(57)【要約】  風車（９００）の翼（９０３）が、当該風車の風車ナセル上に設置された風計測ライダ装置（２００）が出力するレーザ光を通過する際の翼回転速度を算出する翼回転速度算出部（１１）と、風計測ライダ装置（２００）から取得したレーザ（５ａ，５ｂ）の視線方向風速に基づき到来風速を算出する到来風速算出部（１２）と、翼回転速度算出部（１１）が算出した翼回転速度と、到来風速算出部（１２）が算出した到来風速とに基づき、翼（９０３）の回転の起動を促進するための起動アシストを制御する起動アシスト制御部（１４）とを備えた。
2017149657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車の翼が、当該風車の風車ナセル上に設置された風計測ライダ装置が出力するレーザ光を通過する際の翼回転速度を算出する翼回転速度算出部と、
前記風計測ライダ装置から取得した前記レーザの視線方向風速に基づき到来風速を算出する到来風速算出部と、
前記翼回転速度算出部が算出した翼回転速度と、前記到来風速算出部が算出した到来風速とに基づき、前記翼の回転を起動させるための起動アシストを制御する起動アシスト制御部
とを備えた風車起動アシスト制御装置。
【請求項２】
前記起動アシスト制御部は、
前記翼回転速度が基準値以上、かつ、前記到来風速がゼロよりも大きい場合に、前記翼の回転の起動を促進するための起動アシストを開始する
ことを特徴とする請求項１記載の風車起動アシスト制御装置。
【請求項３】
前記翼回転速度算出部が算出する翼回転速度とは、前記翼が前記レーザ光を通過する時点のドップラ速度に基づき算出される瞬時翼回転速度、および、前記翼が前記レーザ光を通過する時点の時間間隔に基づき算出される翼回転の平均速度であり、
前記起動アシスト制御部は、
前記瞬時翼回転速度、および、前記翼回転の平均速度がともに基準値以上、かつ、前記到来風速がゼロよりも大きい場合に、前記起動アシストを開始する
ことを特徴とする請求項１記載の起動アシスト制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置において翼の回転を起動させる風車起動アシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電装置においては、風力発電の稼働率を高めるために、微風の風速条件でも起動しやすい構成が求められる。
そこで、例えば、特許文献１には、風車の微風下における回転起動を促進するための起動アシスト制御装置に関する技術が開示されている。
特許文献１では、風車の発電機における回転子の回転を検出する回転子センサから回転子の回転数を取り込み、風車が非回転状態にあり、かつ、この風車停止の状態が一定時間経過しても風車停止が継続している場合には、起動アシスト用電流供給系統をオンとし、風車が風力により一定回転数以上で回転した時に起動アシスト用電流供給系統をオフとするようにしている。また、特許文献１では、回転子の回転数に加えて、風速を制御要素として取り込み、風車が非回転状態にあり、かつ、風速が風車の自己起動風速以上である場合に、起動アシスト用電流供給系統をオンとするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８５９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、風車が非回転状態にある場合に起動アシストを開始するようにしているため、アシストに多くの電力を要するという課題があった。また、風車近傍の風速しか計測できないことが想定され、特に、アシスト時に到来風速がゼロである場合には、起動アシストに失敗し、電力損失が増加してしまうという課題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、風車起動の高効率化をはかり、実効的な発電電力を向上することができる風車起動アシスト装置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】
【０００６】
この発明に係る風車起動アシスト装置は、風車の翼が、当該風車の風車ナセル上に設置された風計測ライダ装置が出力するレーザ光を通過する際の翼回転速度を算出する翼回転速度算出部と、風計測ライダ装置から取得したレーザの視線方向風速に基づき到来風速を算出する到来風速算出部と、翼回転速度算出部が算出した翼回転速度と、到来風速算出部が算出した到来風速とに基づき、翼の回転の起動を促進するための起動アシストを制御する起動アシスト制御部とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の風車起動アシスト装置によれば、風車起動の高効率化をはかり、実効的な発電電力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置が起動アシスト制御を行う風力発電装置の概略構成を説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置の構成を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図３のステップＳＴ３０１の翼回転速度、到来風速検出プロセスを詳細に説明するフローチャートである。
【図５】図５Ａ，図５Ｂは、本発明の翼通過判定、翼回転速度検出、到来風速検出における、風計測ライダ装置のレーザ出射方向と翼との位置関係について説明する図である。
【図６】図６Ａ，図６Ｂは、実施の形態１において、風車の翼回転と風計測ライダ装置の出射レーザ光との関係を示す図である。
【図７】実施の形態１において、翼通過判定部、翼回転速度算出部、到来風速算出部の判定結果、あるいは、算出結果に基づき、起動アシスト制御部が、起動アシストの制御を開始する場合と起動アシストの制御を開始しない場合について、時系列イメージで説明する図である。
【図８】実施の形態１において、翼通過判定部、翼回転速度算出部、到来風速算出部の判定結果、あるいは、算出結果に基づき、起動アシスト制御部が、起動アシストの制御を開始する場合と起動アシストの制御を開始しない場合について、時系列イメージで説明する図である。
【図９】図９Ａ，図９Ｂは、この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置１００が翼９０３の回転を起動させるための起動アシストの制御、あるいは、発電の制御を行う風力発電装置の概略構成を説明する図である。
なお、ここでは、風力発電装置は、水平軸型のものを想定している。以下、ここでは、風力発電装置は、単に風車９００というものとする。
図１に示すように、風車９００は、タワー９０１上の、風車ナセル９０２上に、風計測ライダ装置２００を備える。
【００１０】
風車ナセル９０２は、風車起動アシスト装置１００、および、発電機９０５を備え、風車ナセル９０２の先端にブレード、すなわち、翼９０３が回転可能に固定されている。翼９０３の付け根はハブ（図示を省略する）によってロータ軸に連結され、ハブからロータ軸を通じて、風車ナセル９０２と翼９０３とが連結される。
そして、風車９００に風が到来することにより、翼９０３が回転して発電が行われる。
なお、風車起動アシスト装置１００は、風車ナセル９０２の外部に備えられるものであってもよい。
【００１１】
風車９００の発電効率を向上させるため、風車起動アシスト装置１００は、起動アシストが必要と判断した場合に、起動アシスト用の電流を印加する制御を行い、起動アシストドライバ９００１（後述する）が風車起動アシスト装置１００の制御に基づいて電流を印加して翼９０３の起動をアシストする。また、風車起動アシスト装置１００は、翼９０３が一定の回転数に到達すると、起動アシスト用の電流をオフにする制御を行う。すなわち、風車起動アシスト装置１００は、翼９０３の回転の起動を促進するための起動アシストの開始、あるいは、終了を制御する。
風車９００は、起動アシストドライバ９００１（図２で後述する）を備え、風車起動アシスト装置１００により起動アシストが開始されると、起動アシストドライバ９００１が、風車起動アシスト装置１００から風車起動の信号を受信し、風車起動の動力を発生させる。風車起動アシスト装置１００の構成および動作の詳細については後述する。
【００１２】
発電機９０５は、風車起動アシスト装置１００の制御に基づき、翼９０３の回転を電気に変換し、発電を行う。具体的には、発電機９０５は、発電制御ドライバ９００２（図２で後述する）を備え、当該発電制御ドライバ９００２が、風車起動アシスト装置１００から発電動作に切り替える信号を受信し、発電を行う。
【００１３】
図１に示すように、ここでは、風車９００の風車ナセル９０２上に、風計測ライダ装置２００が設置されていることを前提とする。
風計測ライダ装置２００は、図１に示すＡ方向に、少なくとも２方向のレーザ、すなわち、送信光Ｂを出力する。ここでは、風計測ライダ装置２００は、２方向（以下説明する図２の５ａ，５ｂ）に、送信光Ｂを出力するものとする。当該２方向のレーザを、それぞれ、第１のレーザ、第２のレーザとする。
風計測ライダ装置２００は、到来風速の各レーザの出射方向５ａ，５ｂで射影した成分を視線方向風速Ｖｍ１，Ｖｍ２として計測する。風車起動アシスト装置１００では、当該複数方向の視線方向風速を用いて、数値演算により到来風速Ｖｗｉｎｄと、ブレード回転軸に対する角度である到来風向φｗｉｎｄを算出する。
なお、到来風速とは、風車ナセル９０２の前方へ所定距離離れ、水平方向に数十ｍ、垂直方向に風車９００のハブの高さを中心とした数十ｍのボリュームを持った空間における風速場をいう。風車ナセル９０２の前方へ離れる所定距離とは、例えば、数十ｍ〜数百ｍを想定しているが、当該所定距離は、風車９００の規模や、設置環境により異なる。
視線方向風速Ｖｍ１，Ｖｍ２、到来風速Ｖｗｉｎｄ、到来風向φｗｉｎｄについては後述する。
【００１４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置１００の構成を説明する図である。
図２に示すように、風車起動アシスト装置１００は、翼関連値算出部１０１と、風関連値算出部１０２と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５と、算出結果格納部１６とを備える。
翼関連値算出部１０１は、風計測ライダ装置２００の計測値に基づき、翼通過の有無の判定を行い、風計測ライダ装置２００が計測した翼通過速度等から翼回転速度の算出等を行う。
翼関連値算出部１０１は、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１とを備える。
翼通過判定部１０は、風計測ライダ装置２００から取得した情報に基づき、翼９０３が、第１のレーザ、あるいは、第２のレーザを通過したかどうか、すなわち、ここでは、翼９０３が、第１のレーザ、あるいは、第２のレーザを遮ったかどうかを判定する。
翼回転速度算出部１１は、翼通過判定部１０が、翼回転ありと判断した場合に、風車９００の翼９０３が、第１のレーザ光、あるいは、第２のレーザ光を通過する時点の回転速度を算出する。ここでは、翼９０３が、第１のレーザ光、あるいは、第２のレーザ光を通過する時点の回転速度を、瞬時翼回転速度というものとする。
また、翼回転速度算出部１１は、翼９０３が第１のレーザ光、または、第２のレーザ光を通過する時点の時間間隔に基づき算出される翼回転の平均速度を算出する。ここでは、翼回転の平均速度を翼回転平均速度というものとする。
この実施の形態１において、翼回転速度とは、翼９０３が、風車９００の風車ナセル９０２上に設置された風計測ライダ装置２００が出力する第１のレーザ光、あるいは、第２のレーザ光を通過する際の速度をいい、瞬時翼回転速度、あるいは、翼回転平均速度を含むものとする。
【００１５】
風関連値算出部１０２は、風計測ライダ装置２００の計測値に基づき、到来風速、および、到来風向を算出する。
風関連値算出部１０２は、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３とを備える。
到来風速算出部１２は、風計測ライダ装置２００から、第１のレーザおよび第２のレーザの視線方向風速を取得し、当該複数方向の視線方向風速を用いて到来風速を算出する。
到来風向算出部１３は、風計測ライダ装置２００から、第１のレーザおよび第２のレーザの視線方向風速を取得し、当該複数方向の視線方向風速を用いて到来風向を算出する。
【００１６】
起動アシスト制御部１４は、算出結果格納部１６に格納された翼回転速度、到来風速の情報に基づき、風車の起動アシストモードを制御する。具体的には、風車９００が備える起動アシストドライバ９００１に、風車起動の動力を発生させる信号を送信する。
発電制御部１５は、起動アシスト制御部１４から出力される起動アシストオフの情報に基づき、風車の発電機９０５の発電運転モードを制御する。具体的には、風車９００が備える発電制御ドライバ９００２に、発電動作を切り替える信号を送信する。
【００１７】
算出結果格納部１６は、翼関連値算出部１０１で算出された翼回転速度、および、風関連値算出部１０２で算出された到来風速、到来風向等の値を格納する。
なお、この実施の形態１では、図２に示すように、算出結果格納部１６は、風車起動アシスト装置１００が備えるようにしたが、これに限らず、算出結果格納部１６は、風車起動アシスト装置１００の外部に備えるようにしいてもよい。
【００１８】
動作について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置１００の動作を説明するフローチャートである。
【００１９】
まず、翼回転速度、到来風速検出プロセスが実行される（ステップＳＴ３０１）。
このステップＳＴ３０１において、風車起動アシスト装置１００は、風計測ライダ装置２００の計測値に基づき、瞬時翼回転速度ωａ，ωｂ、到来風速Ｖｗｉｎｄ、到来風向φｗｉｎｄを算出する。また、このステップＳＴ３０１において、第１のレーザ光における翼回転の平均速度、第２のレーザ光における翼回転の平均速度をそれぞれ算出する。ここでは、第１のレーザ光における翼回転の平均速度を翼回転平均速度ωａｖｅａ、第２のレーザ光における翼回転の平均速度を翼回転平均速度ωａｖｅｂとする。例えば、翼９０３がｉ枚であるとすると、翼回転平均速度ωａｖｅａは、ｉ−１枚目の翼９０３が第１のレーザを通過した時点から、ｉ枚目の翼９０３が第１のレーザ光を通過するまでの時間における平均的な回転速度を表わす。なお、ここでは、翼９０３が、第１のレーザ光を通過する時点の瞬時翼回転速度を瞬時翼回転速度ωａ、翼９０３が、第２のレーザ光を通過する時点の瞬時翼回転速度を瞬時翼回転速度ωｂとする。
算出された瞬時翼回転速度ωａ，ωｂ、到来風速Ｖｗｉｎｄ、到来風向φｗｉｎｄ、翼回転平均速度ωａｖｅａ，ωａｖｅｂの情報は、算出結果格納部１６に格納される。
当該ステップＳＴ３０１の翼回転速度、到来風速検出プロセスの詳細な動作については後述する。
【００２０】
起動アシスト制御部１４は、ステップＳＴ３０１のプロセスで算出された、翼９０３が第１のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定する（ステップＳＴ３０２）。すなわち、このステップＳＴ３０２で、現在の翼９０３の回転速度が十分であるかどうかを判定する。なお、起動アシスト制御部１４は、最新の瞬時翼回転速度ωａを、算出結果格納部１６から取得するようにし、算出結果格納部１６に格納されている瞬時翼回転速度ωａのうち、どれが最新の瞬時翼回転速度ωａであるかどうかは、当該瞬時翼回転速度ωａと紐付けられて記憶されている時刻から判断すればよい。
ステップＳＴ３０２において、瞬時翼回転速度ωａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉより小さい場合（ステップＳＴ３０２の“ＮＯ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、翼９０３の回転速度が不足していると判断し、ステップＳＴ３０１へ戻る。
【００２１】
ステップＳＴ３０２において、第１のレーザを通過するときの瞬時翼回転速度ωａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上である場合（ステップＳＴ３０２の“ＹＥＳ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、翼回転平均速度ωａｖｅａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定する（ステップＳＴ３０３）。
なお、この実施の形態１において、ステップＳＴ３０２において瞬時翼回転速度ωａと基準値Ｎｃｒｉとの判定、ステップＳＴ３０３において翼回転平均速度ωａｖｅａと基準値Ｎｃｒｉとの判定と、基準値Ｎｃｒｉに対して瞬時翼回転速度ωａと翼回転平均速度ωａｖｅａとで２回判定を行うのは、誤判定を避けるためである。
瞬時翼回転速度ωａだけでは、瞬時変動の成分のみしか考慮されないため、誤判定の可能性がある。そこで、翼回転平均速度ωａｖｅａと基準値Ｎｃｒｉとの判定も行うことで、誤判定を防ぐ。
【００２２】
ステップＳＴ３０３において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉより小さい場合（ステップＳＴ３０３の“ＮＯ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、翼９０３の回転速度が不足していると判断し、ステップＳＴ３０１へ戻る。
【００２３】
ステップＳＴ３０３において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上である場合（ステップＳＴ３０３の“ＹＥＳ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、翼９０３が十分に回転していると判断し、ステップＳＴ３０４へ進む。
起動アシスト制御部１４は、ステップＳＴ３０１のプロセスで算出された到来風速Ｖｗｉｎｄの計測値がゼロより大きいかどうかを判定する（ステップＳＴ３０４）。
【００２４】
ステップＳＴ３０４において、到来風速Ｖｗｉｎｄの計測値がゼロであった場合（ステップＳＴ３０４の“ＮＯ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、到来風速ゼロと判断してステップＳＴ３０１へ戻る。
ステップＳＴ３０４において、到来風速Ｖｗｉｎｄの計測値がゼロより大きい場合（ステップＳＴ３０４の“ＹＥＳ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、第１のレーザを通過するときの瞬時翼回転速度ωａ、および、翼回転平均速度ωａｖｅａが基準値以上、かつ、到来風速がゼロより大きいと判断して、起動アシストモードへと移行し、起動アシストモードでの制御を行う（ステップＳＴ３０５）。具体的には、起動アシスト制御部１４は、風車９００が備える起動アシストドライバ９００１に、風車起動の動力を発生させる信号を送信し、風車９００の翼９０３の回転の起動を促進するための起動アシストを開始する。
これにより、風車９００の翼９０３の回転起動が促進される。
【００２５】
起動アシスト制御部１４は、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電モード移行のための基準値Ｎ１に到達しているかどうかを判断する（ステップＳＴ３０６）。具体的には、起動アシスト制御部１４は、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電モード移行のための基準値Ｎ１以上であるかどうかを判断する。
ステップＳＴ３０６において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電モード移行のための基準値Ｎ１に到達していない場合（ステップＳＴ３０６の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ３０１に戻る。
【００２６】
ステップＳＴ３０６において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電モード移行のための基準値Ｎ１に到達している場合（ステップＳＴ３０６の“ＹＥＳ”の場合）、起動アシスト制御部１４は、起動アシストモードを終了とする（ステップＳＴ３０７）。具体的には、起動アシスト制御部１４は、風車９００が備える起動アシストドライバ９００１への風車起動の動力を発生させる信号の送信を止める。
【００２７】
発電制御部１５は、起動アシスト制御部１４がステップＳＴ３０７において起動アシストを終了としたことを検知し、算出結果格納部１６を参照して、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電開始のための基準値Ｎ２に到達しているかどうかを判断する（ステップＳＴ３０８）。具体的には、発電制御部１５、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電開始のための基準値Ｎ２以上であるかどうかを判断する。
すなわち、このステップＳＴ３０８で、発電制御部１５が風車の発電機９０５の発電を制御する発電運転モードへと移行する。
【００２８】
起動アシスト制御部１４から出力される起動アシストの終了の情報については、例えば、起動アシスト制御部１４は、起動アシストの開始の際に、内部的に保持している起動アシストモードフラグをオンにし、起動アシストの終了の際に、当該起動アシストモードフラグをオフして、発電制御部１５は、当該起動アシストモードフラグのオン、オフによって、起動アシストの開始、終了を検知するようにすればよい。なお、これは一例にすぎず、発電制御部１５が、起動アシスト制御部１４による起動アシストの開始、終了を検知できるようになっていればよい。
【００２９】
ステップＳＴ３０８において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電開始のための基準値Ｎ２に到達していない場合（ステップＳＴ３０８の“ＮＯ”の場合）、発電制御部１５は、発電制御を終了し（ステップＳＴ３０９）、ステップＳＴ３０１へ戻る。具体的には、発電制御部１５は、風車９００が備える発電制御ドライバ９００２への、発電動作を止める信号を送信する。
【００３０】
ステップＳＴ３０１において、翼回転平均速度ωａｖｅａが、発電開始のための基準値Ｎ２に到達している場合（ステップＳＴ３０８の“ＹＥＳ”の場合）、発電制御部１５は、発電制御を開始する（ステップＳＴ３１０）。具体的には、発電制御部１５は、風車９００が備える発電制御ドライバ９００２に、発電動作へ切り替える信号を送信する。これにより、起動アシストなしで、到来風速により風車９００を回転させるようになる。
ステップＳＴ３１０において、発電制御をオンにすると、再びステップＳＴ３０１の処理を行い、翼回転平均速度ωａｖｅａ等を算出すると、ステップＳＴ３０８に戻って、翼回転平均速度ωａｖｅａを監視する。そして、以降の処理を繰り返す。
【００３１】
次に、図３のステップＳＴ３０１の翼回転速度、到来風速検出プロセスについて、以下説明する。
図４は、図３のステップＳＴ３０１の翼回転速度、到来風速検出プロセスを詳細に説明するフローチャートである。
【００３２】
まず、ここで、本発明の翼回転速度、到来風速の検出における、風計測ライダ装置２００のレーザ出射方向５ａ，５ｂと翼９０３との位置関係について、図５Ａ，図５Ｂを用いて説明する。
図５Ａに示すように、風車ナセル９０２上に設置される風計測ライダ装置２００は、２方向のレーザ出射方向５ａ，５ｂを有し、到来風速Ｖｗｉｎｄの各レーザ出射方向５ａ，５ｂで射影した成分を、それぞれ、視線方向風速Ｖｍ１，Ｖｍ２（図示省略）として計測する。
【００３３】
なお、ここでは、第１のレーザ出射方向５ａと第２のレーザ出射方向５ｂとが、地表面に対して平行な面にあり、翼９０３は風車９００に向かって反時計回りに回転することを想定する。
【００３４】
図５Ｂの（ａ）の翼位置においては、翼９０３が第２のレーザ出射方向５ｂを通過する。また、図５Ｂの（ｂ）の翼位置においては、翼９０３が第２のレーザ出射方向５ｂと第１のレーザ出射方向５ａとの間に位置する。また、図５Ｂの（ｃ）の翼位置においては、翼９０３が第１のレーザ出射方向５ａを通過する。また、図５Ｂの（ｄ）の翼位置においては、翼９０３が第１のレーザ出射方向５ａ、第２のレーザ出射方向５ｂ、およびその間に位置しない状態を示す。
図５Ａに示すような、翼９０３と風計測ライダ装置２００のレーザ出射方向５ａ，５ｂとの配置関係と翼回転方向においては、図５Ｂの（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の状態が繰り返される。
【００３５】
以下、図４のフローチャートに沿って説明する。
翼通過判定部１０は、風車９００の風車ナセル９０２上に設置される風計測ライダ装置２００から、第２のレーザ光による翼通過レンジ信号を取得する（ステップＳＴ４０１）。なお、翼通過レンジとは、風計測ライダ装置２００と翼９０３の回転面との距離で決まる固定数値であり、当該固定数値は、風計測ライダ装置２００において、風計測ライダ装置２００を設置する際に予め決められている。
翼通過判定部１０は、ステップＳＴ４０１で取得した翼通過レンジ信号における信号対雑音比Ｓ０＿２と予め設定された閾値ＳＮＲ０との大小関係を判定し、信号対雑音比Ｓ０＿２が閾値ＳＮＲ０以上かどうかを判断する（ステップＳＴ４０２）。
ステップＳＴ４０２において、信号対雑音比Ｓ０＿２が閾値ＳＮＲ０以上であった場合（ステップＳＴ４０２の“ＹＥＳ”の場合）、翼通過判定部１０は、翼通過ありと判断し、第２のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ｂを、風計測ライダ装置２００から取得する（ステップＳＴ４０３）。ここでは、翼９０３が第２のレーザ光を通過した際の通過速度を、第２のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ｂとする。同様に、翼９０３が第１のレーザ光を通過した際の通過速度を、第１のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ａとする。第１のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ａについては後述する。
風計測ライダ装置２００では、２方向のレーザ出射方向５ａ，５ｂにおいて翼９０３の通過によりレーザ光が遮蔽されるとともに、回転する翼９０３により、最近接レンジにおいて、風速測定時に比較して信号強度が大きな散乱光エコーが受信される。よって、翼通過判定部１０は、風計測ライダ装置２００から翼通過レンジ信号を取得し、当該取得した翼通過レンジ信号に基づき、翼通過の有無を判定できる。
【００３６】
ステップＳＴ４０２において、信号対雑音比Ｓ０＿２が閾値ＳＮＲ０未満であった場合（ステップＳＴ４０２の“ＮＯ”の場合）は、ステップＳＴ４０８へ進む。ステップＳＴ４０８以降の処理については後述する。
【００３７】
翼回転速度算出部１１は、風車９００の制御装置（図示省略）から、翼９０３のピッチ角δを取得し、当該取得した翼９０３のピッチ角δと、ステップＳＴ４０３で取得した第２のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ｂから算出できる視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿ＬＯＳ＿５ｂとから、以下の式（１）を用いて、翼９０３が第２のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωｂ［ｒｐｍ］を算出する（ステップＳＴ４０４）。ここでは、翼９０３が、第１のレーザ光、あるいは、第２のレーザ光を通過する時点の回転速度を、瞬時翼回転速度というものとする。すなわち、このステップＳＴ４０４において、翼回転速度算出部１１は、瞬時翼回転速度ωｂを算出する。
風車９００の制御装置は、ハブ内に備えられ、ピッチ駆動装置（図示省略）に対して、風速に合わせてピッチ角δを変化させるピッチ制御、あるいは、ヨー駆動装置（図示省略）に対して、翼９０３・ハブ・風車ナセル９０２の向きを風向きにあわせて回転させるヨー制御を行っている。また、翼半径Ｒ、翼回転軸に対してレーザ出射方向がなす角θの情報は、例えば、風計測ライダ装置２００が記憶しており、当該風計測ライダ装置２００から取得するようにすればよい。なお、レーザ出射方向５ａの翼回転軸に対してなす角を＋θ、レーザ出射方向５ｂの翼回転軸に対してなす角を−θとする。
2017149657.tif 000003
Ｒ：翼半径
δ：翼のピッチ角
θ：翼回転軸に対してレーザ出射方向がなす角度
【００３８】
上記式（１）で瞬時翼回転速度ωｂ［ｒｐｍ］が算出される原理について、説明する。
翼９０３が通過する時間帯、すなわち、回転する翼９０３によりレーザ光が遮光される時間帯において、翼９０３のピッチ角δにより翼９０３での散乱地点と風計測ライダ装置２００との距離が時間変化するため、散乱光において、ドップラ速度を生じる。これを利用して、翼回転速度を求めることができる。
【００３９】
図６Ａ，図６Ｂは、風車９００の翼回転と風計測ライダ装置２００の出射レーザ光との関係を示す図であり、図６Ａは、風計測ライダ装置２００のレーザ出射方向５ａにおける翼９０３の反射を示し、図６Ｂは、風計測ライダ装置２００のレーザ出射方向５ｂにおける翼９０３の反射を示している。
例えば、風車９００の翼９０３のピッチ角δ、瞬時翼回転速度ω［ｒｐｍ］、翼半径Ｒとした場合、レーザ照射位置での翼通過速度Ｖｈｕｂは以下の式（２）で表わされる。
2017149657.tif 000004
【００４０】
この場合、レーザ出射方向５ａ，５ｂに対する視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿Ｌｏｓ＿５ａ，Ｖｈｕｂ＿Ｌｏｓ＿５ｂは、それぞれ、以下の式（３），（４）で表わされる。
2017149657.tif 000005
2017149657.tif 000006
従って、レーザ出射方向５ｂに対する最近接距離での視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿Ｌｏｓ＿５ｂの計測値から、上記式（１）によって、翼９０３が第２のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωｂ［ｒｐｍ］を算出することができる。
【００４１】
同様に、レーザ出射方向５ａに対する最近接距離での視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿Ｌｏｓ＿５ａの計測値から、以下の式（５）で、翼９０３が第１のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωａ［ｒｐｍ］を算出することができる。
2017149657.tif 000007
【００４２】
上述のとおり、ステップＳＴ４０４において、翼回転速度算出部１１は、風車９００の制御装置（図示省略）から、翼９０３のピッチ角δを取得し、当該取得した翼９０３のピッチ角δと、ステップＳＴ４０３で取得した第２のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ｂから算出できる視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿ＬＯＳ＿５ｂとから、翼９０３が第２のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωｂ［ｒｐｍ］を算出する。
【００４３】
翼回転速度算出部１１は、ステップＳＴ４０４で算出した翼９０３が第２のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωｂ［ｒｐｍ］を時刻の情報と紐付けて算出結果格納部１６に格納する（ステップＳＴ４０５）。例えば、ｊ回目に翼９０３が第２のレーザ光を通過した時の時刻をｔ（ｊ）と表わすとすると、翼回転速度算出部１１は、ステップＳＴ４０４で算出した瞬時翼回転速度ωｂ（ｔ（ｊ））［ｒｐｍ］を、算出結果格納部１６に格納する。
【００４４】
翼回転速度算出部１１は、算出結果格納部１６を参照し、過去の瞬時翼回転速度ωｂの情報があるかどうか、すなわち、ステップＳＴ４０４で算出した瞬時翼回転速度ωｂと紐付けた時刻よりも前の時刻における瞬時翼回転速度ωｂの格納情報があるかどうかを検索する（ステップＳＴ４０６）。例えば、ステップＳＴ４０４において算出し、ステップＳＴ４０５において算出結果格納部１６に格納した瞬時翼回転速度ωｂが、ｊ回目に翼９０３が第２のレーザ光を通過した時刻ｔ（ｊ）の瞬時翼回転速度ωｂであったとすると、翼回転速度算出部１１は、時刻ｔ（ｊ−１）以前の瞬時翼回転速度ωｂの情報が、算出結果格納部１６に格納されているかどうかを検索する。
【００４５】
ステップＳＴ４０６において、過去の瞬時翼回転速度ωｂの情報がない場合（ステップＳＴ４０６の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４０１に戻る。
【００４６】
ステップＳＴ４０６において、過去の瞬時翼回転速度ωｂの情報がある場合（ステップＳＴ４０６の“ＹＥＳ”の場合）、翼回転速度算出部１１は、最新の、すなわち、ステップＳＴ４０４で算出した瞬時翼回転速度ωｂと紐付けた時刻時点の第２のレーザ光における翼回転の平均速度を、以下の式（６）を用いて算出する（ステップＳＴ４０７）。
2017149657.tif 000008
【００４７】
上述のとおり、風計測ライダ装置２００は、２方向のレーザ出射方向５ａ，５ｂにおいて翼９０３の通過によりレーザ光が遮蔽されるとともに、回転する翼９０３により、最近接レンジにおいて、風速測定時に比較して信号強度が大きな散乱光エコーが受信される。これにより、翼通過の有無を判定できる。
例えば、ｎ枚翼の風車が一定の瞬時翼回転速度ω［ｒｐｍ］で回転する場合、１つのレーザ出射方向５ａまたは５ｂにおいて、周期Ｔでレーザ光の遮蔽が観測される。Ｔとωとの関係は上記式（６）で表わされる。
【００４８】
従って、レーザ出射方向における光路遮蔽時刻をモニタして、その周期により翼回転の平均速度を算出することができる。すなわち、翼回転の平均速度は、翼９０３がレーザ光を通過する時点の時間間隔に基づき算出される。
翼回転速度算出部１１は、上記式（６）を用いて、翼９０３の回転の平均速度を算出する。ここでは、翼９０３が、第１のレーザ光、あるいは、第２のレーザ光を通過する時点の翼回転の平均速度を、それぞれ、翼回転平均速度ωａｖｅａ，ωａｖｅｂとし、翼回転速度算出部１１は、上記式（６）に基づき、翼回転平均速度ωａｖｅａ，ωａｖｅｂを算出する。このステップＳＴ４０７では、翼回転速度算出部１１は、第２のレーザ光を通過する時点の翼回転の平均速度である翼回転平均速度ωａｖｅｂを算出する。
なお、レーザ光の遮蔽が観測される周期Ｔは、例えば、ｎ−１枚目の翼９０３が第２のレーザ光を通過した時刻から、ｎ枚目の翼９０３が第２のレーザ光を通過するまでの時刻の差分を演算して算出することができる。
【００４９】
翼回転速度算出部１１は、翼回転平均速度ωａｖｅｂを、ステップＳＴ４０４で瞬時翼回転速度ωｂを算出した時点の時刻の情報と紐付けて、算出結果格納部１６に格納する。なお、算出結果格納部１６にすでに翼回転平均速度ωａｖｅｂが格納されている場合は、翼回転速度算出部１１は、翼回転平均速度ωａｖｅｂを最新の状態へ更新する。その後、ステップＳＴ４１９へ進む。
【００５０】
一方、ステップＳＴ４０２において、信号対雑音比Ｓ０＿２が閾値ＳＮＲ０以上ではなかった場合（ステップＳＴ４０２の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４０８へ移る。
ステップＳＴ４０８〜ステップＳＴ４１４の動作は、ステップＳＴ４０１〜ステップＳＴ４０７において第２のレーザ出射方向５ｂに対して行った瞬時翼回転速度と翼回転平均速度の算出を、第１のレーザ出射方向５ａに対して行うものである。
【００５１】
翼通過判定部１０は、風車９００の風車ナセル９０２上に設置される風計測ライダ装置２００から、第１のレーザ光による翼通過レンジ信号を取得する（ステップＳＴ４０８）。
翼通過判定部１０は、ステップＳＴ４０８で取得した翼通過レンジ信号における信号対雑音比Ｓ０＿１と予め設定された閾値ＳＮＲ０との大小関係を判定し、信号対雑音比Ｓ０＿１が閾値ＳＮＲ０以上かどうかを判断する（ステップＳＴ４０９）。
ステップＳＴ４０９において、信号対雑音比Ｓ０＿１が閾値ＳＮＲ０以上であった場合（ステップＳＴ４０９の“ＹＥＳ”の場合）、翼通過判定部１０は、翼通過ありと判断し、第１のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ａを、風計測ライダ装置２００から取得する（ステップＳＴ４１０）。
【００５２】
翼回転速度算出部１１は、風車９００の制御装置から、翼９０３のピッチ角δを取得し、当該取得した翼９０３のピッチ角δと、ステップＳＴ４１０で取得した第１のレーザ光の翼通過速度Ｖｈｕｂ＿５ａから算出できる視線方向ドップラ速度Ｖｈｕｂ＿ＬＯＳ＿５ａとから、上述した式（５）を用いて、翼９０３が第１のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωａ［ｒｐｍ］を算出する（ステップＳＴ４１１）。
【００５３】
翼回転速度算出部１１は、ステップＳＴ４１１で算出した翼９０３が第１のレーザ光を通過したときの瞬時翼回転速度ωａ［ｒｐｍ］を時刻の情報と紐付けて算出結果格納部１６に格納する（ステップＳＴ４１２）。例えば、第１のレーザ光による計測を開始してからｉ回目に翼９０３が第１のレーザ光を通過した時の時刻をｔ（ｉ）と表わすとすると、翼回転速度算出部１１は、ステップＳＴ４１１で算出した瞬時翼回転速度ωａ（ｔ（ｉ））［ｒｐｍ］を、算出結果格納部１６に格納する。
【００５４】
翼回転速度算出部１１は、算出結果格納部１６を参照し、過去の瞬時翼回転速度ωａの情報があるかどうか、すなわち、ステップＳＴ４１１で算出した瞬時翼回転速度ωａと紐付けた時刻よりも前の時刻における瞬時翼回転速度ωａの格納情報があるかどうかを検索する（ステップＳＴ４１３）。例えば、ステップＳＴ４１１において算出し、ステップＳＴ４１２において算出結果格納部１６に格納した瞬時翼回転速度ωａが、ｉ回目に翼９０３が第１レーザ光を通過した時刻ｔ（ｉ）の瞬時翼回転速度ωａであったとすると、翼回転速度算出部１１は、時刻ｔ（ｉ−１）以前の瞬時翼回転速度ωａの情報が、算出結果格納部１６に格納されているかどうかを検索する。
【００５５】
ステップＳＴ４１３において、過去の瞬時翼回転速度ωａの情報がない場合（ステップＳＴ４１３の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４０８に戻る。
【００５６】
ステップＳＴ４１３において、過去の瞬時翼回転速度ωａの情報がある場合（ステップＳＴ４１３の“ＹＥＳ”の場合）、翼回転速度算出部１１は、最新の、すなわち、ステップＳＴ４１１で瞬時翼回転速度ωａを算出した時点の瞬時翼回転速度ωａの平均を、上述した式（６）を用いて算出する（ステップＳＴ４１４）。
そして、翼回転速度算出部１１は、瞬時翼回転速度ωａの平均、すなわち、翼回転平均速度ωａｖｅａを、ステップＳＴ４１１で瞬時翼回転速度ωａを算出した時点の時刻の情報と紐付けて、算出結果格納部１６に格納する。なお、算出結果格納部１６にすでに翼回転平均速度ωａｖｅａが格納されている場合は、翼回転速度算出部１１は、翼回転平均速度ωａｖｅａを最新の状態へ更新する。その後、ステップＳＴ４１９へ進む。
【００５７】
一方、ステップＳＴ４０９において、信号対雑音比Ｓ０＿１が閾値ＳＮＲ０以上ではなかった場合（ステップＳＴ４０９の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４１５へ進む。
ステップＳＴ４１５〜ステップＳＴ４１８では、風計測ライダ装置２００からレーザ出射方向５ａ，５ｂの視線方向風速を取得し、風関連値算出部１０２が、到来風速および到来風向の演算を行う。
【００５８】
風関連値算出部１０２の到来風速算出部１２は、風計測ライダ装置２００から、第１のレーザ出射方向５ａにおける視線方向風速Ｖｍ１を取得する（ステップＳＴ４１５）。
【００５９】
到来風速算出部１２は、風計測ライダ装置２００から、第２のレーザ出射方向５ｂにおける視線方向風速Ｖｍ２を取得する（ステップＳＴ４１６）。
【００６０】
到来風速算出部１２は、ステップＳＴ４１５で取得した第１のレーザ出射方向５ａにおける視線方向風速Ｖｍ１と、ステップＳＴ４１６で取得した第２のレーザ出射方向５ｂにおける視線方向風速Ｖｍ２の計測値を以下の式（７）に第入して到来風速Ｖｗｉｎｄを算出する（ステップＳＴ４１７）。到来風速算出部１２は、算出した到来風速Ｖｗｉｎｄを、当該到来風速Ｖｗｉｎｄを算出した時刻と紐付けて、算出結果格納部１６に格納する。
2017149657.tif 000009
なお、ここでは、到来風速算出部１２は、上記のとおり、式（７）を用いて到来風速Ｖｗｉｎｄを算出するものとしたが、風計測ライダ装置２００は到来風速をリアルタイム計測できるため、到来風速算出部１２は、風計測ライダ装置２００から到来風速を取得し、当該取得した到来風速を到来風速Ｖｗｉｎｄとするようにしてもよい。
【００６１】
風関連値算出部１０２の到来風向算出部１３は、ステップＳＴ４１５で到来風速算出部１２が取得した第１のレーザ出射方向５ａにおける視線方向風速Ｖｍ１と、ステップＳＴ４１６で到来風速算出部１２が取得した第２のレーザ出射方向５ｂにおける視線方向風速Ｖｍ２の計測値を取得し、以下の式（８）に第入して到来風向φｗｉｎｄを算出する（ステップＳＴ４１８）。到来風向算出部１３は、算出した到来風向φｗｉｎｄを、当該到来風向φｗｉｎｄを算出した時刻と紐付けて、算出結果格納部１６に格納する。
2017149657.tif 000010
【００６２】
図示しない制御部は、ステップＳＴ４１９において、瞬時翼回転速度ωａ，ωｂ、翼回転平均速度ωａｖｅａ，ωａｖｅｂ、到来風速Ｖｗｉｎｄ、到来風向φｗｉｎｄの全データを格納したかどうかを確認する。
ステップＳＴ４１９において、全データを格納している場合（ステップＳＴ４１９の“ＹＥＳ”の場合）、図４の処理を終了し、図３に戻る。
【００６３】
ステップＳＴ４１９において、全データを格納していない場合（ステップＳＴ４１９の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４０１へ戻る。
【００６４】
図７，図８は、実施の形態１において、翼通過判定部１０、翼回転速度算出部１１、到来風速算出部１２の判定結果、あるいは、算出結果に基づき、起動アシスト制御部１４が、起動アシストの制御を開始する場合と起動アシストの制御を開始しない場合について、時系列イメージで説明する図である。
なお、図７，図８において、便宜上、翼９０３が第１のレーザを通過する時刻ｔを、古い時間から順にｔ２，ｔ４，ｔ６、翼９０３が第２のレーザを通過する時刻ｔを、古い時間から順にｔ１，ｔ３，ｔ５とし、ｔ６の時点で起動アシストの制御を開始するかしないかを判断する一例を示している。
【００６５】
図７，図８において、上段に、翼通過検出信号の時系列イメージを示し、風計測ライダ装置２００の第１のレーザ、および、第２のレーザの各出射方向５ａ，５ｂにおける翼通過レンジ信号３０１，３０２を表わす。
また、図７，図８において、中段には、翼回転速度の時系列イメージを示す。図７，図８において、それぞれ、ｔ＝ｔ１，ｔ３，ｔ５における第２のレーザ出射方向５ｂにおける翼回転速度３１１，３１３，３１５を示している。
また、図７，図８において、それぞれ、ｔ＝ｔ２，ｔ４，ｔ６における第１のレーザ出射方向５ａにおける翼回転速度３１２，３１４，３１６を示している。
また、図７，図８において、風車９００の起動アシストを開始する基準となる速度値である翼回転速度Ｎｃｒｉ３１０を示している。
【００６６】
図７，図８において、下段には、到来風速Ｖｗｉｎｄの時系列イメージを示している。
ｔ＝ｔ１，ｔ３，ｔ５の時点で第２のレーザ出射方向５ｂを翼が通過し、ｔ＝ｔ２，ｔ４，ｔ６の時点で第１のレーザ出射方向５ａを翼が通過する。
なお、図７，図８では、第１のレーザ光における翼回転速度等の情報と、第２のレーザ光における翼回転速度等の情報を両方示すようにしているが、ここでは、図３で説明したように、翼９０３が第１のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωａ、翼回転平均速度ωａｖｅａと、到来風速Ｖｗｉｎｄとで、風車９００の起動アシストを開始するかどうかを判断するものとする。
風車９００の起動アシストを開始する図７の例では、ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間での到来風速Ｖｗｉｎｄ３２１が、時刻の経過とともに到来風速Ｖｗｉｎｄ３２２，３２３，３２４のように増加している。
また、時刻ｔ６で、翼回転速度３１６、すなわち、瞬時翼回転速度ωａと翼回転平均速度ωａｖｅａとが風車９００の起動アシストを開始する基準となる翼回転速度Ｎｃｒｉ３１０を上回り、かつ、到来風速３２４が非ゼロであるため、風車９００の起動アシストを開始する。
【００６７】
他方、風車９００の起動アシストを開始しない図８の例では、ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間での到来風速Ｖｗｉｎｄ４２１が時刻の経過とともに到来風速Ｖｗｉｎｄ４２２，４２３，４３４のように減少する。
時刻ｔ６で、翼回転速度３１６、すなわち、瞬時翼回転速度ωａと翼回転平均速度ωａｖｅａとが風車９００の起動アシストを開始する基準となる翼回転速度Ｎｃｒｉ３１０を上回るものの、到来風速Ｖｗｉｎｄ４２４がゼロであるため、風車アシストを開始しない。
【００６８】
図９Ａ，図９Ｂは、この発明の実施の形態１に係る風車起動アシスト装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
この発明の実施の形態１において、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５の各機能は、処理回路９１により実現される。すなわち、風車起動アシスト装置１００は、風計測ライダ装置２００から取得した計測値に基づき起動アシスト制御、または、発電制御を行うための処理回路９１を備える。
処理回路９１は、図９Ａに示すように専用のハードウェアであっても、図９Ｂに示すようにメモリ９２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ９３であってもよい。
【００６９】
処理回路９１が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。
【００７０】
処理回路９１がＣＰＵ９３の場合、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェとの組み合わせにより実現される。すなわち、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５は、ＨＤＤ９４、メモリ９２等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ９３、システムＬＳＩ等の処理回路により実現される。また、ＨＤＤ９４、メモリ９２等に記憶されたプログラムは、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリ９２とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【００７１】
なお、翼通過判定部１０と、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、翼通過判定部１０については専用のハードウェアとしての処理回路９１でその機能を実現し、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、到来風向算出部１３と、起動アシスト制御部１４と、発電制御部１５については処理回路がメモリ９２に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
算出結果格納部１６は、例えば、ＨＤＤ９４を使用する。なお、これは一例にすぎず、算出結果格納部１６は、ＤＶＤ、メモリ９２等によって構成されるものであってもよい。
【００７２】
以上のように、この実施の形態１によれば、風車９００の起動アシストを、翼９０３が少し回転してから行うため、アシストに要する電力を低減する効果がある。
【００７３】
また、翼９０３が第１のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωａと翼回転平均速度ωａｖｅａとが予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上、かつ、到来風速が非ゼロの場合のみ起動アシストを行うため、起動失敗の確率を低減できる効果を有する。
【００７４】
また、翼回転速度を、翼通過時のドップラ速度から算出した瞬時翼回転速度ωａ，ωｂと、翼通過時の翼通過時間間隔から算出した翼回転平均速度ωａｖｅａ，ωａｖｅｂの２種類算出し、それぞれに、基準値と比較して、翼９０３が十分に回転しているかどうかを判定するため、高精度化に寄与する。
また、風車９００の翼回転検出センサが不要であり、回転検出センサを有さない既設風車にも設置可能である。
【００７５】
なお、以上の説明においては、図３のステップＳＴ３０２において、起動アシスト制御部１４は、ステップＳＴ３０１のプロセスで算出された、翼９０３が第１のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωａが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定するようにしていたが、これに限らず、起動アシスト制御部１４は、翼回転が定常状態に近づいた定常回転時は、ステップＳＴ３０１のプロセスで算出された、翼９０３が第２のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωｂが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定するようにしてもよい。
これは、定常回転時は、瞬時翼回転速度ωａと瞬時翼回転速度ωｂとは、同等であると言えるからである。同等であると言える理由は、第１のレーザ光の出射方向と、第２のレーザ光の出射方向の角度差は、１０度〜６０度が想定され、各レーザ光に対する翼通過点は、風計測ライダ装置２００と翼回転面との距離と同程度と想定されるためである。なお、風計測ライダ装置２００と翼回転面との距離は、１ｍ程度である。
一方、風車９００の起動時のような、翼回転が非定常状態である非定常回転時には、（最新の瞬時翼回転速度ωａ−最新の瞬時翼回転速度ωｂ）の演算結果の符号により、回転傾向を推定可能であり、当該回転傾向を、アシスト必要性を判断する指標に用いることもできる。
例えば、（ωａ−ωｂ）＞０であれば、瞬時翼回転速度が増加傾向であること、（ωａ−ωｂ）＜０であれば、瞬時翼回転速度が減少傾向であることが分かり、アシストの必要性を判断する指標の１つとなる。
よって、この実施の形態１に係る風車起動アシスト装置１００は、図４で説明したように、瞬時翼回転速度ωａと瞬時翼回転速度ωｂのそれぞれを算出し、算出結果格納部１６に格納しておくようにする。
【００７６】
なお、図３のステップＳＴ３０２において、起動アシスト制御部１４は、ステップＳＴ３０１のプロセスで算出された、翼９０３が第２のレーザを通過するときの最新の瞬時翼回転速度ωｂが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定するようにした場合、ステップＳＴ３０３では、翼９０３が第２のレーザを通過するときの翼回転平均速度ωａｖｅｂが、予め決められた基準値Ｎｃｒｉ以上であるかどうかを判定するようにする。
【００７７】
また、ここでは、誤判定を防ぐため、瞬時翼回転速度ωａと翼回転平均速度ωａｖｅａの両方を基準値Ｎｃｒｉと判定するようにしたが、これに限らず、瞬時翼回転速度ωａと基準値Ｎｃｒｉとの判定は行わないようにしてもよいし、翼回転平均速度ωａｖｅａと基準値Ｎｃｒｉとの判定は行わないようにしてもよい。
【００７８】
また、ここでは、風計測ライダ装置２００は、２方向に送信光を出力するものとしたが、これに限らず、１方向にのみ送信光を出力するものであってもよいし、３方向以上に送信光を出力するものであってもよい。
風計測ライダ装置２００が、３方向以上のレーザ光を出力する場合は、鉛直方向、すなわち、上昇および下降の風速成分も検出できる。
【００７９】
また、ここでは、風車９００の外部に風計測ライダ装置２００が設置されていることとした。
風計測ライダ装置２００の設置により、遠方からの到来風を高精度に計測することが可能となるという効果がある。
風計測ライダ装置２００は、レーザ光の出射方向、すなわち、視線方向に平行な風速成分を、距離ごとに分離して計測する機能がある。風計測ライダ装置２００を風車ナセル９０２に設置することで、例えば、風車９００の前方において、遠隔からの到来風速の風速場を、例えば、風車９００の前方の数１００ｍを数１０ｍごとに区切った複数個所等、到来距離ごとにリアルタイムに監視することができる。
従来の風杯型の風速計を遠方に設置した場合、風速計１個につき、１点の風速したモニタできず、到来中の風速変化を精度よく捉えることができない。
また、風車９００のハブの高さは、数１０ｍにおよび、地上に設置された風速計では、地上の風速からハブの高さの風速を推定する必要があり、精度の低下が避けられない。
風速計を数１０ｍの高さのマストに設置すれば、ハブの高さの風速の計測も不可能ではないが、マストの設置費用がかかり、また、マストにより風車到来風が乱されて発電効率が低下するという問題が生じる。
さらに、風車９００の周囲の風向が変化した場合、到来風向に対向するように風車ナセル９０２を方位方向に回転させるが、従来の風杯型の風速計の場合、風車９００の周囲に複数の風速計を配置する必要があり、上述したとおり、風速計の設置費用がかかるという問題があり、また、複数のマストによる到来風の遮蔽があり発電効率の低下が避けられない。
このような問題に対し、ここでは、風車ナセル９０２に風計測ライダ装置２００を設置するようにしたので、風計測ライダ装置２００が、風車９００に到来する風速を、高精度に計測でき、また、到来距離ごとにリアルタイムに監視することができるという効果がある。
【００８０】
なお、実施の形態１において、風車起動アシスト装置１００は、図２で示すような構成としたが、風車起動アシスト装置１００は、翼回転速度算出部１１と、到来風速算出部１２と、起動アシスト制御部１４とを備えることにより、上述したような効果が得られるものである。
【００８１】
また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
この発明に係る風車起動アシスト装置は、微風速時における風車起動の高効率化をはかり、実効的な発電電力を向上することができるように構成したため、微風速時において、風力発電装置を起動させる風車起動アシスト装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  翼通過判定部、１１  翼回転速度算出部、１２  到来風速算出部、１３  到来風向算出部、１４  起動アシスト制御部、１５  発電制御部、１６  算出結果格納部、９１  処理回路、９２  メモリ、９３  ＣＰＵ、９４  ＨＤＤ、１００  風車起動アシスト装置、２００  風計測ライダ装置、９００  風車、９０１  タワー、９０２  風車ナセル、９０３  翼、９０５  発電機、９００１  起動アシストドライバ、９００２  発電制御ドライバ。
【図１】
2017149657.tif 000011
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月18日(2016.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車の翼が、当該風車の風車ナセル上に設置された風計測ライダ装置が出力するレーザ光を通過する際の翼回転速度を算出する翼回転速度算出部と、
前記風計測ライダ装置から取得した前記レーザの視線方向風速に基づき到来風速を算出する到来風速算出部と、
前記翼回転速度算出部が算出した翼回転速度と、前記到来風速算出部が算出した到来風速とに基づき、前記翼の回転を起動させるための起動アシストを制御する起動アシスト制御部
とを備えた風車起動アシスト制御装置。
【請求項２】
前記起動アシスト制御部は、
前記翼回転速度が基準値以上、かつ、前記到来風速がゼロよりも大きい場合に、前記翼の回転の起動を促進するための起動アシストを開始する
ことを特徴とする請求項１記載の風車起動アシスト制御装置。
【請求項３】
前記翼回転速度算出部が算出する翼回転速度とは、前記翼が前記レーザ光を通過する時点のドップラ速度に基づき算出される瞬時翼回転速度、および、前記翼が前記レーザ光を通過する時点の時間間隔に基づき算出される翼回転の平均速度であり、
前記起動アシスト制御部は、
前記瞬時翼回転速度、および、前記翼回転の平均速度がともに基準値以上、かつ、前記到来風速がゼロよりも大きい場合に、前記起動アシストを開始する
ことを特徴とする請求項１記載の風車起動アシスト制御装置。
【国際調査報告】
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