(57)【要約】【課題】翼の根元に作用する変動荷重が抑制され、耐久性が向上した風力発電装置、該風力発電装置の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】風力発電装置の制御装置は、各々の翼に作用する荷重に基づいて回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するためのＭｚｎモーメント演算部と、Ｍｚｎモーメントから、少なくとも基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出するための基本Ｍｚｎ成分抽出部と、回転軸に作用する回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算するための補正用Ｍｚｎ成分演算部と、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差に基づいて、各々の翼のピッチ角の調整量を決定するためのピッチ角調整量決定部とを有する。【選択図】  図３
2014163312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と、
前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角の調整量を決定するように構成された制御装置と
を備える風量発電装置において、
前記制御装置は、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するためのＭｚｎモーメント演算部と、
前記Ｍｚｎモーメントから、少なくとも前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出するための基本Ｍｚｎ成分抽出部と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算するための補正用Ｍｚｎ成分演算部と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定するためのピッチ角調整量決定部と
を有することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記ピッチ角調整量決定部は、前記Ｍｚｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
少なくとも２方向における前記タワーの振動を計測可能な振動計と、
前記ナセルのヨー角を調整可能なヨー駆動機構とを更に備え、
前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、前記振動計によって計測された前記タワーの振動及び前記ナセルのヨー角に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
少なくとも２方向における前記ナセルの振動を計測可能な振動計を更に備え、
前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、前記振動計によって計測された前記ナセルの振動に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記翼は２本の翼からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する水平軸周りのＭｙｎモーメントを演算するためのＭｙｎモーメント演算部と、
前記Ｍｙｎモーメントから、少なくとも前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｙｎ成分を抽出するための基本Ｍｙｎ成分演算部と、
前記回転軸に作用するジャイロモーメントの水平方向成分である補正用Ｍｙｎ成分を演算するための補正用Ｍｙｎ成分演算部とを更に有し、
前記ピッチ角調整量決定部は、前記基本Ｍｙｎ成分と前記補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差及び前記Ｍｙｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記ピッチ角調整量決定部は、前記Ｍｚｎ偏差及び前記Ｍｙｎ偏差の各々に周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定可能である
ことを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項８】
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と
を備える風量発電装置の制御方法において、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するＭｚｎモーメント演算工程と、
前記Ｍｚｎモーメントから、前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出する基本Ｍｚｎ成分抽出工程と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算する補正用Ｍｚｎ成分演算工程と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定する調整量決定工程と
を備えることを特徴とする風力発電装置の制御方法。
【請求項９】
前記調整量決定工程において、前記Ｍｚｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置の制御方法。
【請求項１０】
前記風力発電装置は、前記ナセルのヨー角を調整可能なヨー駆動機構を更に備え、
前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、少なくとも２方向における前記タワーの振動及び前記ナセルのヨー角に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の風力発電装置の制御方法。
【請求項１１】
前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、少なくとも２方向における前記ナセルの振動に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の風力発電装置の制御方法
【請求項１２】
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する水平軸周りのＭｙｎモーメントを演算するＭｙｎモーメント演算工程と、
前記Ｍｙｎモーメントから、前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分よりも高い周波数の高調波成分を除去し、前記基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｙｎ成分を抽出する基本Ｍｙｎ成分抽出工程と、
前記回転軸に作用するジャイロモーメントに起因して前記回転軸に作用する水平軸周りの補正用Ｍｙｎ成分を演算する補正用Ｍｙｎ成分演算工程とを更に備え、
前記調整量決定工程において、前記基本Ｍｙｎ成分と前記補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差及び前記Ｍｙｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の制御方法。
【請求項１３】
前記調整量決定工程において、前記Ｍｚｎ偏差、前記Ｍｙｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の制御方法。
【請求項１４】
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と
を備える風量発電装置の制御装置において、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するためのＭｚｎモーメント演算部と、
前記Ｍｚｎモーメントから、少なくとも前記基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出するための基本Ｍｚｎ成分抽出部と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算するための補正用Ｍｚｎ成分演算部と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定するためのピッチ角調整量決定部と
を備えることを特徴とする風力発電装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置、風力発電装置の制御装置及び制御方法に関し、具体的には、翼のピッチ角を調整可能な風力発電装置、該風力発電装置の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、再生エネルギーとしての風を利用して発電を行う風力発電装置の普及が進んでいる。風力発電装置では、翼が受けた風力が回転軸の回転力に変換され、この回転力が発電機によって電力に変換される。
風力発電装置においては、翼が受ける風が時間的及び空間的に一様ではないため、翼に対し、回転軸を傾動させるようなモーメント（傾動モーメント）が加わることがある。
【０００３】
特許文献１は、風力発電装置において、翼に作用する空気力学的な力を利用してロータに作用する傾動モーメントを発生させ、該傾動モーメントによって、ロータに作用する重力により主軸受に作用する曲げモーメントを低減し、主軸受の長寿命化を図る技術を開示している。
【０００４】
具体的には、特許文献１が開示する風力発電装置では、風力発電装置のデータがピッチ角センサ、翼負荷センサ及びアジマス角センサによって取得される。取得されたデータは、演算装置に供給され、フィードバック信号に変換される。フィードバック信号は、ピッチ角のフィードバック制御に使用される（特許文献１の段落００５５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００１４９７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、風力発電装置においては、一般に、翼がタワーに衝突しないように、回転軸が水平軸に対して５度程度傾斜して配置されている。回転軸が傾斜していることで、回転軸周りの回転モーメントは鉛直方向成分を含むことになる。このような回転軸周りのモーメントの鉛直方向成分は、回転軸に作用する傾動モーメントに影響を及ぼし、ひいては、翼の根元に作用する変動荷重にも影響する。
【０００７】
特許文献１には、かかる影響について何ら記載がなく、影響への対応策も記載されていない。
本発明の少なくとも一実施形態は、翼の根元に作用する変動荷重が抑制され、耐久性が向上した風力発電装置、該風力発電装置の制御装置及び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】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と、
前記ピッチ駆動機構による前記ピッチ角の調整量を決定するように構成された制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するためのＭｚｎモーメント演算部と、
前記Ｍｚｎモーメントから、少なくとも前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出するための基本Ｍｚｎ成分抽出部と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算するための補正用Ｍｚｎ成分演算部と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定するためのピッチ角調整量決定部と
を有する。
【０００９】
上記風力発電装置では、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、Ｍｚｎ偏差に基づいて、ピッチ角の調整量が決定される。補正用Ｍｚｎ成分は、回転軸に作用する回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である。この構成によれば、回転軸が水平軸に対し傾斜していることに起因して生ずる、Ｍｘｎモーメントの鉛直方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、翼の根元に作用する変動荷重が有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角調整量決定部は、前記Ｍｚｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定可能である。
ＰＩ制御の場合、一般的に、制御量が正弦波状又は余弦波状に周期的に変動するとき、ある程度までしか偏差を小さくすることができない。ゲインを大きくすれば、偏差をより小さくすることが可能であるが、ゲインを大きすぎると、制御が不安定になってしまう。翼に作用する荷重は、正弦波状又は余弦波状に周期的に変動する成分を含んでおり、ＰＩ制御のみでは、翼に作用する荷重の周期的な変動成分をある程度までしか小さくすることができない。
この構成では、周期変動伝達関数を用いてピッチ角の調整量を決定することにより、翼に作用する荷重が周期変動成分を含んでいても、周期変動成分を確実に小さくすることができる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、風力発電装置は、少なくとも２方向における前記タワーの振動を計測可能な振動計と、前記ナセルのヨー角を調整可能なヨー駆動機構とを更に備え、前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、前記振動計によって計測された前記タワーの振動及び前記ナセルのヨー角に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００１２】
幾つかの実施形態では、風力発電装置は、少なくとも２方向における前記ナセルの振動を計測可能な振動計を更に備え、前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、前記振動計によって計測された前記ナセルの振動に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００１３】
幾つかの実施形態では、前記翼は２本の翼からなる。
一般的に、翼が２本の場合、３本の場合に比べて力学的にバランスが悪く、ジャイロモーメント等に起因する大きな変動荷重が回転軸等に作用しやすい。
この点、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差に基づいてピッチ角の調整量を決定するようにした上記構成では、翼が２本であっても、変動荷重が有効に低減される。
【００１４】
前記制御装置は、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する水平軸周りのＭｙｎモーメントを演算するためのＭｙｎモーメント演算部と、
前記Ｍｙｎモーメントから、少なくとも前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｙｎ成分を抽出するための基本Ｍｙｎ成分演算部と、
前記回転軸に作用するジャイロモーメントの水平方向成分である補正用Ｍｙｎ成分を演算するための補正用Ｍｙｎ成分演算部とを更に有し、
前記ピッチ角調整量決定部は、前記基本Ｍｙｎ成分と前記補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差及び前記Ｍｙｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定可能である。
【００１５】
この構成では、Ｍｚｎ偏差及びＭｙｎ偏差に基づいて翼のピッチ角の調整量が決定される。Ｍｙｎ偏差は、基本Ｍｙｎ成分と補正用Ｍｙｎ成分との差であり、補正用Ｍｙｎ成分は、ジャイロモーメントの水平方向成分である。この構成によれば、回転軸が傾動することによって生ずる、ジャイロモーメントの水平方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、回転軸等に作用する変動荷重がより一層有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
【００１６】
前記ピッチ角調整量決定部は、前記Ｍｚｎ偏差、前記Ｍｙｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定可能である。
この構成では、周期変動伝達関数を用いてピッチ角の調整量を決定することにより、翼に作用する荷重が周期変動成分を含んでいても、周期変動成分を確実に小さくすることができる。
【００１７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の制御方法は、
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と
を備える風量発電装置の制御方法であって、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するＭｚｎモーメント演算工程と、
前記Ｍｚｎモーメントから、前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出する基本Ｍｚｎ成分抽出工程と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算する補正用Ｍｚｎ成分演算工程と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定する調整量決定工程と
を備える。
【００１８】
上記風力発電装置の制御方法によれば、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、Ｍｚｎ偏差に基づいて、ピッチ角の調整量が決定される。補正用Ｍｚｎ成分は、回転軸に作用する回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である。この構成によれば、回転軸が水平軸に対し傾斜していることに起因して生ずる、Ｍｘｎモーメントの鉛直方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、翼の根元に作用する変動荷重が有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記調整量決定工程において、前記Ｍｚｎ偏差及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定する。
この構成では、周期変動伝達関数を用いてピッチ角の調整量を決定することにより、翼に作用する荷重が周期変動成分を含んでいても、周期変動成分を確実に小さくすることができる。
【００２０】
幾つかの実施形態では、前記風力発電装置は、前記ナセルのヨー角を調整可能なヨー駆動機構を更に備え、前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、少なくとも２方向における前記タワーの振動及び前記ナセルのヨー角に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００２１】
幾つかの実施形態では、前記補正用Ｍｚｎ成分演算部は、少なくとも２方向における前記ナセルの振動に基づいて、前記補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００２２】
幾つかの実施形態では、風力発電装置の制御方法は、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する水平軸周りのＭｙｎモーメントを演算するＭｙｎモーメント演算工程と、
前記Ｍｙｎモーメントから、前記回転軸の回転数に対応する基本周波数成分よりも高い周波数の高調波成分を除去し、前記基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｙｎ成分を抽出する基本Ｍｙｎ成分抽出工程と、
前記回転軸に作用するジャイロモーメントに起因して前記回転軸に作用する水平軸周りの補正用Ｍｙｎ成分を演算する補正用Ｍｙｎ成分演算工程とを更に備え、
前記調整量決定工程において、前記基本Ｍｙｎ成分と前記補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差及び前記Ｍｙｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定する。
【００２３】
この構成では、Ｍｚｎ偏差及びＭｙｎ偏差に基づいて翼のピッチ角の調整量が決定される。Ｍｙｎ偏差は、基本Ｍｙｎ成分と補正用Ｍｙｎ成分との差であり、補正用Ｍｙｎ成分は、ジャイロモーメントの水平方向成分である。この構成によれば、回転軸が傾動することによって生ずる、ジャイロモーメントの水平方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、回転軸等に作用する変動荷重がより一層有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
【００２４】
幾つかの実施形態では、前記調整量決定工程において、前記Ｍｚｎ偏差、前記Ｍｙｎ及び周期変動伝達関数を用いて前記ピッチ角の調整量を決定する。
この構成では、周期変動伝達関数を用いてピッチ角の調整量を決定することにより、翼に作用する荷重が周期変動成分を含んでいても、周期変動成分を確実に小さくすることができる。
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の制御装置は、
タワーと、
前記タワーによって支持されたナセルと、
前記ナセルによって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に対し、前記回転軸の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼と、
各々の前記翼のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構と
を備える風量発電装置の制御装置であって、
各々の前記翼に作用する荷重に基づいて前記回転軸に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算するためのＭｚｎモーメント演算部と、
前記Ｍｚｎモーメントから、少なくとも前記基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出するための基本Ｍｚｎ成分抽出部と、
前記回転軸に作用する前記回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算するための補正用Ｍｚｎ成分演算部と、
前記基本Ｍｚｎ成分と前記補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、前記Ｍｚｎ偏差に基づいて、各々の前記翼のピッチ角の調整量を決定するためのピッチ角調整量決定部と
を備える。
【００２６】
上記風力発電装置の制御装置では、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、Ｍｚｎ偏差に基づいて、ピッチ角の調整量が決定される。補正用Ｍｚｎ成分は、回転軸に対して作用する回転軸周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である。この構成によれば、回転軸が水平軸に対し傾斜していることに起因して生ずる、Ｍｘｎモーメントの鉛直方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、翼の根元に作用する変動荷重が有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、翼の根元に作用する変動荷重が抑制され、耐久性が向上した風力発電装置、該風力発電装置の制御装置及び制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る風量発電装置の概略構成図である。
【図２】図１の風力発電装置の翼及びその周辺における座標の設定について説明するための概略的な斜視図である。
【図３】図１の風力発電装置の翼及びその周辺における座標の設定について説明するための概略的な側面図である。
【図４】図１の風力発電装置の翼及びその周辺における座標の設定について説明するための概略的な上面図である。
【図５】図１の風力発電装置に適用される制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図５中の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】他の実施形態に係る制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状ｓ、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る風力発電装置の全体構成を概略的に示す図である。図１に示すように風力発電装置は、タワー１０と、タワー１０に支持されるナセル１２と、ナセル１２によって水平軸に対し傾斜した状態で回転可能に支持された回転軸１４と、回転軸１４に対し、回転軸１４の半径方向に沿う軸周りのピッチ角を調整可能に取り付けられた少なくとも２本の翼１６と、各々の翼１６のピッチ角を調整可能なピッチ駆動機構１８と、ピッチ駆動機構１８によるピッチ角の調整量を決定するように構成された制御装置２０とを備える。
【００３１】
幾つかの実施形態では、風力発電装置は、ナセル１２に設置された軸受２２、増速機構２４、及び、発電機２６を備える。回転軸１４は、軸受２２によって回転可能に支持され、翼が風を受けることにより回転する。回転軸１４は増速機構２４に連結され、増速機構２４は発電機２６に連結されている。増速機構２４は、回転軸１４の回転を増速して発電機２６に伝達可能である。
【００３２】
幾つかの実施形態では、増速機構２４は、油圧ポンプ２４ａと油圧モータ２４ｂからなり、回転軸１４は、油圧ポンプ２４ａに連結される。油圧ポンプ２４ａは、風力による回転軸１４の回転を利用して作動油を圧縮し、高圧の作動油を油圧モータ２４ｂに供給する。油圧モータ２４ｂは、発電機２６に連結された出力軸を有し、供給された高圧の作動油を利用して出力軸を回転させ、もって発電機２６に発電させる。油圧モータ２４ｂで仕事をして低圧になった作動油は、油圧ポンプ２４ａに返戻される。
幾つかの実施形態では、増速機構２４は遊星歯車機構からなる。
また幾つかの実施形態では、回転軸１４が、増速機構２４を介さずに発電機２６に直接連結される。
【００３３】
タワー１０は、例えば地上又は洋上に立設される。幾つかの実施形態では、風量発電装置は、鉛直軸周りのナセル１２のヨー角を調整可能なヨー駆動機構３０を備え、制御装置２０は、風向に応じてヨー角の調整量を決定するように構成される。
幾つかの実施形態では、２本以上の翼１６は、第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂの２本の翼からなり、第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂは、Ｔ字状のハブ２８を介して回転軸１４に連結されている。ピッチ駆動機構１８は、第１翼ピッチ駆動機構１８ａと第２翼ピッチ駆動機構からなり、第１翼ピッチ駆動機構１８ａは、第１翼１６ａとハブ２８との連結部に設けられ、第２翼ピッチ駆動機構１８ｂは、第２翼１６ｂとハブ２８との連結部に設けられている。
【００３４】
ここで、図２、図３及び図４は、本明細書における、風力発電装置における座標軸の設定を説明するための図である。図２は翼１６（１６ａ，１６ｂ）及びその周辺を概略的に示す斜視図、図３は翼１６（１６ａ，１６ｂ）及びその周辺を概略的に示す側面図、そして図４は、翼１６（１６ａ，１６ｂ）及びその周辺を概略的に示す上面図である。
図２〜４に示したように、Ｘｋ軸、Ｙｋ軸及びＺｋ軸は相互に直交している。Ｘｋ軸は、タワー１０の前後方向に沿って水平方向に延びている。Ｙｋ軸は、タワー１０の左右（方向（幅方向）に沿って水平方向に延びている。Ｚｋ軸は鉛直方向に延びている。
Ｘｎ軸、Ｙｎ軸及びＺｎ軸は相互に直交している。Ｘｎ軸は回転軸１４に沿っており、チルト角に対応して水平方向に対し傾斜している。Ｙｎ軸はタワー１０の幅方向に沿って水平方向に延びている。Ｚｎ軸は、チルト角に対応して鉛直方向に対し傾斜している。
【００３５】
図５、風力発電装置の制御システムの概略的な構成を示している。
図５に示したように、幾つかの実施形態では、制御システムは、制御装置２０とセンサ群とを有し、制御装置２０は、センサ群によって測定されたデータに基づいて、ピッチ駆動機構１８を制御する。
幾つかの実施形態では、センサ群は、タワー振動計３１、アジマス角センサ３２、及び、翼荷重センサ３４を有する。
【００３６】
タワー振動計３１は、タワー１０に作用する少なくとも２方向の荷重を検出するためのセンサである。幾つかの実施形態では、タワー振動計３１は、タワー１０に設置され、タワー１０の前後方向及び左右方向の振動を計測可能な振動計からなる。
幾つかの実施形態では、センサ群は、タワー振動計３１に代えて、ナセル１２に作用する少なくとも２方向の荷重を検出するためのナセル振動計３３を有する（図１参照）。ナセル振動計３３は、ナセル１２に設置され、ナセル１２の前後方向及び左右方向の振動を計測可能な振動計からなる。
【００３７】
アジマス角センサ３２は、回転軸１４の回転角（アジマス角）を測定可能なセンサである。アジマス角センサ３２は、例えばロータリエンコーダからなり、ナセル１２内を延びる回転軸１４の部分の近傍に配置される。アジマス角は、Ｙｎ−Ｚｎ面内での回転軸１４の回転角である。
【００３８】
翼荷重センサ３４は、各々の翼１６の根元に作用する荷重を測定するためのセンサである。幾つかの実施形態では、翼荷重センサ３４は、第１翼１６ａの根元の荷重を測定するための第１翼荷重センサ３４ａ及び第２翼１６ｂの根元の荷重を測定するための第２翼荷重センサ３４ｂからなる。第１翼荷重センサ３４ａ及び第２翼荷重センサ３４ｂは、第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂの根元にそれぞれ取り付けられる。
幾つかの実施形態では、第１翼荷重センサ１６ａ及び第２翼荷重センサ１６ｂは、ハブ２８に取り付けられる。
【００３９】
幾つかの実施形態では、センサ群は、ピッチ駆動機構１８に内蔵されたピッチ角センサ３６を有し、ピッチ角センサ３６は、第１翼１６ａのピッチ角を測定するための第１翼ピッチ角センサ３６ａと、第２翼１６ｂのピッチ角を測定するための第２翼ピッチ角センサ３６ｂとからなる。
また幾つかの実施形態では、センサ群は、風力発電装置周辺の風向を測定するための風向センサ３７と、ヨー駆動機構３０に内蔵されたヨー角センサ３８を有する。ヨー角センサ３８は、ナセル１２のヨー角を測定するためのセンサである。
【００４０】
幾つかの実施形態では、制御装置２０は、Ｍｚｎモーメント演算部４０、Ｍｙｎモーメント演算部４２と、基本Ｍｚｎ成分演算部４４と、基本Ｍｙｎ成分演算部４６と、補正用Ｍｚｎ成分演算部４８と、補正用Ｍｙｎ成分演算部５０と、Ｍｚｎ偏差演算部５２と、Ｍｙｎ偏差演算部５４と、ピッチ角調整量決定部５６とを有する。
【００４１】
Ｍｚｎモーメント演算部４０は、各々の翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重に基づいて回転軸１４に作用する鉛直軸周りのＭｚｎモーメントを演算する（Ｍｚｎモーメント演算工程）。Ｍｙｎモーメント演算部４２は、各々の翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重に基づいて回転軸１４に作用する水平軸（Ｙｎ軸）周りのＭｙｎモーメントを演算する（Ｍｙｎモーメント演算工程）。各々の翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重は、翼荷重センサ３４（３４ａ，３４ｂ）によって測定され、制御装置２０に入力される。
【００４２】
基本Ｍｚｎ成分演算部４４は、Ｍｚｎモーメント演算部４０によって演算されたＭｚｎモーメントから、少なくとも回転軸１４の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出する（基本Ｍｚｎ成分演算工程）。基本Ｍｚｎ成分は、風により生じるものであり、図２中のＭｚｎ成分が、基本Ｍｚｎ成分を例示している。
基本Ｍｙｎ成分演算部４６は、Ｍｙｎモーメント演算部４２によって演算されたＭｙｎモーメントから、少なくとも回転軸１４の回転数に対応する基本周波数成分と定常成分とからなる基本Ｍｚｎ成分を抽出する（基本Ｍｙｎ成分演算工程）。
【００４３】
補正用Ｍｚｎ成分演算部４８は、回転軸１４に作用する回転軸１４周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である補正用Ｍｚｎ成分を演算する（補正用Ｍｚｎ演算工程）。図３中のＭｚｎが、補正用Ｍｚｎ成分を例示している。
補正用Ｍｙｎ成分演算部５０は、回転軸１４に作用するジャイロモーメントの水平方向成分である補正用Ｍｙｎ成分を演算する（補正用Ｍｙｎ演算工程）。
【００４４】
Ｍｚｎ偏差演算部５２は、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算する（Ｍｚｎ偏差演算工程）。
Ｍｙｎ偏差演算部５４は、基本Ｍｙｎ成分と補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算する（Ｍｙｎ偏差演算工程）。
ピッチ角調整量決定部５６は、Ｍｚｎ偏差及びＭｙｎ偏差に基づいて、各々の翼１６（１６ａ，１６ｂ）のピッチ角の調整量を決定可能である（ピッチ角調整量決定工程）。
【００４５】
なお、制御装置２０は、例えば、演算処理装置、メモリ、外部記憶装置及び入出力装置からなるコンピュータによって構成され、外部記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、Ｍｚｎモーメント演算部４０、Ｍｙｎモーメント演算部４２、基本Ｍｚｎ成分演算部４４、基本Ｍｙｎ成分演算部４６、補正用Ｍｚｎ成分演算部４８、補正用Ｍｙｎ成分演算部５０、Ｍｚｎ偏差演算部５２、Ｍｙｎ偏差演算部５４、及び、ピッチ角調整量決定部５６の機能を発揮するように構成されている。
【００４６】
以下、制御装置２０が実行する翼１６（１６ａ，１６ｂ）のピッチ角の制御方法について説明する。幾つかの実施形態では、制御装置２０は、図６に示すように、センサ群によって測定されたデータに基づいて、第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂのピッチ角の調整量を決定する。そして、ピッチ駆動機構１８は、決定されたピッチ角の調整量に基づいて、第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂのピッチ角を調整する。
具体的には、図６に示したように、制御装置２０には、データとして、アジマス角、第１翼１６ａの根元に作用する荷重（第１翼荷重）、第２翼１６ｂの根元に作用する荷重（第２翼荷重）、ナセル１２のヨー角、タワー１０の前後方向の振動、及び、タワー１０の左右方向の振動が入力される。
【００４７】
制御装置２０は、Ｍｚｎモーメント演算部４０及びＭｙｎモーメント演算部４２を構成する回転固定座標変換部６０を有し、回転固定座標変換部６０は、第１翼荷重及び第２翼荷重を回転座標系から固定座標系へと座標変換する。以下の式（１）は、座標変換前の第１翼荷重及び第２翼荷重を表しており、以下の式（２）は、座標変換後の第１翼荷重及び第２翼荷重を表している。
なお、式（１）及び式（２）中、Ｆは、アジマス角であり、Ｍｍは、翼１６の根元の荷重の変動成分の振幅、Ｍ０１は第１翼１６ａの根元の荷重の定常成分、Ｍ０２は第２翼１６ｂの根元の荷重の定常成分であり、Ｐは円周率であり、Ｄは定数である。Ｍ０１及びＭ０２は、翼１６（１６ａ，１６ｂ）やハブ２８の重量や重心位置のアンバランスに起因して各翼１６（１６ａ，１６ｂ）の根元に作用する荷重を表している。
【００４８】
【数１】
2014163312.tif 000003
【００４９】
制御装置２０は、基本Ｍｚｎ成分演算部４４を構成するＭｚｎノッチフィルタ６２ａを有する。Ｍｚｎノッチフィルタ６２ａは、式（２）中の右辺のＭｚｎモーメントのうち、第２項（（Ｍ０１−Ｍ０２）ｓｉｎＦ）に対応する基本周波数成分と、第３項（ＭｍｓｉｎＤ）に対応する定常成分を通過させる。換言すれば、Ｍｚｎノッチフィルタ６２ａは、バンドストップフィルタであり、式（２）中の右辺のＭｚｎモーメントのうち、第１項（Ｍｍｃｏｓ（２Ｆ＋Ｄ））に対応する２次の高調波成分の通過を阻止する。
【００５０】
制御装置２０は、基本Ｍｙｎ成分演算部４６を構成するＭｙｎノッチフィルタ６２ｂを有する。Ｍｙｎノッチフィルタ６２ｂは、式（２）中の右辺のＭｙｎモーメントのうち、第２項（（Ｍ０１−Ｍ０２）ｃｏｓＦ）に対応する基本周波数成分と、第３項（ＭｍｃｏｓＤ）に対応する定常成分を通過させる。換言すれば、Ｍｙｎノッチフィルタ６２ｂは、バンドストップフィルタであり、式（２）中の右辺のＭｙｎモーメントのうち、第１項（Ｍｍｃｏｓ（２Ｆ＋Ｄ））に対応する２次の高調波成分の通過を阻止する。
【００５１】
一方、制御装置２０は、補正用Ｍｚｎ成分演算部４８及び補正用Ｍｙｎ成分演算部５０を構成する成分合成分解部６４を有する。成分合成分解部６４は、入力されたタワー１０の前後の振動及び左右の振動の成分を合成し、そして、補正用Ｍｚｎ成分及び補正用Ｍｙｎ成分に分解する。
幾つかの実施形態では、ナセル１２が回転可能であるため、ナセル１２のヨー角も入力され、成分合成分解部６４は、ヨー角も考慮して、合成及び分解を実行する。
【００５２】
幾つかの実施形態では、制御装置２０は、補正用Ｍｚｎ成分演算部４８を構成するＭｚｎＬＰＦ（Ｍｚｎローパスフィルタ）６６ａを有する。ＭｚｎＬＰＦ６６ａは、成分合成分解部６４によって演算された補正用Ｍｚｎ成分から、高周波のノイズ成分を除去する。
また幾つかの実施形態では、制御装置２０は、補正用Ｍｙｎ成分演算部５０を構成するＭｙｎＬＰＦ（Ｍｙｎローパスフィルタ）６６ｂを有する。ＭｙｎＬＰＦ６６ｂは、成分合成分解部６４によって演算された補正用Ｍｙｎ成分から、高周波のノイズ成分を除去する。
【００５３】
制御装置２０は、Ｍｚｎ偏差演算部５２を構成するＭｚｎ減算器６８ａを有し、Ｍｚｎ減算器６８ａは、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算する。
また、制御装置２０は、Ｍｙｎ偏差演算部５４を構成するＭｙｎ減算器６８ｂを有し、Ｍｙｎ減算器６８ｂは、基本Ｍｙｎ成分と補正用Ｍｙｎ成分との差であるＭｙｎ偏差を演算する。
【００５４】
そして、制御装置２０は、ピッチ角調整量決定部５６を構成するＭｚｎＰＩ制御器７０ａ、ＭｙｎＰＩ制御器７０ｂ及び回転固定座標変換部７２を有する。
ＭｚｎＰＩ制御器７０ａは、Ｍｚｎ偏差が小さくなるように、換言すれば、Ｍｚｎ偏差が零に近付くように、固定座標系におけるピッチ角の操作量を演算する比例積分制御器である。
また、ＭｙｎＰＩ制御器７０ｂは、Ｍｙｎ偏差が小さくなるように、換言すれば、Ｍｙｎ偏差が零に近付くように、固定座標系におけるピッチ角の操作量を演算する比例積分制御器である。
【００５５】
固定回転座標変換器７２は、ＭｚｎＰＩ制御器７０ａ及びＭｙｎＰＩ制御器７０ｂによって演算されたピッチ角の操作量を回転座標系に変換し、これにより、第１翼１６ａのピッチ角の調整量及び第２翼１６ｂのピッチ角の調整量を決定する。
かくして決定された第１翼１６ａのピッチ角の調整量及び第２翼１６ｂのピッチ角の調整量に基づいて、第１翼ピッチ駆動機構１８ａ及び第２翼ピッチ駆動機構１８ｂが第１翼１６ａ及び第２翼１６ｂのピッチ角をそれぞれ調整する。
【００５６】
上記した幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差を演算し、Ｍｚｎ偏差に基づいて、ピッチ角の調整量が決定される。補正用Ｍｚｎ成分は、回転軸１４に作用する回転軸１４周りのＭｘｎモーメントの鉛直方向成分である。この構成によれば、回転軸１４が水平軸に対し傾斜していることに起因して生ずる、Ｍｘｎモーメントの鉛直方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、翼１６（１６ａ，１６ｂ）の根元に作用する変動荷重が有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
換言すれば、翼１６（１６ａ，１６ｂ）の根元に作用する荷重と、翼１６（１６ａ，１６ｂ）の根元以外に作用する荷重を用いてチルト角を調整することにより、ナセル１２やタワー１０に作用する変動荷重のうち、翼１６（１６ａ，１６ｂ）の回転数に対応する基本周波数の２倍の周波数の成分（２Ｐ成分）とともに、基本周波数の成分（１Ｐ）も低減することができる。このように、２Ｐ成分及び１Ｐ成分の両方を低減することにより、タワー１０やナセル１２に作用する疲労荷重を低減することができ、風力発電装置の耐久性が向上する。
【００５７】
なお、１Ｐ成分は、式（２）の右辺における第２項（（Ｍ０１−Ｍ０２）ｃｏｓＦ，（Ｍ０１−Ｍ０２）ｓｉｎＦ）によって表される。１Ｐ成分は、荷重Ｍ０１と荷重Ｍ０２の差を含んでおり、翼１６（１６ａ，１６ｂ）やハブ２８の重量や重心位置に由来するアンバランスが引き起こす変動荷重成分である。
また、式（２）の右辺における第３項（ＭｍｃｏｓＤ，ＭｍｓｉｎＤ）は、ほぼ定常とみなすことができる成分（定常成分）を表している。この定常成分は、Ｍｍの情報、即ち翼１６（１６ａ，１６ｂ）の根元に作用する荷重の変動振幅に関する情報を含んでおり、定常成分を補償することで、ナセル１２やタワー１０に作用する２Ｐ成分の変動荷重成分も低減することができる。
【００５８】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、制御装置２０がヨー角調整量決定部５８を有しており、風向に対応してナセル１２のヨー角を調整することにより、発電を効率的に行うことができる。一方、制御装置２０の補正用Ｍｚｎ成分演算部４８は、タワー振動計３１によって計測されたタワー１０の振動及びナセル１２のヨー角に基づいて、補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００５９】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、制御装置２０の補正用Ｍｚｎ成分演算部４８は、ナセル振動計３３によって計測されたナセル１２の振動に基づいて、補正用Ｍｚｎ成分を演算可能である。
【００６０】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、翼１６は２本の翼１６（１６ａ，１６ｂ）からなる。一般的に、翼１６が２本の場合、３本の場合に比べて力学的にバランスが悪く、ジャイロモーメント等に起因する大きな変動荷重が回転軸１４等に作用しやすい。
この点、基本Ｍｚｎ成分と補正用Ｍｚｎ成分との差であるＭｚｎ偏差に基づいてピッチ角の調整量を決定するようにした上記構成では、翼１６が２本であっても、変動荷重が有効に低減される。
【００６１】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、Ｍｚｎ偏差及びＭｙｎ偏差に基づいて翼１６（１６ａ，１６ｂ）のピッチ角の調整量が決定される。Ｍｙｎ偏差は、基本Ｍｙｎ成分と補正用Ｍｙｎ成分との差であり、補正用Ｍｙｎ成分は、ジャイロモーメントの水平方向成分である。
ジャイロモーメントは、回転する回転軸１４が傾動した場合に発生する。例えば、ヨー角の調整によりナセル１２が鉛直軸の周りで回転した場合に、鉛直軸及び回転軸１４と直交する軸の周りで傾動させるように回転軸１４に作用する。ジャイロモーメントが発生すると、翼１６（１６ａ，１６ｂ）と回転軸１４とを連結する連結部等に大きな変動荷重が加わってしまう。このような変動荷重は、連結部等の寿命を確保するために低減されることが望ましい。
【００６２】
この点、幾つかの実施形態に係る風力発電装置では、Ｍｚｎ偏差及びＭｙｎ偏差に基づいて翼１６（１６ａ，１６ｂ）のピッチ角の調整量を決定することにより、回転軸１４が傾動することによって生ずる、ジャイロモーメントの水平方向成分の影響を加味して、ピッチ角の調整量が決定されることになる。このようにして決定されたピッチ角の調整量に基づいてピッチ角を調整すれば、回転軸１４等に作用する変動荷重がより一層有効に抑制され、風力発電装置の耐久性が向上する。
従って、この構成によれば、ヨー角の調整によりジャイロモーメントが作用しても、ピッチ角を調整することにより、ジャイロモーメントに起因する変動荷重を抑制することができる。
【００６３】
つまり、この構成によれば、回転軸１４のチルト角、ジャイロモーメント及びアンバランスによって生ずる、荷重変動の基本周波数成分（１Ｐ成分）及び基本周波数以下の成分（定常成分）が抑制される。なお、基本周波数成分は、回転軸１４の回転数に対応する周波数である。
【００６４】
一方、幾つかの実施形態では、図７に示したように、制御装置２０のピッチ角調整量決定部５６は、比例制御器７６、積分制御器７８及び、周期変動制御器８０を有する。比例制御器７６は、入力に対し、比例要素の伝達関数（Ｋｐ）を用いて応答を出力し、積分制御器は、入力に対し、積分要素の伝達関数（Ｋｉ／ｓ）を用いて応答を出力する。そして、周期変動制御器は、入力に対し、余弦波成分の伝達関数（周期伝達関数：ｋｓ・ｓ／（ｓ＾２＋Ａｒｏｔ＾２）を用いて応答を出力する。比例制御器７６、積分制御器７８及び、周期変動制御器８０の出力は、加算器により足し合わされ、固定回転座標変換部７２に入力される。なお、周期伝達関数中のＡｒｏｔは、回転軸１４の角速度である。
【００６５】
幾つかの実施形態では、比例制御器７６は、Ｍｚｎ比例制御器７６ａとＭｙｎ比例制御記７６ｂからなり、積分制御器７８は、Ｍｚｎ積分制御器７８ａ及びＭｙｎ積分制御器７８ｂからなり、そして、周期変動制御器８０は、Ｍｚｎ周期変動制御器８０ａ及びＭｙｎ周期変動制御器８０ｂからなる。Ｍｚｎ比例制御器７６ａ、Ｍｚｎ積分制御器７８ａ及びＭｚｎ周期変動制御器８０ａには、Ｍｚｎ偏差が入力され、Ｍｙｎ比例制御記７６ｂ、Ｍｙｎ積分制御器７８ｂ及びＭｙｎ周期変動制御器８０ｂには、Ｍｙｎ偏差が入力される。
【００６６】
ＰＩ制御の場合、一般的に、制御量が正弦波状又は余弦波状に周期的に変動するとき、ある程度までしか偏差を小さくすることができない。ゲインを大きくすれば、偏差をより小さくすることが可能であるが、ゲインを大きすぎると、制御が不安定になってしまう。翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重は、正弦波状又は余弦波状に周期的に変動する成分を含んでおり、ＰＩ制御のみでは、翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重の周期的な変動成分をある程度までしか小さくすることができない。
この点、上記した幾つかの実施形態の風力発電装置では、周期変動伝達関数を用いてピッチ角の調整量を決定することにより、翼１６（１６ａ，１６ｂ）に作用する荷重が周期変動成分を含んでいても、周期変動成分を確実に小さくすることができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１０          タワー
１２          ナセル
１４          回転軸
１６          翼
１６ａ        第１翼
１６ｂ        第２翼
１８          ピッチ駆動機構
２０          制御装置
２２          軸受
２４          増速機構
２４ａ        油圧ポンプ
２４ｂ        油圧モータ
２６          発電機
２８          ハブ
３０          ヨー駆動機構
３１          タワー荷重センサ
３２          アジマス角センサ
３３          ナセル振動計
３４          翼荷重センサ
３４ａ        第１翼荷重センサ
３４ｂ        第２翼荷重センサ
３６          ピッチ角センサ
３６ａ        第１翼ピッチ角センサ
３６ｂ        第２翼ピッチ角センサ
３７          風向センサ
３８          ヨー角センサ
４０          Ｍｚｎモーメント演算部
４２          Ｍｙｎモーメント演算部
４４          基本Ｍｚｎ成分演算部
４６          基本Ｍｙｎ成分演算部
４８          補正用Ｍｚｎ成分演算部
５０          補正用Ｍｙｎ成分演算部
５２          Ｍｚｎ偏差演算部
５４          Ｍｙｎ偏差演算部
５６          ピッチ角調整量決定部
５８          ヨー角調整量決定部
【図１】
2014163312.tif 000004
【図２】
2014163312.tif 000005
【図３】
2014163312.tif 000006
【図４】
2014163312.tif 000007
【図５】
2014163312.tif 000008
【図６】
2014163312.tif 000009
【図７】
2014163312.tif 000010