から図１４を用いて実施例１の説明を行うことにする。
【００１８】
図１は、本発明を適用可能な一般的な風力発電システム全体の概略構成例を示している。
【００１９】
図１の風力発電システム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はナセル５に回転軸（図１では省略する）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。ナセル５はロータ４を回転可能に支持している。ブレード２が風を受けることによりロータ４が回転し、ロータ４の回転力がナセル５内の発電機６を回転させることで電力を発生することができる。なお、ナセル５上には風向や風速を計測する風向風速センサ７が備えられている。
【００２０】
個々のブレード２には、風に対するブレード２の角度（ピッチ角度）を調整可能なピッチ角度駆動装置８を備えている。ピッチ角度駆動装置８を用いて、ピッチ角度を変更することでブレード２の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータ４の回転エネルギーを変更することができる。これによって、広い風速領域において回転速度および発電電力を制御することが可能となっている。
【００２１】
風力発電システム１において、ナセル５はタワー９上に設置されており、タワー９に対して回転可能な機構（図では省略）を有している。タワー９は、ハブ２やナセル５を介してブレード２の荷重を支持するようになっており、地上、洋上、浮体の所定位置に設置された基部（図では省略）に固定されている。
【００２２】
発電機６は、タワー９内に設置される電力変換器１０によって、発電機が発生するトルク（以下、発電機トルクと呼ぶ）が制御され、ロータ４の回転トルクを制御することができる。
【００２３】
また、風力発電システム１はコントローラ１１を備えており、発電機６の回転速度を計測する回転速度センサ１２から出力される回転速度と、発電機６の発電機トルクに基づき、コントローラ１１で発電機６とピッチ角度駆動装置８を調整することで、風力発電システム１の発電電力や回転速度を調整する。
【００２４】
なお、コントローラ１１は、例えば、制御盤またはＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）が用いられる。また、コントローラ１１は、例えば図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭまたは外部記憶装置に格納する。
【００２５】
ブレード２は、例えばロータ径１００ｍ以上とすることができる。また、ロータ径１８０ｍ以上にする場合、特に柔構造に対応する制御による効果が大きい。また、ブレード２は、回転面から各翼素が形状的に初期ねじれを有するが、発電運転時に風により加わる力によりそこから０．２°以上ねじれが生じるように、ブレード２のウェブやスパーキャップ等を設計することができる。また、発電運転時に０．５°以上ねじれが生じる柔構造ブレードである場合、本実施例制御により特に顕著な効果が得られる。
【００２６】
図２に、コントローラ１１に実装される運転制御部のブロック線図を示す。図２に示す運転制御部である可変速制御部２１は、発電機トルクの目標値と計測値の偏差と発電機回転速度の目標値と計測値の偏差に基づいて、フィードバック制御によりピッチ角度指令値を決定するピッチ角度制御部２２を備える。また可変速制御部２１は、発電機回転速度の目標値と計測値の偏差に基づいて、フィードバック制御により発電機トルク指令値を決定する発電機トルク制御部２３を備える。なお、ピッチ角度指令値は、ブレード２ごとに設置されている図１のピッチ角度駆動装置８に与えられてそれぞれのピッチ角を調整し、発電機トルク指令値は図１の発電機６（ここでは電力変換器１０も含むものとする）に与えられて発電機トルクが調整される。
【００２７】
図３は、可変速制御部２１内のピッチ角度制御部２２の概要を示すブロック線図である。ピッチ角度制御部２２は、回転速度制御部２２ａと、トルク制御部２２ｂより構成される。回転速度制御部２２ａは、発電機回転速度の目標値と計測値の偏差に基づいて、フィードバック制御によりピッチ角度指令値を決定する。また、トルク制御部２２ｂは、発電機トルクの目標値と計測値の偏差に基づいて、フィードバック制御によりピッチ角度指令値を決定する。これら２つの値を加算することで、ピッチ角度制御部２２の最終的なピッチ角度指令値を決定する。
【００２８】
図４に、図２と図３に示すコントローラ１１に実装される運転制御部によって得られる風力発電システム１の特性を示す。
【００２９】
図４は、風速に対する発電電力、発電機の回転速度、発電機トルクおよびピッチ角度の関係を示している。各グラフの横軸は風速を示し、右側に行くほど風速は速くなる。また、各グラフの縦軸は上方に行くほど発電電力、回転速度、発電機トルクの各値が大きくなることを示している。ピッチ角度に関しては、上方がフェザー（風を逃がす）側、下方がファイン（風を受ける）側を示している。
【００３０】
発電は、ロータ４の回転を開始するカットイン風速Ｖｉｎから回転を停止するカットアウト風速Ｖｏｕｔの範囲で行われ、風速Ｖｄまでは風速の増加に伴って発電電力値も増加するが、それ以上の風速では発電電力は一定となるように制御される。
【００３１】
コントローラ１１は、カットイン風速Ｖｉｎから風速Ｖａまでは回転速度が一定（Ｗｌｏｗ）になるように発電機トルクを制御し、風速Ｖａから風速Ｖｂまでは例えば風速に比例する回転速度となるように発電機トルクを制御する。ここまでの段階は、図２の発電機トルク制御部２３により発電機トルク指令値を与えることで制御実行される。
【００３２】
また風速Ｖｂに至り、回転速度が定格回転速度Ｗｒａｔに達したら、風速Ｖｂ以上の風速状態では定格回転速度Ｗｒａｔを維持するように発電機トルクおよびピッチ角度を制御する。この段階では図２のピッチ角制御部２２と発電機トルク制御部２３が協同的に作動している。例えばピッチ角制御部２２が作動した結果としてピッチ角度指令値が変化してロータ４の回転数、強いては発電機回転速度が変動し、発電機トルク制御部２３が回転数を一定とすべく発電機トルク指令値を変更するといったプロセスが実行されることで、定格回転速度Ｗｒａｔを維持するように発電機トルクおよびピッチ角度が制御されている。
【００３３】
上記コントローラ１１による制御において、基本的には、発電機トルクの制御は発電電力を確保するために行う。発電機トルクの制御では、風速Ｖｂから風速Ｖｄの範囲で、風速に応じて発電機トルクを定格発電機トルクＱｒａｔになるまで変化させ、風速Ｖｄからカットアウト風速Ｖｏｕｔまでの範囲では、定格発電機トルクＱｒａｔを保持する。
【００３４】
ピッチ角度の制御では、風速Ｖｃまではピッチ角度をファイン角θｍｉｎに保持し、風速Ｖｃからカットアウト風速Ｖｏｕｔの範囲で、風速に応じてピッチ角度をファイン側θｍｉｎからフェザー側θｍａｘまで変化させる。ただし、図４の例においては、風速Ｖｃから風速Ｖｄの範囲で発電機トルクとピッチ角度の制御をオーバーラップさせているが、これをＶｃ＝Ｖｄとしてオーバーラップをなくし、発電機トルクの制御とピッチ角度の制御を独立に実行させるようにしてもよい。
【００３５】
本発明は、上記の図１から図４において説明した風力発電システムを前提とし、ブレード２の変形による発電効率の低下または翼振動の増加をピッチ角度の調整により防止するものである。
【００３６】
本発明の実施例１では、特に発電効率の向上が求められる、カットイン風速Ｖｉｎから風速Ｖｄのような風速領域における、ブレードの変形による発電効率の低下または翼振動の増加をピッチ角度の調整により防止する。
【００３７】
図５に本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００のブロック線図を示す。図５に示すように、変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００は、解析モデル１０１および学習器１０２を備える。また、風速計測部１０３により風速を計測し、ロータまたは発電機の回転速度計測部（回転速度計測部）１０４により発電機の回転速度を計測し、ヨー誤差計測部１０５により風向に対するヨー誤差を計測し、ナセル傾斜角計測部１０６によりナセル傾斜角を計測し、アジマス角計測部１０７によりアジマス角を計測し、発電電力計測部１０８により発電電力を計測し、翼変形量計測部１０９により翼変形量を計測して、計測されたこれらの計測信号１１０を変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００に入力する。
【００３８】
計測信号１１０を与えられた解析モデル１０１からは、予めシミュレーションにより算出済みの変形量考慮ピッチ角度指令値が出力される。学習器１０２では、計測信号１１０に基づいて、運転中にピッチ角度指令値を出力する関数を学習し、この関数による変形量考慮ピッチ角度指令値が出力される。
【００３９】
図５に本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００は、変形量考慮ピッチ角度指令値の算出部として、２つの算出部（解析モデル１０１と学習器１０２）を備えているが、これらは条件Ｓ１０に示すように当初準備された解析モデル１０１の特性を学習器１０２の経験に応じて補正する関係とされる、あるいは条件Ｓ１１に示すように初期状態の解析モデル１０１の出力に学習器１０２の経験を反映した出力を加味することで、現状の運転状態に即した最適なピッチ角度指令値とすることができる。
【００４０】
なお変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００により算出されたピッチ角度指令値は、ブレードごとに求められて各ブレードのピッチ角度駆動装置８に直接与えられ、あるいは図２の可変速制御部２１が与えるブレードごとのピッチ角度指令値にそれぞれ加算されて図１のピッチ角度駆動装置８に与えられる。
【００４１】
図６は、解析モデル１０１とその入力の関係をブロック線図で示している。図６に示すように、解析モデル１０１には、計測信号１１０のうち、風速計測部１０３、ロータまたは発電機の回転速度計測部（回転速度計測部）１０４、ヨー誤差計測部１０５、ナセル傾斜角計測部１０６、および、アジマス角計測部１０７による計測信号を状態信号１１１として入力し、予め記憶された翼変形量を考慮したピッチ角度指令値（変形量考慮ピッチ角度指令値）を出力する。
【００４２】
図７は、変形量考慮ピッチ角度指令値を出力する解析モデルを予め作成するためのフローチャートである。処理ステップＳ１００にて、風速、回転速度、ヨー誤差、ナセル傾斜角、アジマス角の各パラメータを入力する。
【００４３】
処理ステップＳ１０１にて、ピッチ角度の初期値を入力する。処理ステップＳ１０２にて、処理ステップＳ１００と処理ステップＳ１０１の入力値に基づき、各翼素での変形量と空力性能をブレードの空力及び物理モデルにより算出する。
【００４４】
処理ステップＳ１０３にて、空力性能を最大化するピッチ角度が算出されたか否かを判定し、算出されていない場合、処理ステップＳ１０１でピッチ角度の値を変更した後、処理ステップＳ１０２の処理を再び実施する。これにより、同一パラメータに対して、変形量を考慮した空力性能を最大化するピッチ角度が探索されることとなる。
【００４５】
処理ステップＳ１０４にて、取りうる計測情報が網羅されたか否かを判定し、網羅されていない場合、処理ステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理を再び実行する。これにより、風車の運転状態を網羅したパラメータに対して、変形量を考慮した空力性能を最大化するピッチ角度が探索されることとなる。
【００４６】
処理ステップＳ１０５にて、風車の運転状態を網羅したパラメータに対して、変形量を考慮した空力性能を最大化するピッチ角度の解析モデルを作成する。
【００４７】
なお、発電効率の向上が求められる、カットイン風速Ｖｉｎから風速Ｖｄのような風速領域における空力性能の最大化は、ブレード全体の回転方向に加わるトルクまたは力を最大化、ブレード全体の回転方向に加わる力とブレード全体のスラスト方向に加わる力の商を最大化、ブレード全体の揚力を最大化、または、ブレード全体の揚力と抗力の商を最大化することを示す。
【００４８】
また、ブレードの荷重低下が求められる風速Ｖｄ以上のような発電運転時、または、暴風時の発電待機時における空力性能の最大化は、ブレード全体の回転方向に加わる力とブレード全体のスラスト方向に加わる力の商を最大化、ブレード全体のスラスト方向に加わる力を最小化、ブレード全体の揚力と抗力の商を最大化、または、ブレード全体の抗力を最小化することを示す。
【００４９】
したがって、計測条件に基づいて解析モデルから参照される、変形量考慮ピッチ角度は、風速領域に応じて変更することも可能である。
【００５０】
解析モデル１０１の実現形態は、関数の形態、及び、テーブル参照型であってもよい。関数は、解析及び過去動作によるデータによって、内挿及び外装などのフィッティング手法もしくは、機械学習によって作成される。これによって、解析モデルの情報量削減が可能となる。しかし、近似誤差が伴う可能性がある。テーブル参照型は、多数のデータを格納することによって、近似誤差を低減することが可能である。しかし、解析モデルの情報量が増大する。
【００５１】
解析モデル１０１をテーブル参照型で構成した場合に、図６の例では風速と回転速度とヨー誤差とナセル傾斜角とアジマス角の５つを入力パラメータとし、ピッチ角度指令値を出力とする５次元のテーブルとなる。なおピッチ角度指令値は、一定値ばかりでなく、所定幅を有する値であってもよい。５次元のテーブル形式の解析モデル１０１は、図７のフローを事前実行することにより構成され、実運用時には同一時刻に入力した５つの入力パラメータで定まるピッチ角度指令値を出力する。なおテーブル上に５つのパラメータで定まる１つの値が存在しない場合には、適宜の補間処理あるいは多くの入力パラメータで定まる近似値を選択するなどによりピッチ角度指令値を求める処理を実行するものとすることができる。
【００５２】
上記したように、図６、図７に示すところの解析モデル１０１は、図７の手法により解析モデル１０１のモデル特性を設定しておき、現況に応じた計測信号１１０を入力して解析モデル１０１を参照し変形量を考慮したピッチ角度指令値としたものである。
【００５３】
図８は、本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００の学習器１０２とその入力の関係を示すブロック線図を示している。
【００５４】
図８に示すように、学習器１０２は、解析モデル１０１と同様に、風速計測部１０３により風速を計測し、ロータまたは発電機の回転速度計測部（回転速度計測部）１０４により発電機の回転速度を計測し、ヨー誤差計測部１０５により風向に対するヨー誤差を計測し、ナセル傾斜角計測部１０６によりナセル傾斜角を計測し、アジマス角計測部１０７によりアジマス角を計測し、これらの計測信号を状態信号１１１として入力する。
【００５５】
また、評価信号決定部１１４において評価信号１１２を得るために、アジマス角計測部１０７によるアジマス角と、発電電力計測部１０８による発電電力と、翼変形量計測部１０９による翼変形量についての計測信号を使用する。
【００５６】
評価信号１１２の算出過程において、翼変形量計測部１０９による計測信号を、翼振動速度演算部１１３によって、翼振動速度を導出する。翼振動速度演算部１０９では、例えば、計測したひずみや変位を微分するとによって速度を導出することが可能である。または、計測したひずみや変位の２回微分により、加速度を導出してもよい。または、計測したひずみや変位をそのまま用いることも可能である。
【００５７】
ウィンドシア、タワーシャドウの影響により、アジマス角に応じて、翼振動速度が増大する可能性がある。また、実際の運転では風速に乱流が伴うため、風速変動の影響により、さらに翼振動速度が増大する可能性もある。特に、長翼ブレードでは、翼振動速度の増大が顕著になる可能性がある。
【００５８】
そこで、図８に示す評価信号決定部１１４では、アジマス角および／または翼振動速度の大きさに応じ、評価信号として発電電力および／または翼振動速度を用いるのかを決定する機能を有する。例えばタワー近傍のアジマス角では翼振動速度を評価信号１１２として用いることができる。また、翼振動速度が任意の閾値以上となった場合には、翼振動速度を評価信号１１２として用いることができ、閾値以下であれば発電電力のみを評価信号１１２として用いてもよい。これにより、学習器１０２では、翼振動速度の影響を考慮でき、発電電力の向上に加え、ブレードの荷重も適正化することが可能となる。
【００５９】
これら状態信号１１１および評価信号１１２に基づき、学習器１０２では、強化学習（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  Ｌｅａｒｎｉｎｇ）によって、状態信号１１１に対し評価信号１１２を改善するピッチ角度指令値を出力する関数を学習する。強化学習は、例えば、風力発電システムのような制御対象などの環境から得られる状態信号を用いて、現状態から将来までに得られる評価信号の期待値が最大となるように、環境への操作信号を生成する学習方法である。なお、強化学習のアルゴリズムには、例えばＱ学習、深層強化学習、Ａｃｔｏｒ−Ｃｒｉｔｉｃなどの公知の技術を利用できる。
【００６０】
なお、解析モデル１０１が関数の形態である場合には、解析モデル１０１の関数、および／または、学習器１０２で強化学習によって学習した関数を更新してもよい。また、解析モデル１０１が、テーブル参照型である場合には、学習器１０２で強化学習によって学習した関数を更新し、解析モデル１０１より出力するピッチ角度指令値に、学習器から出力するピッチ角度指令値を補正値として加算し、最終的なピッチ角度指令値として演算する。これにより、解析モデル１０１が解析による数値誤差を伴う場合でも、実際の計測データに基づき、学習器１０２により、ピッチ角度指令値を補正することで、変形考慮ピッチ角度に制御することができる。
【００６１】
図８に示した本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００の学習器１０２は、要するに風速と回転速度とヨー誤差とナセル傾斜角とアジマス角の５つを入力パラメータとして、基本的には時々刻々の５つの入力パラメータを用いた図７の処理によりその時々のモデル（時間別モデルということにする）を構成して変形量考慮ピッチ角度指令値を得るとともに、他方において評価信号決定部１１４で定めた評価信号１１２を用いて上記の時間別モデルを取捨選択する。そのうえで、選択した適切と考えられる時間別モデル群から解析モデル１０１に対応する学習モデルを形成する。この一連の処理はいわゆる強化学習の考え方を利用して実現されている。
【００６２】
図２０には、学習器１０２に関連する一連の処理がフローチャートとして記載されている。図２０の最初の処理である処理ステップＳ２００では、風速、回転速度、ヨー誤差、ナセル傾斜角、アジマス角の各パラメータを入力する。続いて処理ステップＳ２０１では、評価信号決定部１１４で定めた評価信号を入力する。なおこの前提としてはアジマス角、発電電力、翼変形量の入力、ならびに翼振動速度の算出処理が実施され、評価信号を決定する処理がなされているものとする。
【００６３】
処理ステップＳ２０２では、ピッチ角度の操作方法を学習するが、ここでの処理内容が先に述べた「風速と回転速度とヨー誤差とナセル傾斜角とアジマス角の５つを入力パラメータとして、基本的には時々刻々の５つの入力パラメータを用いた図７の処理によりその時々のモデル（時間別モデルということにする）を構成して変形量考慮ピッチ角度指令値を得るとともに、他方において評価信号決定部１１４で定めた評価信号１１２を用いて上記の時間別モデルを取捨選択する。そのうえで、選択した適切と考えられる時間別モデル群から解析モデル１０１に対応する学習モデルを形成する」ことに相当している。したがって、この処理によれば同一入力の時に学習により求めたピッチ角度指令値と、解析モデル１０１により求めたピッチ角度指令値との間の差分に応じた補正情報Ｓ１０が求められている。
【００６４】
処理ステップＳ２０３では、解析モデル１０１が関数形式であるか否かを判断し、関数の場合には処理ステップＳ２０４の処理に移行し、そうでない場合には処理ステップＳ２０７の処理に移行する。
【００６５】
処理ステップＳ２０４では、解析モデル１０１の関数を、学習により求めたピッチ角度指令値と、解析モデル１０１により求めたピッチ角度指令値との間の差分に応じた補正情報Ｓ１０により更新し、処理ステップＳ２０５で解析モデル１０１により求めたピッチ角度指令値を出力し、結果として処理ステップＳ２０６においてピッチ角度を制御する。
【００６６】
処理ステップＳ２０７では、学習器１０２によりモデルを構築し、処理ステップＳ２０８では学習器１０２におけるモデルからピッチ角度指令値（この場合には学習器と解析モデル出力の差分を出力）を出力して処理ステップＳ２０９で解析モデル１０１により求めたピッチ角度指令値に加算して出力し、結果として処理ステップＳ２０６においてピッチ角度を制御する。
【００６７】
なお、カットイン風速Ｖｉｎから風速Ｖｄのような低風速領域のみの運転であれば、図５の変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００のみでピッチ角度を調整することが可能である。またより広い風速領域での運転を考慮する場合には、図９に示すように、風力発電システム１のピッチ角度制御部２２の指令値に、変形考慮ピッチ角度指令値算出部１００より算出した指令値を加算することで、最終的なピッチ角度指令値を決定してもよい。ここで、ピッチ角度制御部２２は、ピッチ角度指令値を回転速度制御部２２ａからの指令値とトルク制御部２２ｂからの指令値を加算して算出しても良いし、回転速度制御部２２ａのみに基づいて、ピッチ角度指令値を算出しても良い。なお図９は、本発明の実施例１に係るコントローラ１１に実装されるより広い風速領域での運転制御部の処理概要を示すブロック線図である。
【００６８】
上記したように、図８に示すところの学習器１０２は、学習により変形量を考慮したピッチ角度指令値を求めているが、この利用法に関しては、先述したように条件Ｓ１０に示すように解析モデル１０１のモデル特性を補正する方式に利用してもよいし、条件Ｓ１１に示すように初期状態のままの解析モデル１０１の出力に学習後の学習器１０２の出力として解析モデル１０１の出力との間の差分を補填する形式で利用してもよい。
【００６９】
図１０は、変形考慮ピッチ角度に対応した発電機トルクの解析モデル１０１を予め作成するためのフローチャートである。
【００７０】
図１０では、処理ステップＳ１０６にて、風速、回転速度、ヨー誤差、ナセル傾斜角、アジマス角、ピッチ角度のパラメータを入力する。処理ステップＳ１０７にて、発電電力と発電機トルクを算出する。
【００７１】
処理ステップＳ１０８にて、取りうる計測情報が網羅されたか否かを判定し、網羅されていない場合、処理ステップＳ１０６と処理ステップＳ１０７の処理を再び実行する。これにより、風車の運転状態を網羅したパラメータに対して、発電機トルクが探索されることとなる。処理ステップＳ１０９にて、風車の運転状態を網羅したパラメータに対して、変形量考慮ピッチ角度に対応した発電機トルクを、前記ピッチ角度を格納した解析モデルに追加して格納することで、解析モデル１０８としてもよい。
【００７２】
図１１は、風力発電システム１における、あるブレード断面の翼素に流入する相対風速に対する迎角と、ピッチ角度、初期ねじれ角の関係を説明するための図である。図１１に示すように、翼１１５の回転による回転速度ωと風速Ｖによる相対風速Ｗが、翼１１５に流入する。翼１１５の回転面と翼弦長のなす角は、ピッチ角度θｐとブレードの初期ねじれ角θｓの和（θｐ＋θｓ）である。また、相対風速Ｗと翼弦長のなす角が翼の迎角α０となる。
【００７３】
また、図１２は、図１１において、変形量が生じた場合の関係を説明するための図である。翼１１５に変形量が生じた場合、図１２に示すように、相対風速の変化、および、回転面と翼弦長のなす角にねじれφが加わり、翼１１５の迎角はα１に変化する。
【００７４】
図１３は、風力発電システム１において、変形量が生じた場合のあるブレード断面の迎角と空力性能（断面空力性能）との関係を示す図である。したがって、図１３に示すように、α０からα１に変化するため、翼１１５の断面空力性能が低下する。ここで、断面空力性能は、翼１１５の揚力、回転方向に加わるトルク、力、または、翼１１５の回転方向に加わる力とスラスト方向に加わる力の商である。
【００７５】
図１４は、本発明の実施例１に係る変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００を適用した場合と、適用しない場合における風速と回転方向に加わる力との関係の１例を示す図である。図１４に示すように、データベース適用前の回転方向に加わる力１１６に対して、データベース適用後の回転方向に加わる力１１７は、平均で約１０％向上することが可能となる。
【００７６】
本発明の実施例１を適用した場合、変形量考慮ピッチ角度に制御することが可能であり、さらに、実機運転データを活用してピッチ角度指令値を更新または補正することで、発電電力の向上または荷重の低減が可能である。
【００７７】
図５に示した実施例１の変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００において、解析モデル１０１あるいは学習器１０２を上記のように構成することの物理的な意義、及び効果を整理すると以下のようである。
【００７８】
風速計測部１０３と、回転速度計測部１０４の出力を活用することによって、変形量を考慮した空力性能を最大化するピッチ角度（翼変形考慮ピッチ角度）に調整することが可能である。
【００７９】
さらに、ヨー誤差計測部１０５を活用することによって、風力発電システム１が風向と正対していない場合に生じる翼変形考慮ピッチ角度に調整することが可能である。
【００８０】
また、ナセル傾斜角計測部１０６を活用することによって、風力発電システム１が浮体に設置された場合に、ロータ４が前後に傾いた場合に生じる翼変形考慮ピッチ角度に調整することが可能である。
【００８１】
風速計測部１０３は、ナセル５近傍の風速を計測しているため、ウィンドシアと呼ばれる、標高が高くなるほど風速が大きくなる効果を考慮できない。さらに、ダウンウィンド方式風車におけるタワーシャドウと呼ばれるタワー通過後のタワー近傍の風速が低下する効果は考慮できない。そこで、アジマス角計測部１０７を活用することによって、ウィンドシアとタワーシャドウによる回転１周期中の風速変化が考慮できる。したがって、回転１周期中の翼変形考慮ピッチ角度に調整することが可能となる。この場合、各ブレードを独立ピッチ制御とすることができる。
【００８２】
翼変形量計測部１０９は、例えば、光ファイバセンサやひずみゲージなどによって計測することが可能である。具体的な光ファイバセンサの例として、特開２０１８−１４５８９９号に記載の技術を利用できる。光源から光を照射し、ブレードに配置された光ファイバセンサにおいて、ブレードのひずみの変化量に対応した波長を有する光を、光ファイバケーブルを介して検出器に反射する。検出器は伝達された反射光の波長を検出し、検出した反射光は、光強度をひずみに変換することで、波長に対応するひずみ量に変換することができる。
【００８３】
なおここで、風速計測部１０３、回転速度計測部１０４、ヨー誤差計測部１０５、ナセル傾斜角計測部１０６、発電電力計測部１０８、翼変形量計測部１０９から変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００に入力される値は、各計測部の出力信号と一致するものであっても良いし、所定の時定数を設定したフィルタ処理を施した値であっても良い。
【００８４】
なお本発明の運転制御部を構成するにあたり、実際には計算システムを採用してソフトウェアにより実現するのが実用的である。このため、図２のコントローラ１１内の可変速制御部２１の機能（ピッチ角度制御部２２、発電機トルク制御部２３）、あるいは図５の変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００の機能などは計算機システムによりソフトウェアにより実現されている。実施例では主要な機能の一部についてのソフトウェアを図７、図８、図９、図１０などに例示している。その全てが例示されているわけではないが、ここに例示されない部分も同様にソフトウェア化されて実現されていることは言うまでもない。また計測器あるいは、その出力を加工する変換機能の部分においてもソフトウェア処理とすることができる。
【実施例２】
【００８５】
図１５を用いて、本発明の実施例２に係る風力発電システムについて説明する。なお、実施例１と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１５は、本発明の実施例２に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図である。実施例１と異なり、計測信号１１０では、アジマス角補正値生成部２００を備えており、アジマス角の補正値が変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００に入力され、ピッチ角度指令値が算出される構成をとる。
【００８７】
アジマス角補正値生成部２００は、例えば、アジマス角計測部１０７からの値に、ピッチ角度駆動装置の時定数に回転速度計測部１０４による回転速度を乗じた値を加算することによって、ピッチ角度指令値算出から実際にピッチ角度指令値に到達するまでのアジマス角の位相が進む影響を補正したアジマス角を算出する。このとき、時定数の２倍や３倍の値に回転速度を乗じてもよい。
【００８８】
本発明の実施例２を適用した場合、アジマス角計測時刻でのピッチ角度指令値と、実際にピッチ角度指令値に到達した時刻で算出すべきピッチ角度指令値のずれを補正することで、発電効率の低下を抑制することが可能である。
【実施例３】
【００８９】
図１６を用いて、本発明の実施例３について説明する。なお、実施例１および実施例２と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００９０】
図１６は、本発明の実施例３に係る風力発電システムの運転制御部を示すブロック線図である。実施例１および実施例２と異なり、ピッチ角度駆動装置の逆モデル３００を備えており、逆モデルにより補正したピッチ角度指令値を、実施例１および実施例２におけるピッチ角度指令値に加算することで、最終的なピッチ角度指令値を決定する。逆モデルは、解析及び過去動作のデータによる機械学習によってピッチ角度駆動装置の逆伝達関数を求めることで作成する。
【００９１】
本発明の実施例３を適用した場合、ピッチ角度指令値の算出時刻から実際にピッチ角度指令値に到達する時刻までに、計測情報が変動することによって生じる、到達時刻の計測情報により算出されるピッチ角度指令値と、到達時刻における実際のピッチ角度との誤差を逆モデルの活用により補正することで、発電効率の低下を抑制することが可能である。
【実施例４】
【００９２】
図１７を用いて、本発明の実施例４に係る風力発電システムの運転制御部について説明する。本発明の実施例４に関わるピッチ角度運転制御部は、実施例１〜実施例３と同様のため、説明を省略する。
【００９３】
実施例４では、実施例１〜実施例３と異なり、ピッチ角度計測部４００を備え、前記計測部に加えて、ピッチ角度計測部４００の計測情報に基づき、解析モデル１０１より発電機トルク指令値を算出する。
【００９４】
学習器１０２でも、同様に前記計測部に加えて、ピッチ角度計測部４００による計測信号と、前記評価信号に基づき、発電機トルク指令値を出力する関数を更新し、発電機トルク指令値を補正する。
【００９５】
なお、発電機トルク指令値は、解析モデル１０１より算出した値のみを用いても良いし、発電機トルク制御部２３より算出した値に、解析モデル１０１より算出した値を加算して最終的な発電機トルク指令値を決定しても良い。
【００９６】
本発明の実施例４を適用した場合、変形量考慮ピッチ角度指令値での運転に対応した発電機トルクに調整することで、発電効率の低下を抑制することが可能である。
【実施例５】
【００９７】
図１８を用いて、本発明の実施例５に係る風力発電システムの運転制御部について説明する。実施例１〜実施例４と異なり、発電運転モードと発電待機モードを切り替えることができるモード切替え機能５００を備え、これによって発電運転時と発電待機時で、計測情報に基づいて参照する変形量考慮ピッチ角度を変更する。
【００９８】
また、発電待機時には、ロータまたは発電機の回転は停止するため、計測情報に回転速度計測部および発電電力計測部は不要となる。
【００９９】
発電待機時には、スラスト方向に加わる力を最小化するようなピッチ角度を解析モデルより参照する。学習器１０２では、前記計測情報の状態信号と翼振動速度の評価信号に基づき、翼振動速度を改善するピッチ角度指令値を出力する関数を更新する。
【０１００】
本発明の実施例５を適用した場合、発電待機時において変形量考慮ピッチ角度に制御することで、ブレードに加わる荷重を低減することが可能である。
【実施例６】
【０１０１】
図１９を用いて、本発明の実施例６に係る風力発電システムの運転制御部について説明する。なお、実施例１〜実施例５と重複する点については詳細な説明を省略する。
【０１０２】
実施例６においては、変形考慮ピッチ角度指令値算出部１００からの指令値と、ピッチ角度制御部２２の指令値の加算部に重みつけ演算部６００を有し、重みをつけて加算する。これにより、風によるエネルギーの入力を調節する風速の高い定格運転近傍の領域において、変形考慮ピッチ角度の近傍にピッチ角度を制御して発電電力低下を抑制できる。このときの加算方法は、例えば（１）式により決定する。
【０１０３】
【数１】
2020067023.tif 000003
【０１０４】
ここで、ｋは重み係数、θｉｐ＿ｄｅｍは、ｉ番目のブレードにおける最終的に決定したピッチ角度指令値、θｐ＿ｃｏｎｖはピッチ角度制御部の指令値、θｉｐ＿ｏｐｔは変形量考慮ピッチ角度指令値算出部１００からの指令値である。ｋは、風速の計測値Ｖ、ピッチ角度が増加し始める風速Ｖ１、既存制御に対する発電電力の向上率が正、かつ、最小となる風速Ｖ２によって下記式により導出する。なお、Ｖ１とＶ２は事前に性能評価結果を基に演算しておく。
【０１０５】
【数２】
2020067023.tif 000004
【０１０６】
導出したｋによって、風速Ｖ１未満では変形考慮ピッチ角度に制御する。また、風速Ｖ１以上、かつ、風速Ｖ２未満では変形考慮ピッチ角度から既存指令値へ重みｋで加算させ、風速Ｖ２以上では、既存指令値に制御する。
【０１０７】
以上の実施例を通じて、本発明においては、「ブレードの変形量を考慮したピッチ角度指令値を求める変形量考慮ピッチ角度指令値算出部を備え、変形量考慮ピッチ角度指令値算出部のピッチ角度指令値をピッチ角度駆動装置に与えピッチ角度を変更することを特徴とする風力発電システム」ということができる。
【０１０８】
さらにピッチ角度の推定手法に関して、「風速、ロータまたは発電機の回転速度、アジマス角の状態信号と、アジマス角および／または翼振動速度に基づき評価信号として決定した発電電力および／または翼振動速度を学習器に入力し、学習器は、状態信号に対する評価信号を改善するピッチ角度指令値を推定し、推定したピッチ角度指令値に基づき、ピッチ角度を制御する」ものということができる。
【０１０９】
また学習器の利用手法としては、初期状態に設定された解析モデルのモデル特性を補正する方式、解析モデルとの間の差分を補正する方式などが適用可能である。
【０１１０】
また学習器などで求めた変形考慮ピッチ角度指令値の利用手法については、直接ブレード２のピッチ角度駆動装置８に与えてもよいし、コントローラ１１の出力に加算する形で与えるものであってもよい。
【０１１１】
その他、変形考慮ピッチ角度指令値算出部１００を構成するにあたり、種々の構成を採用可能であり、また現況に応じて各種の対応を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…風力発電システム、２…ブレード、３…ハブ、４…ロータ、５…ナセル、６…発電機、７…風向風速センサ、８…ピッチ角度駆動装置、９…タワー、１０…電力変換器、１１…コントローラ、１２…回転速度センサ、２１…可変速制御部、２２…ピッチ角度制御部、２２ａ…回転速度制御部、２２ｂ…トルク制御部、２３、発電機トルク制御部、１００…変形考慮ピッチ角度指令値算出部、１０１…解析モデル、１０２…学習器、１０３…風速計測部、１０４…回転速度計測部、１０５…ヨー誤差計測部、１０６…ナセル傾斜角計測部、１０７…アジマス角計測部、１０８…発電電力計測部、１０９…翼変形量計測部、１１０…計測信号、１１１…状態信号、１１２…評価信号、１１３…翼振動速度演算部、１１４…評価信号決定部、１１５…翼、１１６…翼変形考慮ピッチ角度指令値算出部適用前の回転方向に加わる力、１１７…翼変形考慮ピッチ角度指令値算出部適用後の回転方向に加わる力、２００…アジマス角補正値生成部、３００…逆モデル、４００…ピッチ角度計測部、５００…モード切替部、６００…重みつけ演算部
【図１】
2020067023.tif 000005
【図２】
2020067023.tif 000006
【図３】
2020067023.tif 000007
【図４】
2020067023.tif 000008
【図５】
2020067023.tif 000009
【図６】
2020067023.tif 000010
【図７】
2020067023.tif 000011
【図８】
2020067023.tif 000012
【図９】
2020067023.tif 000013
【図１０】
2020067023.tif 000014
【図１１】
2020067023.tif 000015
【図１２】
2020067023.tif 000016
【図１３】
2020067023.tif 000017
【図１４】
2020067023.tif 000018
【図１５】
2020067023.tif 000019
【図１６】
2020067023.tif 000020
【図１７】
2020067023.tif 000021
【図１８】
2020067023.tif 000022
【図１９】
2020067023.tif 000023
【図２０】
2020067023.tif 000024