(57)【要約】  【課題】  必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供する。  【解決手段】  風向計により複数の風向データを取得し、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風向計から複数の風向データを取得し、
風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に複数配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項３】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル上部において風向に対して前記ナセルの左右に少なくとも２台配置されており、かつ、前記ナセル上部から略同じ高さに配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項４】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル上部において風向に対して前記ナセルの前後に少なくとも２台配置されており、かつ、風上側の風向計は風下側の風向計よりも低い位置に配置されていることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項５】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に配置された単一の風向計であり、時刻の異なる複数の風向データを取得することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項６】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
風速計から風速データを取得し、
風速データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した風速データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項７】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風力発電装置の運転状態に関するデータを取得し、
風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した風力発電装置の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項８】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風力発電装置の近傍に設置された風況計測装置により計測した風向データに基づき前記データベースを作成することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項９】
請求項１に記載の風力発電装置の風況計測方法であって、
前記風向計により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析により前記データベースを作成することを特徴とする風力発電装置の風況計測方法。
【請求項１０】
風向計と、
前記風向計から複数の風向データを取得する計測値取得部と、
風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部と、
前記計測値取得部により取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取るヨー誤差演算部と、を備え、
前記ヨー誤差演算部により読み出したヨー誤差に基づきヨー角を制御することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の風力発電装置であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に複数配置されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の風力発電装置であって、
前記風向計は、前記風力発電装置のナセル外部に配置された単一の風向計であり、時刻の異なる複数の風向データを取得することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の風力発電装置であって、
風速計をさらに備え、
前記記憶部は、風速データとヨー誤差の関係を予め記憶しており、
前記ヨー誤差演算部は、前記計測値取得部により取得した風速データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取ることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の風力発電装置であって、
前記計測値取得部は、前記風力発電装置の運転状態に関するデータを取得し、
前記記憶部は、前記風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶しており、
前記ヨー誤差演算部は、前記計測値取得部により取得した前記風力発電装置の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取ることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の風力発電装置であって、
前記風向計により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析により前記記憶部の風向データとヨー誤差の関係を作成することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の構成とその制御に係り、特に、風力発電装置に流入する風向を計測する風況計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風を受けて発電する風力発電装置の制御方法としては、風向が変化した場合、ヨー制御によって風力発電装置のロータ回転面が風向に対して正対するよう制御する方法が知られている。このヨー制御の高精度化には、風力発電装置のロータの回転軸方向と風向の偏差であるヨー誤差を正しく計測する必要がある。
【０００３】
ヨー誤差を計測する手法としては、風力発電装置に設置された風向計を用いるのが一般的である。しかしながら、風向計は風力発電装置に設置されるため、風力発電装置のナセル及びロータの影響を受けて変化した風向が計測され、計測精度が低下するという課題がある。
【０００４】
このような課題に対応すべく、レーザー式風向風速計を用いて風力発電装置の影響を受けない風上側の風況を計測する方法や、風力発電装置の発電電力を用いる方法等が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、風力発電機は、その風力発電機に取り付けられるか、またはその近傍に配置されるレーザ式風向風速計を備えている。レーザ式風向風速計を用い、風力発電機に向ってくる風の風向風速を事前に観測し、その観測結果に基づいて、風力発電機のヨー角・ピッチ角を予測制御し、風力発電機を含む風力発電システムの高効率化運転制御を行う。また、風力発電機に繋がれる出力平滑化装置を備えることで、風力発電機の予測出力値に基づいて出力平滑化装置の電力入出力量を予測制御し、風力発電システム全体の出力平滑化を図ることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２では、データ蓄積部により、当該風力発電装置の運転時における発電出力Ｐ、風速計により測定された風速に基づき推定される流入風速Ｗｓ、並びに、風向計により測定された風向θｗとナセルの方位との差である風向偏差のデータセットを逐次蓄積し、該蓄積データの統計解析を分析部により行って、各流入風速における発電出力の風向偏差に対する分布曲線を求め、該分布曲線がピークとなる風向偏差を風向計の補正値θｄとし、流入風速毎の風向計の補正値を風向補正テーブルに記憶し、運転制御部により、風向計による風向Ｖｗを流入風速Ｗｓ毎の風向計の補正値θｄで補正し、該補正後の風向を制御パラメータとして使用して発電制御を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３０１１１６号公報
【特許文献２】特開２００８−２９１７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の風力発電装置の風況計測方法では、風況計測にレーザー式風向風速計を用いているが、このレーザー式風向風速計は高価であり、運転中の全ての風力発電装置に設置するのは、コストの観点から難しい。
【０００９】
また、上記特許文献２の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置の発電出力をベースに評価しており、山岳地域等において吹上風や乱流強度の変化によって発電出力が変化した場合に計測精度が低下するという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、風向計により複数の風向データを取得し、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベースから、前記取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取ることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、風向計と、前記風向計から複数の風向データを取得する計測値取得部と、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部と、前記計測値取得部により取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を前記記憶部から読み取るヨー誤差演算部と、を備え、前記ヨー誤差演算部により読み出したヨー誤差に基づきヨー角を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を実現することができる。
【００１４】
これにより、風力発電装置の発電量向上が図れる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の風力発電装置を示す全体概略構成図である。
【図２】風力発電装置と風向の関係の例を示す模式図である。
【図３】実施例１における風向計設置位置を示す模式図である。
【図４】実施例１における風力発電装置に対する流入風向と風向計の計測結果の関係を示す模式図である。
【図５】実施例１における風力発電装置に対する流入風向と風向計の計測結果の関係を示す模式図である。
【図６】実施例１の風力発電装置における機能ブロック図である。
【図７】実施例２における風向計設置位置を示す模式図である。
【図８】実施例２における風力発電装置に対する流入風向と風向計の計測結果の関係を示す模式図である。
【図９】実施例２における風力発電装置に対する流入風向と風向計の計測結果の関係を示す模式図である。
【図１０】実施例２の風力発電装置における機能ブロック図である。
【図１１】実施例３の風力発電装置における機能ブロック図である。
【図１２】実施例４の風力発電装置における機能ブロック図である。
【図１３】実施例５の風力発電装置における機能ブロック図である。
【図１４】実施例６及び実施例７における風力発電装置と風況計測機器との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。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付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【００１８】
なお、本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。また、３枚のブレードとハブにてロータを構成する例を示すが、これに限られず、ロータはハブと少なくとも１枚のブレードにて構成しても良い。本発明の実施形態に係る風力発電装置は、洋上、山岳部及び平野部の何れの場所にも設けることができる。
【実施例１】
【００１９】
図１から図６を参照して、実施例１の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。図１は本実施例の風力発電装置を示す全体概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置２は、風を受けて回転するブレード２３、ブレード２３を支持するハブ２２、ハブ２２を回転可能に支持するナセル２１、及びナセル２１を回動可能に支持するタワー２０を備える。
【００２０】
ナセル２１内には、ハブ２２に接続されハブ２２と共に回転する主軸２５、主軸２５に接続され回転速度を増速する増速機２７、及び増速機２７により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機２８を備えている。
【００２１】
また、ブレード２３のハブ２２に対する設置の向きはピッチ角と称され、風力発電装置２は、このピッチ角、すなわち、ブレード２３の向きを制御するピッチ角制御装置３４を備える。ブレード２３の回転エネルギーを発電機２８に伝達する部位は、動力伝達部と呼ばれ、本実施例では、主軸２５、及び増速機２７が動力伝達部に含まれる。そして、増速機２７及び発電機２８は、メインフレーム２９上に保持されており、発電機２８はその動きを制御する発電機制御装置３５を有する。
【００２２】
また、ブレード２３及びハブ２２によりロータ２４が構成される。図１に示すように、タワー２０内部には、電力の周波数を変換する電力変換器３０、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器及び変圧器など（図示せず）、及び制御装置３１が配置されている。図１において、電力変換器３０及び制御装置３１はタワー２０の底部に設置されているが、これらの機器の設置場所はタワー底部に限定されず、風力発電装置２の内部であれば、他の場所に設置される場合も考えられる。
【００２３】
また、ナセル２１の上面に、風向データ及び風速データを計測するための風向風速計３２が設置されている。制御装置３１としては、例えば、制御盤又はＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）などが用いられる。
【００２４】
また、ナセル２１の向きはヨー角と称され、風力発電装置２は、このナセル２１の向き、すなわち、ロータ２４の回転面の向きを制御するヨー角制御装置３３を備える。図１に示すように、ヨー角制御装置３３は、ナセル２１の底面とタワー２０の先端部との間に配置され、例えば、図示しない、少なくともアクチュエータ及び当該アクチュエータを駆動するモータより構成される。制御装置３１より信号線を介して出力されるヨー角制御指令に基づき、ヨー角制御装置３３を構成するモータが回転しアクチュエータが所望量変位することで、所望のヨー角となるようナセル２１が回動する。
【００２５】
図２は風力発電装置と風向の関係の例を示す模式図である。風力発電装置２の向きに相当するナセル方向５１と風向５３の間の偏差をヨー誤差５５と呼ぶ。一般的に、ナセル方向５１はヨー角制御装置３３により、ヨー誤差５５が小さくなるように制御される。
【００２６】
本発明では、このヨー誤差を計測する方法として、ナセル外部に設置された風向計を用いる。このとき使用する風向計は風見鶏効果に基づいた矢羽式風向計を用いても、超音波風向計を用いても良い。
【００２７】
図３に本実施例における風向計の設置場所を示す。本実施例においては、ナセル上部に右側風向計３２aと左側風向計３２ｂが設置されている。このとき右側風向計３２aと左側風向計３２ｂは風向計が設置された位置における風向を計測し、ナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向と異なる計測結果を示す可能性がある。
【００２８】
図４にヨー誤差が非常に小さい場合の風向と、図３の風向計位置における風向の関係図を示す。右側風向計３２aによって計測された右側風向５６aと左側風向計３２ｂで計測された左側風向５６ｂは風力発電装置のナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向５３とは異なる計測結果を示す。具体的には、風に対してナセルやロータが風をせき止める抵抗体としての役割を果たすため、ナセルやロータを避けるような風の流れ場となる。
【００２９】
図５にヨー誤差が発生している場合の風向５３と、図３の風向計位置における風向の関係図を示す。右側風向計３２aによって計測された右側風向５６aと左側風向計３２ｂで計測された左側風向５６ｂは図４の場合と同様に風力発電装置のナセルやロータの影響により風力発電装置流入前の風向５３とは異なる計測結果を示す。具体的には、右側風向５６aはナセルの影響によりナセルに沿った風向となるのに対し、左側風向５６ｂはロータを避けるため、より大きなヨー誤差を有する風向となる。
【００３０】
図４及び図５に示す通り、風向５３とナセル上の風向計で計測された風向５６ａ、５６ｂは異なる風向を示すと考えられる。そのため、風向計での計測結果から、正しい風向を算出してヨー誤差を導出する必要がある。なお、風向５３とナセル上の風向計で計測された風向５６ａ，５６ｂの関係はナセル形状等によって変化するため、図４及び図５と異なる関係性となる場合もある。
【００３１】
図６に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測（観測）装置の機能ブロック図を示す。計測装置３７は、記憶部３１１と計測値取得部３１３とヨー誤差演算部３１５を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。
【００３２】
ヨー誤差演算部３１５は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサや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又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００３３】
計測値取得部３１３は、右側風向計３２ａ及び左側風向計３２ｂにより計測された風向データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ａ及び入力Ｉ／Ｆ３１７ｂと内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。
【００３４】
記憶部３１１には、少なくとも、風力発電装置２におけるヨー誤差と右側風向計３２ａによって計測される右側風向５６ａと左側風向計３２ｂによって計測される左側風向５６ｂとの関係が予め格納されている。
【００３５】
ヨー誤差演算部３１５は、内部バス３１９を介して記憶部３１１にアクセスし、記憶部３１１から風力発電装置２に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力Ｉ／Ｆ３１８を通じてヨー角制御装置３３に出力される。
【００３６】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風向計から複数の風向データを取得し、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース（記憶部３１１）から、取得した複数の風向データに対応するヨー誤差を読み取る。
【００３７】
本実施例によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供することが可能となる。
【００３８】
具体的には、ナセル２１の上部に設置された左右２つの風向計（右側風向計３２ａ，左側風向計３２ｂ）の計測結果と記憶部３１１に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
【００３９】
また、本実施例の風力発電装置２は、風向計（３２ａ，３２ｂ）と、風向計（３２ａ，３２ｂ）から複数の風向データ（５６ａ，５６ｂ）を取得する計測値取得部３１３と、風向データとヨー誤差の関係を予め記憶した記憶部３１１と、計測値取得部３１３により取得した複数の風向データ（５６ａ，５６ｂ）に対応するヨー誤差を記憶部３１１から読み取るヨー誤差演算部３１５を備えており、ヨー誤差演算部３１５により読み出したヨー誤差に基づいてヨー角制御装置３３を制御（補正）する。
【００４０】
また、風向計（３２ａ，３２ｂ）は、風力発電装置２のナセル２１の外部に複数配置されている。
【００４１】
また、風向計（３２ａ，３２ｂ）は、風力発電装置２のナセル２１の上部において風向に対してナセル２１の左右に少なくとも２台配置されており、かつ、ナセル２１の上部から略同じ高さに配置されている。
【００４２】
これにより、ヨー角制御装置３３による高精度なヨー角制御（補正）が可能となり、風力発電装置の発電量向上が図れる。
【実施例２】
【００４３】
図７から図１０を参照して、実施例２の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。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。
【００４４】
本実施例における特徴としては、ナセル上に設置する風向計をナセル上面から異なる高さに設置する点にある。
【００４５】
図７に本実施例における風向計の設置位置を示す。本実施例においては、ナセル上部に下側風向計３２ｃと上側風向計３２ｄが設置されている。このときナセル上に設置された下側風向計３２ｃと上側風向計３２ｄは風向計が設置された位置における風向を計測し、風力発電装置流入前の風向５３と異なる計測結果を示すと考えられる。
【００４６】
図８にヨー誤差が非常に小さい場合の風向５３と、図７の風向計位置における風向の関係図を示す。下側風向計３２ｃによって計測された下側風向５６ｃと上側風向計３２ｄで計測された上側風向５６ｄはロータ２４の左右中央（ナセル２１の中央の延長線上）に位置するため、風力発電装置２のナセル２１やロータ２４の影響を受けた場合においても、風向は同程度となる場合が多い。
【００４７】
次に、図９にヨー誤差が発生している場合の風向５３と、図７の風向計位置における風向の関係図を示す。下側風向計３２ｃによって計測された下側風向５６ｃと上側風向計３２ｄで計測された上側風向５６ｄは風力発電装置２のナセル２１やロータ２４の影響により風力発電装置流入前の風向５３とは異なる計測結果を示す。
【００４８】
具体的には、下側風向５６ｃはナセル２１やロータ２４の影響をより強く受けるため大きく曲がった風向となるのに対し、上側風向５６ｄはナセル２１やロータ２４の影響が小さくなり、より風向５３に近い風向となる。
【００４９】
図８及び図９に示す通り、風向５３とナセル上の風向計で計測された風向５６ｃ，５６ｄは異なる風向を示すと考えられる。そのため、風向計での計測結果から、正しい風向を算出してヨー誤差を導出する必要がある。なお、風向５３とナセル上の風向計で計測された風向５６ｃ，５６ｄの関係はナセル形状等によって変化するため、図８及び図９と異なる関係性となる場合もある。
【００５０】
図１０に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測（観測）装置の機能ブロック図を示す。計測装置３７は、記憶部３１１と計測値取得部３１３とヨー誤差演算部３１５を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。
【００５１】
なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００５２】
計測値取得部３１３は、下側風向計３２ｃ及び上側風向計３２ｄにより計測された風向データを、入力Ｉ／Ｆ３１７ｃ及び入力Ｉ／Ｆ３１７ｄと内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。
【００５３】
記憶部３１１には、少なくとも、風力発電装置２におけるヨー誤差と下側風向計３２ｃによって計測される下側風向５６ｃと上側風向計３２ｄによって計測される上側風向５６ｄとの関係が予め格納されている。
【００５４】
ヨー誤差演算部３１５は、内部バス３１９を介して記憶部３１１にアクセスし、記憶部３１１から風力発電装置２に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力Ｉ／Ｆ３１８を通じてヨー角制御装置３３に出力される。
【００５５】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置２では、風向計（３２ｃ，３２ｄ）は、風力発電装置２のナセル２１の上部において風向に対してナセル２１の前後に少なくとも２台配置されており、かつ、風上側の風向計（３２ｃ）は風下側の風向計（３２ｄ）よりも低い位置に配置されている。
【００５６】
本実施例によれば、必要以上にコストを増加させることなく高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。
【００５７】
具体的には、ナセル２１の上部に設置された上下２つの風向計（下側風向計３２ｃ，上側風向計３２ｄ）の計測結果と記憶部３１１に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。これにより、ヨー角制御装置３３による高精度なヨー角制御（補正）が可能となり、風力発電装置の発電量向上が図れる。
【実施例３】
【００５８】
図１１を参照して、実施例３の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例１及び実施例２と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施例における特徴としては、ナセル上に設置する単独（1台）の風向計から複数の風向データを取得する点にある。そのため、風向計の設置位置は図３及び図７に示した位置の内、いずれに設置しても良い。
【００６０】
図１１に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測（観測）装置の機能ブロック図を示す。計測装置３７は、記憶部３１１、保管部３１２、計測値取得部３１３及びヨー誤差演算部３１５を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。
【００６１】
なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００６２】
計測値取得部３１３は、風向（風速）計３２により計測された風向データを、入力Ｉ／Ｆ３１７と内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。
【００６３】
得られた風向データは一度保管部３１２に保管される。このとき記憶部３１１は、少なくとも２つ以上の異なるタイムスタンプにおける風向データとデータ処理時におけるヨー誤差の関係が格納されている。
【００６４】
ヨー誤差演算部３１５は、内部バス３１９を介して記憶部３１１及び保管部３１２にアクセスし、記憶部３１１から風力発電装置２に流入する風向に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力Ｉ／Ｆ３１８を通じてヨー角制御装置３３に出力される。
【００６５】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置２では、風向計３２は、風力発電装置２のナセル２１の外部に配置された単一の風向計３２であり、時刻の異なる複数の風向データを取得する。
【００６６】
本実施例によれば、１台の風向計３２のみで、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。
【００６７】
具体的には、１台の風向計３２の複数の計測結果を保管部３１２に保存し、風向時間的（経時的）な変化に基づいて、記憶部３１１に格納されたデータを用いることで、新たな計測機器を設置することなく、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
【実施例４】
【００６８】
図１２を参照して、実施例４の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例１から実施例３と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００６９】
本実施例における特徴としては、複数の風向データに加えて風速データを取得する点にある。そのため、風向計３２の設置位置は図３及び図７に示した位置の内、いずれに設置しても良い。また、風速計３９の設置位置についても風力発電装置２のナセル周りであれば、どの地点に設置しても良い。
【００７０】
図１２に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測（観測）装置の機能ブロック図を示す。計測装置３７は、記憶部３１１、計測値取得部３１３及びヨー誤差演算部３１５を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。
【００７１】
なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００７２】
計測値取得部３１３は、風向計３２及び風速計３９により計測された風向データ及び風速データを、入力Ｉ／Ｆ３１７及び入力Ｉ／Ｆ３１７eと内部バス３１９を介して取得し、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、平滑化処理（ノイズ除去）、或いは正規化処理などを実行する。
【００７３】
記憶部３１１には、少なくとも、風力発電装置２におけるヨー誤差と風向計３２によって計測される風向と風速計３９によって計測される風速との関係が予め格納されている。
【００７４】
ヨー誤差演算部３１５は、内部バス３１９を介して記憶部３１１にアクセスし、記憶部３１１から風力発電装置２に流入する風向及び風速に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力Ｉ／Ｆ３１８を通じてヨー角制御装置３３に出力される。
【００７５】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風速計３９から風速データを取得し、風速データとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース（記憶部３１１）から、取得した風速データに対応するヨー誤差を読み取る。
【００７６】
本実施例によれば、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。
【００７７】
風力発電装置２に設置された風向計３２によって計測された風向が実際の風向５３と異なる主要因としては、ナセルやロータいった構造体の影響が大きい。このとき、これらの構造体による流れ場の変化は、レイノルズ数といった流体の特徴量によって変化し、これらの特徴量は風速に対する関数となっている。そのため、風速を含めたデータを作成し記憶部に格納することにより、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
【実施例５】
【００７８】
図１３を参照して、実施例５の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例１から実施例４と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００７９】
本実施例における特徴としては、複数の風向データに加えて風力発電装置２の運転データを取得する点にある。そのため、風向計３２の設置位置は図３及び図７に示した位置の内、いずれに設置しても良い。
【００８０】
図１３に本実施例の風況計測方法を実行する風況計測（観測）装置の機能ブロック図を示す。計測装置３７は、記憶部３１１、計測値取得部３１３及びヨー誤差演算部３１５を備え、これらは相互に内部バス３１９にてアクセス可能に接続されている。
【００８１】
なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００８２】
計測値取得部３１３は、風向計３２により計測された風向データを入力Ｉ／Ｆ３１７と内部バス３１９を通じて取得するとともに、制御装置３１から風力発電装置２の発電機トルクやロータ回転数などの運転状態に関する情報を取得する。
【００８３】
記憶部３１１には、少なくとも、風力発電装置２におけるヨー誤差と風向計３２によって計測される風向と発電機トルクやロータ回転数、ピッチ角度の指令値といった風力発電装置２の運転状態との関係が予め格納されている。
【００８４】
ヨー誤差演算部３１５は、内部バス３１９を介して記憶部３１１にアクセスし、記憶部３１１から風力発電装置２に流入する風向及び風力発電装置２の運転状態に基づいたヨー誤差を読み出す。得られたヨー誤差は出力Ｉ／Ｆ３１８を通じてヨー角制御装置３３に出力される。
【００８５】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置２の運転状態に関するデータを取得し、風力発電装置の運転状態に関するデータとヨー誤差の関係を予め記憶したデータベース（記憶部３１１）から、取得した風力発電装置２の運転状態に関するデータに対応するヨー誤差を読み取る。
【００８６】
本実施例によれば、高精度な風況計測が可能であり、かつ、様々な地域で適用可能な風力発電装置および風況計測方法を提供することが可能となる。
【００８７】
風力発電装置２に設置された風向計３２によって計測された風向が実際の風向５３と異なる主要因としては、ナセルやロータいった構造体の影響が大きい。このとき、風力発電装置２のロータ２４による影響は、風力発電装置２が風の運動エネルギーを回転エネルギーに変換した量によって変化するため、風力発電装置２の運転状態によってロータ２４が風況に与える影響も変化する。
【００８８】
このことから、ロータ回転数などの風力発電装置２の運転状態を記憶部３１１に格納することにより、より高精度にヨー誤差を計測することが可能となる。
【実施例６】
【００８９】
図１４を参照して、実施例６の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例１から実施例５と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００９０】
本実施例は本発明における記憶部３１１の作成方法に関する。図１４に記憶部３１１に格納するデータを作成する際の現地サイトの概略イメージを示す。
【００９１】
記憶部３１１に格納するデータを作成するには、風向計３２で計測された結果に加えて、風力発電装置２に流入する風向５３を正しく計測し、記憶部３１１に格納する必要がある。そこで、対象となる風力発電装置２の周辺（主風向風上側や主風向と垂直となる方向側）に風況計測（観測）装置５００を設置し、計測した結果を風向５３として記憶部に格納する。このとき、風況計測（観測）装置５００としては、例えば風況観測塔に設置された風向計やドップラー法則に基づいた無線式の風況計測機器であるドップラーライダー（Doppler Lidar）等を用いてもよい。
【００９２】
風況計測（観測）装置５００の設置場所は、風力発電装置２に流入する風況と同じ風況が観測される場所であることが望ましいが、周辺地形や建造物の影響により、完全に等しい風況を計測できない場合も考えられる。この場合、風況計測（観測）装置５００によって得られた結果を物理モデルもしくは数値解析等によって補正し、風向５３として記憶部に格納してもよい。
【００９３】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風力発電装置２の周辺（近傍）に設置された風況計測（観測）装置５００により計測した風向データに基づきデータベース（記憶部３１１）を作成（構成）する。
【００９４】
本実施例によれば、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供するための記憶部を作成することが可能となる。本実施例の方法を使用する利点としては、風力発電装置２を設置した現地サイトにおける風況特性を加味した記憶部を構築できる点にある。風況は風力発電装置周辺の地形や気候によって変化する。そのため、風向計測結果と風力発電装置２に流入する風向５３の関係は、風力発電装置２の設置場所に応じて変化する可能性がある。従って、記憶部３１１に格納されるデータは風力発電装置２の設置場所の特徴を考慮したものであることが望ましい。
【００９５】
本実施例の方法であれば、風力発電装置を設置した場所の特性を含めた記憶部を作成し、より高精度のヨー誤差を推定することが可能となる。
【実施例７】
【００９６】
実施例６に続き、同じく図１４を参照して、実施例７の風力発電装置及び風況計測方法について説明する。なお、実施例１から実施例６と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００９７】
本実施例は本発明における記憶部３１１の作成方法に係り、記憶部３１１に格納するデータをモデル試験や数値流体解析により事前に作成する点に特徴がある。
【００９８】
記憶部３１１の作成には風力発電装置２に流入し得る全てのヨー誤差条件において風向計測結果と風力発電装置２に流入する風向５３の関係を計測する必要がある。そのため、実施例６に記載の方法の場合、記憶部３１１に格納すべきデータを全て取得するのに長期間の計測が必要になる可能性がある。
【００９９】
そこで、本実施例における風力発電装置の風況計測方法では、事前に風洞実験などのモデル試験や数値流体解析により記憶部３１１を作成する。
【０１００】
記憶部３１１の作成において、風洞実験を使用する場合、図１４における風況計測（観測）装置５００が不要となり、実験の設定条件として風向５３を評価することが可能となる。
【０１０１】
また、数値流体解析により記憶部３１１を作成する場合においても、解析における境界条件設定で風向５３を評価することが可能となる。このため、記憶部３１１の作成者が人為的に条件を用意することが可能なため、記憶部３１１の作成時間を短縮することが可能となる。
【０１０２】
また、外乱の少ない理想的な条件で記憶部３１１に格納するデータを作成するため、各風況因子の効果をそれぞれ明確に評価することができる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施例の風力発電装置の風況計測方法では、風向計３２により計測した風向データのモデル試験または数値流体解析によりデータベース（記憶部３１１）を作成（構成）する。
【０１０４】
本実施例によれば、様々な地域で適用可能な風力発電装置の風況計測方法を提供するための記憶部を作成することが可能となる。特に、本実施例に記載の方法であれば、本風況計測方法を短期間で準備し、実際の風力発電装置に適用することが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
２…風力発電装置
２０…タワー
２１…ナセル
２２…ハブ
２３…ブレード
２４…ロータ
２５…主軸
２７…増速機
２８…発電機
２９…メインフレーム
３０…電力変換器
３１…制御装置
３２…風向（風速）計
３２ａ…右側風向計
３２ｂ…左側風向計
３２ｃ…下側風向計
３２ｄ…上側風向計
３３…ヨー角制御装置
３４…ピッチ角制御装置
３５…発電機制御装置
３７…計測装置
３９…風速計
５１…ナセル方向
５３…風向
５５…ヨー誤差
５６ａ…右側風向
５６ｂ…左側風向
５６ｃ…下側風向
５６ｄ…上側風向
３１１…記憶部
３１２…保管部
３１３…計測値取得部
３１５…ヨー誤差演算部
３１７…入力Ｉ／Ｆ
３１７ａ…入力Ｉ／Ｆ
３１７ｂ…入力Ｉ／Ｆ
３１７ｃ…入力Ｉ／Ｆ
３１７ｄ…入力Ｉ／Ｆ
３１７ｅ…入力Ｉ／Ｆ
３１８…出力Ｉ／Ｆ
３１９…内部バス
５００…風況計測（観測）装置
【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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【図７】
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【図８】
2020193605.tif 000010
【図９】
2020193605.tif 000011
【図１０】
2020193605.tif 000012
【図１１】
2020193605.tif 000013
【図１２】
2020193605.tif 000014
【図１３】
2020193605.tif 000015
【図１４】
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