(57)【要約】【課題】高い効率で発電を行うことができる、風力発電装置、及び、風力発電装置の制御方法を提供する。【解決手段】実施形態の風力発電装置は、ナセルがタワーの上端部に設置されており、ロータがナセルの側端部に回転可能に支持されている。ロータは、ブレードがハブに取り付けられている。そのブレードのピッチ角を制御部が調整する。制御部は、ブレードの回転面を通過する風の風速を実測することによって得た風速データに応じて、ブレードのピッチ角を調整する。【選択図】図１
2014047742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーと、
前記タワーの上端部に設置されているナセルと、
前記ナセルの側端部に回転可能に支持されており、ブレードがハブに取り付けられているロータと、
前記ブレードのピッチ角を調整する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記ブレードの回転面を通過する風の風速を実測することによって得た風速データに応じて、前記ブレードのピッチ角を調整することを特徴とする、
風力発電装置。
【請求項２】
風向及び風速を計測する風向風速計測部と、
前記ロータの回転速度を計測する回転速度計測部と
を備え、
前記風向風速計測部は、前記ブレードに設置されており、
前記制御部は、前記風向風速計測部から出力される風向計測データ及び風速計測データと、前記回転速度計測部から出力される回転速度計測データとに基づいて、前記回転面を通過する風の風速データを算出す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】
前記風向風速計測部は、前記ブレードの先端部分に設置されており、前記ブレードの回転面のうち外周側に位置する部分の風向及び風速を計測することを特徴とする、
請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記ロータは、前記ハブに複数の前記ブレードが取り付けられており、
前記風向風速計測部は、前記複数のブレードのすべてに設置されており、
前記制御部は、前記複数のブレードのピッチ角を個別に調整することを特徴とする、
請求項２または３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記風向風速計測部は、前記回転面を回転方向で分割した複数の分割領域の風速及び風向を前記ブレードが回転するときに順次計測し、
前記回転速度計測部は、前記複数の分割領域の回転速度を前記ブレードが回転するときに順次計測し、
前記制御部は、前記複数の分割領域のうち一の分割領域での計測によって出力された風向計測データ、風速計測データ、及び、回転速度計測データから前記一の分割領域の風速データを算出し、前記一の分割領域の前方に隣接する他の分割領域の風速予測データを前記一の分割領域の風速データに基づいて算出し、前記ブレードが前記他の分割領域を移動するときのピッチ角を前記風速予測データに応じて調整することを特徴とする、
請求項２から４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記風向風速計測部は、前記一の分割領域において、複数回、風速及び風向を計測し、
前記回転速度計測部は、前記一の分割領域において、複数回、回転速度を計測し、
前記制御部は、前記一の分割領域での計測によって出力された複数の風速計測データ、複数の風向計測データ、及び、複数の回転速度計測データから前記風速データを複数算出し、当該複数の風速データの平均値に基づいて前記風速予測データを算出することを特徴とする、
請求項５に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記風向風速計測部は、前記回転面を回転方向で分割した複数の分割領域の風速及び風向を前記ブレードが回転するときに順次計測し、
前記回転速度計測部は、前記複数の分割領域の回転速度を前記ブレードが回転するときに順次計測し、
前記制御部は、前記複数の分割領域のうち一の分割領域での計測により出力された風向計測データ、風速計測データ、及び、回転速度計測データから前記一の分割領域の風速データを算出し、前記一の分割領域をブレードが通過後に当該一の分割領域に移動するブレードのピッチ角を前記一の分割領域の風速データに応じて調整することを特徴とする、
請求項２から４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記風向風速計測部は、前記一の分割領域において、複数回、風速及び風向を計測し、
前記回転速度計測部は、前記一の分割領域において、複数回、回転速度を計測し、
前記制御部は、前記一の分割領域での計測により出力された複数の風速計測データ、複数の風向計測データ、及び、複数の回転速度計測データから前記風速データを複数算出し、当該複数の風速データの平均値に基づいて前記一の分割領域に移動するブレードのピッチ角を調整す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９】
風向及び風速を計測する風向風速計測部
を備え、
前記風向風速計測部は、前記回転面を通過する風の風向及び風速についてレーザを用いて計測し、前記風向データ及び前記風速データを出力するレーザ流速計を含み、前記ハブに設置されてい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１０】
前記風向風速計測部は、前記ブレードの回転面において外周側に位置する部分の風向及び風速を計測することを特徴とする、
請求項９に記載の風力発電装置。
【請求項１１】
前記風向風速計測部は、複数が前記ハブに設置されていることを特徴とする、
請求項９または１０に記載の風力発電装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記回転面を回転方向で分割した複数の分割領域のうち一の分割領域での計測により出力された風速データに基づいて、前記一の分割領域の前方に隣接する他の分割領域の風速予測データを算出し、前記ブレードが前記他の分割領域を移動するときのピッチ角を前記風速予測データに応じて調整することを特徴とする、
請求項９から１１のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記回転面を回転方向で分割した複数の分割領域のうち一の分割領域での計測により出力された風速データに基づいて、前記一の分割領域を前記ブレードが通過後に当該一の分割領域に移動する前記ブレードのピッチ角を前記一の分割領域の風速データに応じて調整することを特徴とする、
請求項９から１１のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１４】
前記ナセルは、前記タワーの軸方向を回転軸として回転可能に支持されており、
前記制御部は、前記ブレードの回転面を通過する風の風向を実測することによって得た風向データに応じて、前記ナセルのヨー角を調整することを特徴とする、
請求項１から１３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１５】
タワーと、前記タワーの上端部に回転可能に設置されているナセルと、前記ナセルの側端部に設けられており、ブレードがハブに取り付けられているロータとを備える風力発電装置の制御方法であって、
前記ブレードの回転面を通過する風の風速を実測することによって得た風速データに応じて、前記ブレードのピッチ角を調整することを特徴とする、
風力発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、風力発電装置、及び、風力発電装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、再生可能エネルギーである風力エネルギーを利用して発電を行う。風力発電装置において、たとえば、プロペラ風車は、タワーの上端に設置されたナセルにロータが回転可能に支持されており、風力によりロータが回転することによって、発電機が駆動する（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
風力発電装置は、より多くの発電量を得るために、大型化と共に高性能化が図られている。たとえば、風力発電装置は、高い効率で発電を行うために、風向きや風速の変化に応じてヨー角及びピッチ角の調整が行われている。
【０００４】
具体的には、風力発電装置では、計測された風向データに基づいて、制御装置がナセルの向きを変えることによって、ヨー角を調整する。たとえば、ブレードの回転面が風向に対向するように、ヨー角を調整する。また、ロータにおいてブレードがハブに取付けられた角度を、測定された風速データに基づいて制御装置が変えることによって、ピッチ角を調整する。たとえば、ブレードにおいて最も揚力が発生するように、ブレードのピッチ角を調整する。また、台風などの強風時には装置の保護のために風向に対して平行なフェザー状態になるように、ブレードのピッチ角を調整する（たとえば、特許文献３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５４３４号公報
【特許文献２】特表２００３−５３２８３５号公報
【特許文献３】特開２００９−３００４２５号公報
【特許文献４】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】
【０００６】
風力発電装置は、さらに高い効率で発電を行うことが要望されている。しかし、大型化に伴って、高い効率で発電を行うことが困難な場合がある。
【０００７】
風力発電装置では、風速計及び風向計は、たとえば、ブレードの風下において、ナセルの上面に取付けられている。このため、計測された風速データ及び風向データが、ブレードの回転面（受風面）に実際に流入する風の風速及び風向きに対して相違する場合がある。たとえば、風力発電装置の大型化によって、風速計及び風向計へ流れる風がブレードで遮られ易くなると共に、風速計及び風向計の設置位置とブレードの設置位置との間の距離が長くなっているため、計測誤差が大きくなる。
【０００８】
上記の他に、風力発電装置が設置された地形や周囲に設けられた建造物の影響によって、地表付近の風速と上空の風速との間が、大きく異なる場合がある。このため、ブレードが下方に位置する場合と上方に位置する場合との間では、大型化に伴って風速が大きく異なる場合がある。
【０００９】
上記のような事情により、風力発電装置では、ブレードの回転面（受風面）に近い領域での風速の変化に対応してピッチ角を最適角度に調整することが容易でない。これと共に、ブレードの回転面に近い領域での風向きの変化に対応してヨー角を最適角度に調整することが困難な場合がある。その結果、風力発電装置においては、十分に高い効率で発電を行うことが容易でない場合がある。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、高い効率で発電を行うことができる、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である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の風力発電装置は、ナセルがタワーの上端部に設置されており、ロータがナセルの側端部に回転可能に支持されている。ロータは、ブレードがハブに取り付けられている。そのブレードのピッチ角を制御部が調整する。制御部は、ブレードの回転面を通過する風の風速を実測することによって得た風速データに応じて、ブレードのピッチ角を調整する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い効率で発電を行うことができる、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体を示す正面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体を示す側面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る風力発電装置について詳細構成を模式的に示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作を示す正面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る風力発電装置において、目標ピッチ角を設定するときの動作を示すフロー図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る風力発電装置において、ヨー角を調整するときの動作を示すフロー図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る風力発電装置において、目標ピッチ角を設定するときの動作を示すフロー図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る風力発電装置の全体を示す正面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係る風力発電装置の全体を示す側面図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
［Ａ−１］全体構成
図１，図２は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体を示す図である。図１は、正面図であり、図２は、側面図である。
【００１６】
風力発電装置１は、図１，図２に示すように、アップウィンド形のプロペラ風車であって、タワー２、ナセル３、ロータ４、及び、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備えている。
【００１７】
タワー２は、垂直方向に沿って延在しており、地中に埋め込まれた基台２１に下端部が固定されている。
【００１８】
ナセル３は、タワー２の上端部に設置されている。ナセル３は、タワー２の上端部に回転可能に支持されており、ヨー角θｙ（図２参照）の調整のために、垂直方向を軸にして回動する。
【００１９】
ロータ４は、ナセル３の一方の側端部に回転可能に支持されており、水平方向を回転軸として回転方向Ｒ（反時計周り）に回転する。ロータ４は、ハブ４１とブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとを備えている。
【００２０】
ロータ４において、ハブ４１は、外形が半楕円体状の先端カバーを含み、風上から風下へ向かうに伴って外周面の外径が大きくなる部分を有する。複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは、ハブ４１を中心にして回転方向Ｒに間を隔てて設けられている。たとえば、第１ブレード４２Ａと第２ブレード４２Ｂと第３ブレード４２Ｃとの３つが、ハブ４１の周囲において回転可能に取り付けられており、ピッチ角α１，α２，α３が調整される。
【００２１】
風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、図１に示すように、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに設置されている。風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃと、風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃとを有する。
【００２２】
風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃにおいて、風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの先端側に設置されている。ここでは、第１風速計５１Ａが第１ブレード４２Ａに設けられている。そして、これと同様に、第２風速計５１Ｂが第２ブレード４２Ｂに設けられており、第３風速計５１Ｃが第３ブレード４２Ｃに設けられている。風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、たとえば、熱線式であって、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面（受風面）に流入する風の風速を計測する。
【００２３】
風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃにおいて、風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、図１に示すように、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４３Ｃの先端側に設置されている。ここでは、第１風向計５２Ａが、第１風速計５１Ａと同様に、第１ブレード４２Ａに設けられている。そして、第２風向計５２Ｂが第２風速計５１Ｂと同様に第２ブレード４２Ｂに設けられており、第３風向計５２Ｃが第３風速計５１Ｃと同様に第３ブレード４２Ｃに設けられている。風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、たとえば、超音波式であって、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面に流入する風の風向きを計測する。
【００２４】
［Ａ−２］詳細構成
上記の風力発電装置の詳細構成について説明する。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係る風力発電装置について詳細構成を模式的に示す図である。
【００２６】
図３に示すように、風力発電装置において、ナセル３は、発電機３１、回転速度計測部３２、複数の可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ、及び、ヨー駆動部３４を備えており、これらの各部を内部に収容している。また、風力発電装置は、制御部６１を更に備えている。制御部６１は、たとえば、タワー２の下端部内に収容されている。
【００２７】
各部の詳細について順次説明する。
【００２８】
発電機３１は、ロータ４のハブ４１に一端が固定されているシャフト４３に連結されており、シャフト４３の回転によって駆動して発電を行う。ここでは、発電機３１は、増速機（図示省略）を介してシャフト４３に連結されている。
【００２９】
回転速度計測部３２は、ロータ４の回転速度を計測し、回転速度計測データωを出力する。
【００３０】
可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３（図１参照）を調整する。ここでは、第１可変ピッチ機構部３３Ａが第１ブレード４２Ａを回動させることによってピッチ角α１を調整する。同様に、第２可変ピッチ機構部３３Ｂが第２ブレード４２Ｂを回動させることによってピッチ角α２を調整し、第３可変ピッチ機構部３３Ｃが第３ブレード４２Ｂを回動させることによってピッチ角α３を調整する。
【００３１】
ヨー駆動部３４は、鉛直方向を軸にナセル３（図１，図２参照）を回動させることによって、ヨー角θｙ（図２参照）を調整する。
【００３２】
制御部６１は、演算装置（図示省略）と記憶装置（図示省略）とを備えており、記憶装置に記憶されているプログラムを用いて演算装置が演算処理を実施することによって、各部の動作を制御する。
【００３３】
具体的には、制御部６１は、複数の可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃを制御する。詳細については後述するが、制御部６１は、回転速度計測部３２から回転速度計測データωが入力され、複数の風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３が入力され、複数の風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃから風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３が入力される。
【００３４】
そして、制御部６１は、入力された回転速度計測データωと風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３とに基づいて、ピッチ角制御信号Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３を可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに出力する。ここでは、制御部６１は、第１ピッチ角制御信号Ｓｐ１を第１可変ピッチ機構部３３Ａに出力することによって、第１可変ピッチ機構部３３Ａを制御する。同様に、制御部６１は、第２ピッチ角制御信号Ｓｐ２を第２可変ピッチ機構部３３Ｂに出力することによって第２可変ピッチ機構部３３Ｂを制御し、第３ピッチ角制御信号Ｓｐ３を第３可変ピッチ機構部３３Ｃに出力することによって第３可変ピッチ機構部３３Ｃを制御する。
【００３５】
この他に、制御部６１は、ヨー駆動部３４を制御する。詳細については後述するが、制御部６１は、複数の風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃから入力された風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３に基づいて、ヨー角制御信号Ｓｙを出力することによって、ヨー駆動部３４を制御する。
【００３６】
［Ｂ］動作
以下より、上記の風力発電装置において、ピッチ角α１，α２，α３を調整するときの動作と、ヨー角θｙを調整するときの動作との詳細内容について説明する。
【００３７】
［Ｂ−１］ピッチ角の調整について
図４，図５は、第１実施形態に係る風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作を示す図である。図４は、フロー図である。図５は、図１と同様に正面図であり、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを破線で示している。
【００３８】
（１）回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３の取得（ＳＴ１）
ピッチ角α１，α２，α３の調整を行う場合には、まず、図４に示すように、回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。
【００３９】
本ステップＳＴ１では、図５に示すように、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに設置された風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが風速を計測し、風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３を制御部６１へ出力する。これと同時に、風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが風向を計測することにより、風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３を制御部６１へ出力する。そして、風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３との両者を得たときに、回転速度計測部３２がロータ４の回転速度を検出し、回転速度計測データωを制御部６１へ出力する（図３参照）。
【００４０】
その後、その入力された回転速度計測データωと風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３とを用いて、回転面ＲＰを垂直に通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を、制御部６１が算出する。ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが回転する方向のベクトルに対してブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ上に入った風のベクトルが傾斜する角度が、風向きに相当し、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが回転する方向のベクトルと回転面ＲＰを垂直に通過する風のベクトルとの和が、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ上に入った風のベクトルに相当する。このため、風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３とを計測したときのピッチ角やヨー角等の計測条件を考慮して、回転面ＲＰを垂直に通過する風の成分に関する風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を、上記の各データから求めることができる。
【００４１】
風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３は、計測データが計測された位置を示す計測位置データに関連付けられて、制御部６１において記憶される。
【００４２】
本実施形態では、図５において二点鎖線で示すように、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰが、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈに分割されている。回転面ＲＰは、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの数以上に分割されている。ここでは、回転面ＲＰは、回転方向Ｒにおいて８つの等しい角度の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈに分割されている。具体的には、回転面ＲＰの最上部のアジマス角度を０°としたとき、０°以上４５°未満の範囲が第１分割領域ＲＰａであり、４５°以上９０°未満の範囲が第２分割領域ＲＰｂである。これらと同様に、回転面ＲＰは、４５°ごとに分割されており、第３から第８の分割領域ＲＰｃ〜ＲＰｈを有する。
【００４３】
そして、第１から第３のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが第１から第８の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈにおいて一の分割領域（ＲＰａ〜ＲＰｈのいずれか）を移動するときに、回転速度計測データωと風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３が制御部６１に出力される。そして、その出力された回転速度計測データωと風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３と風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３とに基づいて、その一の分割領域を通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を、制御部６１が求める。
【００４４】
上記の動作について第１ブレード４２Ａを代表にして図５を用いて説明する。図５に示すように、第１ブレード４２Ａが第１分割領域ＲＰａを移動するときには、第１風速計５１Ａから風速計測データｖ１が出力され、第１風向計５２Ａから風向計測データθｗ１が出力される。これらと共に、回転速度計測データωが回転速度計測部３２（図３参照）から出力される。たとえば、風速計測データｖ１と風向計測データθｗ１と回転速度計測データωとは、第１分割領域ＲＰａにおいて予め定めた複数の位置で出力される。そして、風速計測データｖ１と風向計測データθｗ１と回転速度計測データωとに基づいて、第１分割領域ＲＲａにおいて予め定めた複数の位置ごとに、回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１を、制御部６１が算出する。その後、第１分割領域ＲＲａにおいて予め定めた複数の位置ごとに算出された複数の風速データＶ１の平均値を、第１分割領域ＲＰａでの風速データＶ１として記憶する。たとえば、複数の計測データが計測された高さの平均値を計測位置データと関連付けられて、風速データＶ１が記憶される。
【００４５】
上記と同様に、図５に示すように、第２ブレード４２Ｂが、たとえば、第４分割領域ＲＰｄを移動するときには、第４分割領域ＲＰｄを通過する風の風速データＶ２を取得する。そして、第３ブレード４２Ｃが、たとえば、第７分割領域ＲＰｇを移動するときには、第７分割領域ＲＰｇを通過する風の風速データＶ３を取得する。
【００４６】
（２）目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３の設定（ＳＴ２）
つぎに、図４に示すように、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【００４７】
本ステップＳＴ２では、上述のステップＳＴ１で求めた、回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【００４８】
本実施形態では、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのうち一のブレードが、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈにおいて一の分割領域を通過する際に、その一の分割領域について取得した風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に応じて、一のブレードが一の分割領域の後に次の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【００４９】
図６は、第１実施形態に係る風力発電装置において、目標ピッチ角を設定するときの動作を示すフロー図である。
【００５０】
（２−Ａ）風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３の算出（ＳＴ２Ａ）
図６に示すように、まず、一の分割領域の風速データに基づいて、一の分割領域の後に一のブレードが移動する次の分割領域の風速を予測する（ＳＴ２Ａ）。
【００５１】
たとえば、風速と地表からの高さとの間について予め定められた関係式を用いて、一のブレードが一の分割領域の後に移動する次の分割領域の風速を制御部６１が予測する。これにより、次の分割領域について、風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３が求められる。
【００５２】
上記の動作について第１ブレード４２Ａを代表にして図５を用いて説明する。上述のステップＳＴ１では、第１ブレード４２Ａが第１分割領域ＲＰａを移動するときに、第１分割領域ＲＰａの風速データＶ１を求めた。この場合、本ステップＳＴ２Ａでは、回転方向Ｒにおいて第１分割領域ＲＰａの前方に隣接する第２分割領域ＲＰｂの風速を制御部６１が予測することによって、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１を求める。
【００５３】
高さＺでの平均風速Ｕｚは、基準高さＺ０での平均風速Ｕｚ０との関係において、一般に、下記の数式（１）に示す「べき乗則」、または、数式（２）に示す「対数則」が成立する（下記において、αは、ベキ指数であり（たとえば、α＝０．１０〜０．３５）、ｕ＊は、摩擦速度であり、ｋは、カルマン定数である）。
Ｕｚ＝ＵＺ０（Ｚ／Ｚ０）α                ・・・（１）
Ｕｚ＝（１／ｋ）ｕ＊・ｌｎ（Ｚ／Ｚ０）      ・・・（２）
【００５４】
これから判るように、一般に、風速は、上空から地表面に近づくに伴って低くなる。図５に示すように、第２分割領域ＲＰｂは、第１分割領域ＲＰａよりも下方に位置する。このため、第１分割領域ＲＰａを移動するときに第１分割領域ＲＰａについて実測された風速よりも低い風速を、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１として予測する。
【００５５】
この他に、図５に示すように、第２ブレード４２Ｂが、たとえば、第４分割領域ＲＰｄを移動する際には、第４分割領域ＲＰｄの風速データＶ２に応じて、第５分割領域ＲＰｅの風速予測データＶＳ２を求める。そして、第３ブレード４２Ｃが、たとえば、第７分割領域ＲＰｇを移動する際には、第７分割領域ＲＰｇの風速データＶ３に応じて、第８分割領域ＲＰｈの風速予測データＶＳ３を求める。
【００５６】
なお、上記の関係式の他に、種々の方法で、一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３から、他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を求めてもよい。たとえば、一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３と、一の分割領域の前方に位置する他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３との両者の間を関連付けたデータベースを、実測値に基づいて作成して記憶させておき、そのデータベースにおいて風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に対応する風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を制御部６１が抽出して求めてもよい。
【００５７】
（２−Ｂ）目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３の設定（ＳＴ２Ｂ）
上記のステップＳＴ２Ａの実施後は、図６に示すように、一の分割領域の後に一のブレードが次の分割領域を移動する際の目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する（ＳＴ２Ｂ）。
【００５８】
ここでは、たとえば、風速と目標ピッチ角との間について予め定められた関係式を用いて、制御部６１が風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３から目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。具体的には、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃにおいて最も揚力が発生するピッチ角に、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３が個別に設定される。
【００５９】
上記の動作について第１ブレード４２Ａを代表にして図５を用いて説明する。上述のステップＳＴ２Ａにおいては、第１ブレード４２Ａが第１分割領域ＲＰａを移動する際に、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１を求めた。この場合、本ステップＳＴ２Ｂでは、第１分割領域ＲＰａの次に第１ブレード４２Ａが第２分割領域ＲＰｂを移動するときの目標ピッチ角αｔ１を、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１から制御部６１が設定する。
【００６０】
この他に、図５に示すように、第２ブレード４２Ｂが、たとえば、第４分割領域ＲＰｄを移動する際には、第４分割領域ＲＰｄの移動後に第５分割領域ＲＰｅを移動するときの目標ピッチ角αｔ２が、第５分割領域ＲＰｄの風速予測データＶＳ２に基づいて設定される。また、第３ブレード４２Ｂが、たとえば、第７分割領域ＲＰｇを移動する際には、第７分割領域ＲＰｇの移動後に第８分割領域ＲＰｈを移動するときの目標ピッチ角αｔ３が、第８分割領域ＲＰｈの風速予測データＶＳ３に基づいて設定される。
【００６１】
なお、上記の関係式の他に、種々の方法で、風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３から、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を求めてもよい。たとえば、風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３から、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３との両者の間を関連付けたデータベースを実測値に基づいて作成して記憶させておき、そのデータベースにおいて風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３に対応する目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を制御部６１が抽出して求めるように構成してもよい。
【００６２】
（３）ピッチ角α１，α２，α３の調整（ＳＴ３）
つぎに、図４に示すように、ピッチ角α１，α２，α３の調整を行う。
【００６３】
本ステップＳＴ３では、上述のステップＳＴ２において設定した目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３に、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整する。
【００６４】
本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈにおいて複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが一の分割領域から次の分割領域へ移動したときに、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３が目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３になるように、ピッチ角α１，α２，α３の調整が行われる。
【００６５】
本ステップＳＴ３の動作は、制御部６１が目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３に基づいてピッチ角制御信号Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３を可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに出力することによって行われる（図３参照）。
【００６６】
上述した各ステップＳＴ１〜ＳＴ３は、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈを順次移動する度に連続して行われる（図５参照）。ステップＳＴ１は、たとえば、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが一の分割領域の前段部分を移動する際に実施される。ステップＳＴ２は、たとえば、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが一の分割領域の中段部分を移動する際に実施される。ステップＳＴ３は、たとえば、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが一の分割領域の後段部分を移動する際に実施される。
【００６７】
［Ｂ−２］ヨー角の調整について
図７は、第１実施形態に係る風力発電装置において、ヨー角を調整するときの動作を示すフロー図である。
【００６８】
（１）回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗの取得（ＳＴ１１）
ヨー角θｙ（図２参照）の調整の行う場合には、まず、図７に示すように、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを得る。
【００６９】
本ステップＳＴ１１では、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ（図５参照）に設置された複数の風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが風向を計測する。これにより、風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３が制御部６１へ入力される（図３参照）。
【００７０】
この後、その入力された風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３を用いて、回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを制御部６１が算出する。たとえば、風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３の平均値を、風向データθｗとして取得する。
【００７１】
（２）目標ヨー角θｔｙの設定（ＳＴ２１）
つぎに、図７に示すように、目標ヨー角θｔｙを設定する。
【００７２】
本ステップＳＴ２１では、上述のステップＳＴ１１において求めた、回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを用いて、ナセル３の目標ヨー角θｔｙを制御部６１が設定する。
【００７３】
たとえば、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰが風向に対して垂直になるように、目標ヨー角θｔｙを設定する。
【００７４】
（３）ヨー角θｙの調整（ＳＴ３１）
つぎに、図７に示すように、ヨー角θｙの調整を行う。
【００７５】
本ステップＳＴ３１では、上述のステップＳＴ２１において設定した目標ヨー角θｔｙに、ナセル３のヨー角θｙを調整する。
【００７６】
本ステップＳＴ３１の動作は、制御部６１が目標ヨー角θｔｙに基づいてヨー角制御信号Ｓｙをヨー駆動部３４に出力することによって行われる（図３参照）。
【００７７】
上記の各ステップＳＴ１１，ＳＴ２１，ＳＴ３１は、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのうち、一のブレードが、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈを移動する度に連続して行われる（図５参照）。たとえば、第１ブレード４２Ａが複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの前段部分を移動する際にステップＳＴ１１が行われ、中段部分を移動する際にステップＳＴ２１が行われ、後段部分を移動する際にステップＳＴ３１が行われる。
【００７８】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の風力発電装置は、ロータ４がナセル３の側端部に回転可能に支持されている。ロータ４は、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃがハブ４１に回転可能に取り付けられている（図１参照）。そして、制御部６１が可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの動作を制御することによって、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整する（図３参照）。ここでは、制御部６１は、上述したように、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを通過する風の風速を実測することによって得た風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に応じて、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整する（図４〜図６参照）。具体的には、本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃがブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに設置されており（図１参照）、その風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの計測によって得た風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に応じて、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整している。したがって、本実施形態は、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰの近傍での風速の変化に対応して、ピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００７９】
本実施形態では、ロータ４は、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃがハブ４１に取り付けられており、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃが複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのすべてに設置されている（図１参照）。制御部６１は、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を個別に調整する（図３参照）。したがって、本実施形態では、風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００８０】
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの先端部分に設置されており、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰのうち外周側に位置する部分の風向及び風速を計測する（図１参照）。このため、本実施形態は、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが下方に位置するときの風速と、上方に位置するときの風速との両者を高精度に計測することができる。したがって、本実施形態では、回転面ＲＰの上方と下方での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に個別に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００８１】
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが回転するときに、回転面ＲＰを回転方向Ｒで分割した複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの風速及び風向を順次計測する（図５参照）。そして、回転速度計測部３２は、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが回転するときに、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの回転速度を順次計測する。制御部６１は、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈのうち一の分割領域での計測によって出力された風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３、風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３、及び、回転速度計測データωから、その一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を算出する。そして、制御部６１は、その一の分割領域の前方に隣接する他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を、一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて算出する。そして、制御部６１は、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが、一の分割領域の後に他の分割領域を移動するときのピッチ角α１，α２，α３を、他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３に応じて調整する。したがって、本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの間での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００８２】
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、一の分割領域において、複数回、風速及び風向を計測する。回転速度計測部３２は、一の分割領域において、複数回、回転速度を計測する。そして、制御部６１は、一の分割領域での計測によって出力された複数の風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３、複数の風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３、及び、複数の回転速度計測データωから、風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を複数算出する。そして、制御部６１は、複数の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３の平均値に基づいて風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を算出する。このため、本実施形態では、風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３の精度が高い。したがって、本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの間での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００８３】
本実施形態では、ナセル３は、タワー２の軸方向を回転軸として回転可能に支持されている（図２参照）。制御部６１は、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを通過する風の風向を実測することによって得た風向データθｗに応じて、ナセル３のヨー角θｙを調整する（図３参照）。このため、本実施形態では、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰに実際に流入する風の風向データは、ナセル３に風向風速計測部を設置した場合よりも高い。したがって、本実施形態は、回転面ＲＰの近傍での風向の変化に対応してヨー角θｙを最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【００８４】
［Ｄ］変形例
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの先端部分に設置されているが、これに限らない。ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃにおいて先端部分以外の部分に風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを設けてもよい。
【００８５】
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの全てに設置されているが、これに限らない。複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの一部に風向風速計測部を設置してもよい。
【００８６】
本実施形態では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃには、風速計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃと、風向計５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃとの両者が設けられているが、これに限らない。風向風速計測部として、風速及び風向の両者を計測する風向風速計を設けてもよい。
【００８７】
本実施形態では、ロータ４は、３枚のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを有するが、これに限らない。ブレードは、３枚未満でもよく、３枚を超えてもよい。
【００８８】
本実施形態では、一の分割領域の風速データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を用いて、一の分割領域に隣接する次の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を求める場合について示したが、これに限らない。一の分割領域に隣接せずに離れた他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を求めるときに、一の分割領域の風速データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３を用いてもよい。
【００８９】
＜第２実施形態＞
［Ａ］動作
図８は、第２実施形態に係る風力発電装置において、目標ピッチ角を設定するときの動作を示すフロー図である。
【００９０】
本実施形態は、図８に示すように、目標ピッチ角を設定するステップＳＴ２（図４参照）の動作が、第１実施形態の場合と異なる（図６参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００９１】
本実施形態では、図８に示すステップＳＴ２の実施前にステップＳＴ１（図４参照）において、上記の実施形態と同様に、回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を求める。ここでは、一の分割領域において複数の位置で計測した複数の風速データの平均値を、風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３として求める。
【００９２】
そして、図８に示すように、本ステップＳＴ２では、前のステップＳＴ１（図４参照）で求めた風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【００９３】
本ステップＳＴ２では、まず、図８に示すように、一の分割領域の風速データに基づいて、一のブレードが一の分割領域を移動後に次のブレードが一の分割領域を移動するときの風速を予測する（ＳＴ２Ａ）。
【００９４】
たとえば、一のブレードが一の分割領域を通過するときに得た一の分割領域の風速と、一のブレードの後に他のブレードが移動する際の一の分割領域の風速とが同じであると制御部６１が予測する。これにより、風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３から風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３が算出される。つまり、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４３Ｂのうち、一のブレードが一の分割領域に移動したときに得られた風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を、一のブレードの後に移動するブレードが一の分割領域に移動したときの風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３として、制御部６１が求める。
【００９５】
上記の動作について第１ブレード４２Ａを代表にして図５を用いて説明する。前のステップＳＴ１では、第１ブレード４２Ａが第１分割領域ＲＰａを移動するときに第１分割領域ＲＰａの風速データＶ１を求めた。この場合、本ステップＳＴ２Ａでは、回転方向Ｒにおいて第１ブレード４２Ａの後方に位置する第３ブレード４２Ｃが第１分割領域ＲＰａを移動するときの風速を、制御部６１が予測し、第１分割領域ＲＰａの風速予測データＶＳ３を求める。たとえば、第１ブレード４２Ａが第１分割領域ＲＰａを通過するときに得た第１分割領域ＲＰａの風速データＶ１を、第１ブレード４２Ａの次に第３ブレード４２Ｃが第１分割領域ＲＰａを移動するときの風速予測データＶＳ３として求める。
【００９６】
上記のステップＳＴ２Ａの実施後は、図８に示すように、一のブレードの後に他のブレードが一の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する（ＳＴ２Ｂ）。
【００９７】
ここでは、風速と目標ピッチ角との間について予め定められた関係式を用いて、制御部６１が風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３から目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。たとえば、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃにおいて最も揚力が発生するピッチ角に、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３が設定される。
【００９８】
上記の動作について第１ブレード４２Ａを代表にして図５を用いて説明する。上述のステップＳＴ２Ａにおいては、第１ブレード４２Ａの後に第３ブレード４２Ｃが第１分割領域ＲＰａを移動するときの風速予測データＶＳ３を求めた。この場合、本ステップＳＴ２Ｂでは、第３ブレード４２Ｃが第１分割領域ＲＰａを移動するときの目標ピッチ角αｔ３を、その風速予測データＶＳ３から制御部６１が設定する。
【００９９】
その後、上記の実施形態の場合と同様に、設定した目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３に、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整する（図４のＳＴ３参照）。
【０１００】
本実施形態では、一のブレードの次に他のブレードが一の分割領域に移動したときに、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３が、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３になるように調整される。
【０１０１】
また、ヨー角θｙについても、ピッチ角α１，α２，α３と同様に調整される（図７参照）。
【０１０２】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の風力発電装置では、制御部６１は、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈのうち一の分割領域での計測によって出力された風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３、風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３、及び、回転速度計測データωから、その一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を算出する。そして、制御部６１は、一のブレードの次に他のブレードが一の分割領域を移動するときのピッチ角α１，α２，α３を、その一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に応じて調整する（図８参照）。したがって、本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの間での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【０１０３】
本実施形態では、上記の実施形態と同様に、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、一の分割領域において、複数回、風速及び風向を計測する。回転速度計測部３２は、一の分割領域において、複数回、回転速度を計測する。そして、制御部６１は、一の分割領域での計測によって出力された複数の風速計測データｖ１，ｖ２，ｖ３、複数の風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３、及び、複数の回転速度計測データωから、風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３を複数算出する。そして、それらの複数の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３の平均値に基づいて、一の分割領域に移動する他のブレードのピッチ角を調整する。したがって、本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの間での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【０１０４】
［Ｃ］変形例
上記においては、一のブレードが一の分割領域を通過するときに得た一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３に応じて、一のブレードの後に他のブレードが一の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３について、制御部６１が設定する場合を示したが、これに限定されない。同じ一のブレードが一周後に、再度、同じ一の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を、上記と同様に、制御部６１が設定してもよい。
【０１０５】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構成
図９，図１０は、第３実施形態に係る風力発電装置の全体を示す図である。図９は、図１と同様に、正面図であり、図１０は、図２と同様に、側面図である。
【０１０６】
本実施形態は、図９，図１０に示すように、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが、第１実施形態と異なる（図１参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【０１０７】
風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、図９，図１０に示すように、ハブ４１に設置されている。具体的には、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、ハブ４１を構成する先端カバーの外周面において、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃよりも風上側に設けられている。風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、回転方向Ｒにおいて４つが等しい間隔で並ぶように配置されている。
【０１０８】
風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、回転面ＲＰを通過する風の風向及び風速についてレーザを用いて計測し、風向データ及び風速データを出力するレーザ流速計である。
【０１０９】
［Ｂ］動作
以下より、上記の風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作とヨー角を調整するときの動作との詳細について説明する。
【０１１０】
［Ｂ−１］ピッチ角の調整について
図１１は、第３実施形態に係る風力発電装置において、ピッチ角を調整するときの動作を示す図である。図１１は、図５と同様に正面図であり、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを破線で示している。また、図１１では、風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが、風向及び風速を計測する計測位置Ｐ１〜Ｐ４を黒点で示している。
【０１１１】
（１）回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の取得（ＳＴ１）
ピッチ角α１，α２，α３の調整を行う場合には、上記の実施形態の場合と同様に、まず、ブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を取得する（図４のＳＴ１を参照）。
【０１１２】
本ステップＳＴ１では、図１１に示すように、ハブ４１に設置された風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが風速を計測することによって、回転面ＲＰを通過する風の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が制御部６１へ出力される。風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、計測位置Ｐ１〜Ｐ４を示す計測位置データに関連付けられて、制御部６１において記憶される。
【０１１３】
具体的には、複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、図１１において黒点で示すように、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰにおいて外周側に位置する計測位置Ｐ１〜Ｐ４の風速を計測する。
【０１１４】
ここでは、回転面ＲＰの最上部（アジマス角度０°）に第１ブレード４２Ａが位置している場合には、アジマス角度が４５°である計測位置Ｐ１の風速を第１風向風速計測部５Ａが計測して風速データＶ１を取得する。また、アジマス角度が１３５°である計測位置Ｐ２の風速を第２風向風速計測部５Ｂが計測して風速データＶ２を取得し、アジマス角度が２２５°である計測位置Ｐ３の風速を第３風向風速計測部５Ｃが計測して風速データＶ３を取得し、アジマス角度が３１５°である計測位置Ｐ４の風速を第４風向風速計測部５Ｄが計測して風速データＶ４を取得する。
【０１１５】
（２）目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３の設定（ＳＴ２）
つぎに、上記の実施形態の場合と同様に、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する（図４のＳＴ２を参照）。
【０１１６】
本ステップＳＴ２では、上述のステップＳＴ１において求めた風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を用いて、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【０１１７】
本実施形態では、一の風向風速計測部の計測位置が一の分割領域を通過する際に取得した、一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に応じて、一のブレードが一の分割領域の後に他の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。
【０１１８】
（２−Ａ）風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４の算出（ＳＴ２Ａ）
本ステップＳＴ２では、まず、第１実施形態の場合と同様に、一のブレードが一の分割領域の後に移動する他の分割領域の風速を予測する（図６のＳＴ２Ａ参照）。つまり、一のブレードが他の分割領域を移動するときの風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４を求める。
【０１１９】
たとえば、風速と地表からの高さとの間について予め定められた関係式を用いて、制御部６１が風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４を求める。
【０１２０】
上記の動作について第１風向風速計測部５Ａを代表にして図１１を用いて説明する。上述のステップＳＴ１において第１風向風速計測部５Ａの計測位置Ｐ１が第１分割領域ＲＰａを移動するときに第１分割領域ＲＰａの風速データＶ１が求められた場合、本ステップＳＴ２Ａでは、回転方向Ｒにおいて第１分割領域ＲＰａの前方に隣接する第２分割領域ＲＰｂの風速を制御部６１が予測し、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１を求める。
【０１２１】
（２−Ｂ）目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３の設定（ＳＴ２Ｂ）
上記のステップＳＴ２Ａの実施後は、第１実施形態の場合と同様に、一のブレードが一の分割領域の後に他の分割領域を移動するときの目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する（図６のＳＴ２Ｂ参照）。
【０１２２】
ここでは、たとえば、風速と目標ピッチ角との間について予め定められた関係式を用いて、制御部６１が風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４から目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３を設定する。具体的には、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃにおいて最も揚力が発生するピッチ角に、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３が設定される。
【０１２３】
上記の動作について第１風向風速計測部５Ａを代表にして図１１を用いて説明する。上述のステップＳＴ２Ａにおいて第１風向風速計測部５Ａから出力された風速データＶ１に応じて、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１が求められた場合、本ステップＳＴ２Ｂでは、第１ブレード４２Ａが第２分割領域ＲＰｂを移動するときの目標ピッチ角αｔ１を、第２分割領域ＲＰｂの風速予測データＶＳ１から制御部６１が設定する。
【０１２４】
（３）ピッチ角α１，α２，α３の調整（ＳＴ３）
つぎに、上記の実施形態の場合と同様に（図４のＳＴ３を参照）、ピッチ角α１，α２，α３の調整を行う。
【０１２５】
本ステップＳＴ３では、上述のステップＳＴ２において設定した目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３に、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３を調整する。
【０１２６】
本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈにおいて複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが一の分割領域から他の分割領域へ移動したときに、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのピッチ角α１，α２，α３が、目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３になるように調整される。
【０１２７】
本ステップＳＴ３の動作は、制御部６１が目標ピッチ角αｔ１，αｔ２，αｔ３に基づいてピッチ角制御信号Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３を複数の可変ピッチ機構部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに出力することによって行われる（図３参照）。
【０１２８】
上述した各ステップＳＴ１〜ＳＴ３は、複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの計測位置Ｐ１〜Ｐ４が、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈを順次移動する度に行われる。
【０１２９】
［Ｂ−２］ヨー角の調整について
（１）回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗの取得（ＳＴ１１）
ヨー角θｙ（図２参照）の調整の行う場合には、まず、上記の実施形態の場合と同様に、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを求める（図７のＳＴ１１参照）。
【０１３０】
本ステップＳＴ１１では、ハブ４１に設置された複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが風向を計測することにより、回転面ＲＰを通過する風の風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３，θｗ４が制御部６１へ出力される。風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３，θｗ４は、計測位置Ｐ１〜Ｐ４を示す計測位置データに関連付けられて、制御部６１に記憶される。
【０１３１】
この後、その入力された風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３を用いて、回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを、制御部６１が算出する。たとえば、風向計測データθｗ１，θｗ２，θｗ３の平均値を、風向データθｗとして算出する。
【０１３２】
（２）目標ヨー角θｔｙの設定（ＳＴ２１）
つぎに、上記の実施形態と同様に、目標ヨー角θｔｙを設定する（図７のＳＴ２１参照）。
【０１３３】
本ステップＳＴ２１では、上述のステップＳＴ１１において求めた、回転面ＲＰを通過する風の風向データθｗを用いて、ナセル３の目標ヨー角θｔｙを制御部６１が設定する。
【０１３４】
たとえば、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの回転面ＲＰが風向に対して垂直になるように、目標ヨー角θｔｙを設定する。
【０１３５】
（３）ヨー角θｙの調整（ＳＴ３１）
つぎに、上記の実施形態と同様に、ヨー角θｙの調整を行う（図７のＳＴ３１参照）。
【０１３６】
本ステップＳＴ３１では、上述のステップＳＴ２１において設定した目標ヨー角θｔｙに、ナセル３のヨー角θｙを調整する。本ステップＳＴ３１の動作は、制御部６１が目標ヨー角θｔｙに基づいてヨー角制御信号Ｓｙをヨー駆動部３４に出力することによって行われる。
【０１３７】
上記の各ステップＳＴ１１，ＳＴ２１，ＳＴ３１は、複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの計測位置Ｐ１〜Ｐ４が、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈを移動する度に行われる。
【０１３８】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の風力発電装置では、複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄがハブ４１に設置されている。複数の風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、レーザ流速計であって、回転面ＲＰを通過する風の風向及び風速についてレーザを用いて実測し、風向データθｗ及び風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を得る。したがって、本実施形態は、回転面ＲＰの近傍での風速の変化に対応してピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【０１３９】
本実施形態では、制御部６１は、回転面ＲＰを回転方向Ｒで分割した複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈのうち一の分割領域での計測により出力された風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に基づいて、一の分割領域の前方に隣接する他の分割領域の風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４を算出する。そして、複数のブレード４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが他の分割領域を移動するときのピッチ角を風速予測データＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４に応じて調整する。したがって、本実施形態では、複数の分割領域ＲＰａ〜ＲＰｈの間での風速の変化に対応して、ピッチ角α１，α２，α３を最適角度に調整することができるので、高い効率で発電を行うことができる。
【０１４０】
［Ｄ］変形例
本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、ピッチ角α１，α２，α３を調整する場合について示したが、これに限定されない。第２実施形態の場合と同様に、ピッチ角α１，α２，α３を調整してもよい。つまり、一の分割領域での計測により出力された風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に基づいて、一の分割領域をブレードが通過後に当該一の分割領域に移動するブレードのピッチ角を、その一の分割領域の風速データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に応じて調整してもよい。
【０１４１】
本実施形態では、４つの風向風速計測部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが設けられているが、これに限らない。風向風速計測部は、４つ未満でもよく、４つを超えてもよい。
【０１４２】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４３】
１…風力発電装置、２…タワー、３…ナセル、４…ロータ、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…風向風速計測部、２１…基台、３１…発電機、３２…回転速度計測部、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…可変ピッチ機構部、３４…ヨー駆動部、４１…ハブ、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ…ブレード、４３…シャフト、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…風速計、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ…風向計、６１…制御部、ＲＰ…回転面、ＲＰａ〜ＲＰｈ…分割領域、Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３…ピッチ角制御信号、Ｓｙ…ヨー角制御信号、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…風速データ、ｖ１，ｖ２，ｖ３…風速計測データ、ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４…風速予測データ、α１，α２，α３…ピッチ角、αｔ１，αｔ２，αｔ３…目標ピッチ角、θｔｙ…目標ヨー角、θｗ…風向データ、θｗ１，θｗ２，θｗ３，θｗ４…風向計測データ、θｙ…ヨー角、ω…回転速度計測データ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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