(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、
前記風力発電機の停止時に、前記風力発電機のロータに空力的制動力が付与されるように前記風力発電機のブレードのピッチ角を増大させるピッチ角増大ステップを備え、
前記ピッチ角増大ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくしたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項２】
前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項３】
前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項４】
前記ピッチ角増大ステップでは、前記第１期間から前記第２期間への移行時に前記第１変化率から前記第２変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させ、前記第２期間から前記第１期間への移行時に前記第２変化率から前記第１変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項５】
前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、
前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項６】
前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項７】
前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項８】
前記ピッチ角減少ステップでは、前記第３期間から前記第４期間への移行時に前記第３変化率から前記第４変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させ、前記第４期間から前記第３期間への移行時に前記第４変化率から前記第３変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項９】
浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、
前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、
前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくしたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御方法。
【請求項１０】
浮体と、
前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、
前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置。
【請求項１１】
浮体と、
前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、
前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置。
【請求項１２】
ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、
前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部を備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御装置。
【請求項１３】
ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、
前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、
前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする浮体式風力発電装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法及び制御装置、並びに浮体式風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から風力発電装置の普及が進んでいる。典型的な風力発電装置では、ブレードのピッチ角が可変になっており、風力発電装置の運転状態に合わせてピッチ制御が行われる。【０００３】
例えば、浮体式風力発電装置に関するものではないが、特許文献１〜３には、風力発電装置へ作用する荷重を軽減するようにしたピッチ制御の方法が開示されている。また、非特許文献１には、突風発生時や系統遮断時における風力発電装置の極限荷重が軽減するように、各々のブレードを個別にピッチ制御する方法が開示されている（P.126-127参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８２１５８９６号明細書
【特許文献２】米国特許第８２４０９９０号明細書
【特許文献３】特表２００９−５２３２０８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】E.Bossanyi, B.Savini, M.Iribas, M.Hau, B.Fischer, D.Schlipf, T.vanEngelen, M.Rossetti and C.E.Carcangiu "Advancedcontroller reserch for multi-MW wind turbines in the UPWIND project", WindEnerg.2012;15:119-145
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、浮体式風力発電装置においては、ロータが受けるスラスト成分の空力荷重（スラスト力）と、浮体の動揺との間には相互に密接な関係がある。
すなわち、浮体の動揺に起因して風力発電機（ロータ）が前後に動くため、ロータが風から受けるスラスト力は浮体の動揺の影響を受ける。例えば、浮体式風力発電装置が浮体の動揺によって風上側に向かって傾斜する間にロータに対する相対風速は、実際の風速に風力発電機（ロータ）の風上側への移動速度を加えたものであり、ロータが風から受けるスラスト力は比較的大きい。これに対し、浮体式風力発電装置が浮体の動揺によって風下側に向かって傾斜する間にロータに対する相対風速は、実際の風速から風力発電機（ロータ）の風下側への移動速度を減じたものであり、ロータが風から受けるスラスト力は比較的小さい。
逆に、浮体の動揺メカニズムは、基本的には、浮体式風力発電装置の慣性力と、浮体に作用する浮力に起因した復元力と、ロータに作用する空力的なスラスト力とを考慮した運動方程式で記述可能であるから、ロータが風から受けるスラスト力が浮体の動揺に影響を及ぼすことは明らかである。そのため、ピッチ制御によってロータが風から受けるスラスト力が変化すると、浮体の動揺にもその影響が表れる。例えば、風力発電装置が風上側に向かって傾斜する間に、ピッチ制御によってロータに空力ブレーキをかけると、ロータが受ける空力的なスラスト力が急減して風上側に向かう風力発電装置の傾斜を助長してしまう。逆に、風力発電装置が風下側に向かって傾斜する間に、ピッチ制御によってロータが受け取るトルク成分の空力荷重を増やそうとすると、ロータが受ける空力的なスラスト力も増加し、やはり風車の傾斜を助長してしまう。【０００７】
この点、特許文献１〜３及び非特許文献１には、風力発電装置に過大な荷重が作用することを防止する目的で、ピッチ制御によってスラスト力を低減させる方法については開示されているものの、これらの方法は陸上風力発電装置や着床式風力発電装置に適用したものであり、浮体の動揺とロータが受ける空力的なスラスト力との間の関係性を考慮してピッチ制御を適切に行うようにしたものではない。【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、風力発電機の停止時又は起動時において、浮体の動揺とロータが受ける空力的なスラスト力との間の関係性を考慮したピッチ制御を行うことができる浮体式風力発電装置の制御方法及び制御装置、並びに浮体式風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置の制御方法は、浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、前記風力発電機の停止時に、前記風力発電機のロータに空力的制動力が付与されるように前記風力発電機のブレードのピッチ角を増大させるピッチ角増大ステップを備え、前記ピッチ角増大ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくしたことを特徴とする。【００１０】
風力発電機の停止時において、風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間では、ロータが風から受けるスラスト力は、風力発電機の風上側への加速度の低減要因であり、浮体の動揺を抑制するうえで有利に働く。そのため、ブレードのピッチ角を増大させて風力発電機のロータに空力的制動力を付与して風力発電機を停止させる際、第１期間におけるブレードのピッチ角の急激な増大は風力発電機の風上側への加速度の低減要因が小さくなることを意味し、浮体の動揺が増幅されかねない。これに対し、風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間では、ロータが風から受けるスラスト力は風力発電機の風下側への加速度の増大要因であり、浮体の動揺を抑制するうえで不利に働く。そのため、ブレードのピッチ角を増大させて風力発電機のロータに空力的制動力を付与して風力発電機を停止させる際、第２期間におけるブレードのピッチ角の急激な増大は風力発電機の風下側への加速度の増大要因が小さくなることを意味し、浮体動揺の抑制に寄与しうる。
上記浮体式風力発電装置の制御方法では、浮体の動揺とロータが受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮し、浮体の動揺に基づく風力発電機の姿勢及び傾斜動作方向が異なる第１期間と第２期間とでピッチ角の変化率（増大速度）を異ならせている。すなわち、第１期間におけるピッチ角の第１変化率（増大速度）を第２期間におけるピッチ角の第２変化率（増大速度）よりも小さくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。【００１１】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも小さい。
風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、ロータが風から受けるスラスト力は、浮体の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間においては、ロータが風から受けるスラスト力は、浮体の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間に比べてピッチ角の変化率（増大速度）を小さくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。すなわち、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に有利に働く空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に不利に働く空力的スラスト力の減少を促進できる。【００１２】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角増大ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも小さい。
浮体式風力発電装置においては、風力発電機の姿勢は出来るだけ鉛直方向に立設した状態（以下、鉛直姿勢という）に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機の姿勢を考慮して、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率（増大速度）を小さくすれば、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の減少を促進できる。【００１３】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角増大ステップでは、前記第１期間から前記第２期間への移行時に前記第１変化率から前記第２変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させ、前記第２期間から前記第１期間への移行時に前記第２変化率から前記第１変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させる。
このように、第１期間から第２期間への移行時には、第１変化率から第２変化率にピッチ角の変化率を単調増加させ、第２期間から第１期間への移行時には、第２変化率から第１変化率にピッチ角の変化率を単調減少させるようにしたので、ピッチ制御による風力発電機の停止動作を円滑に行うことができる。【００１４】
幾つかの実施形態では、前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくする。【００１５】
風力発電機の起動時において、風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間では、上述の第１期間と同様に、ロータが風から受けるスラスト力は、風力発電機の風上側への加速度の低減要因であり、浮体の動揺を抑制するうえで有利に働く。そのため、ブレードのピッチ角の減少によってブレードに作用する揚力を増加させて風力発電機を起動する際、第３期間におけるブレードのピッチ角の急激な減少は風力発電機の風上側への加速度の低減要因が大きくなることを意味し、浮体動揺の抑制に寄与しうる。これに対し、風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間では、上述の第２期間と同様に、ロータが風から受けるスラスト力は風力発電機の風下側への加速度の増大要因であり、浮体の動揺を抑制するうえで不利に働く。そのため、ブレードのピッチ角の減少によってブレードに作用する揚力を増加させて風力発電機を起動する際、第４期間におけるブレードのピッチ角の急激な減少は風力発電機の風下側への加速度の増大要因が大きくなることを意味し、浮体の動揺が増幅されかねない。
そこで、上記浮体式風力発電装置の制御方法では、第３期間におけるピッチ角の第３変化率（減少速度）を第４期間におけるピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。【００１６】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも大きい。
風力発電機をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間において、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間に比べてピッチ角の変化率（減少速度）を大きくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。すなわち、風力発電機の風上側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に有利に働く空力的スラスト力の増加を促進しながら、風力発電機の風下側への傾斜動作中の全期間では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に不利に働く空力的スラスト力の増加を抑制できる。【００１７】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角減少ステップでは、前記風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率が、前記風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間における前記ブレードのピッチ角の変化率よりも大きい。
風力発電機をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の姿勢を考慮して、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率（減少速度）を大きくすれば、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の増加を促進しながら、風力発電機が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の増大を抑制できる。【００１８】
幾つかの実施形態では、前記ピッチ角減少ステップでは、前記第３期間から前記第４期間への移行時に前記第３変化率から前記第４変化率に前記ピッチ角の変化率を単調減少させ、前記第４期間から前記第３期間への移行時に前記第４変化率から前記第３変化率に前記ピッチ角の変化率を単調増加させる。
このように、第３期間から第４期間への移行時には、第３変化率から第４変化率にピッチ角の変化率を単調減少させ、第４期間から第３期間への移行時には、第４変化率から第３変化率にピッチ角の変化率を単調増加させるようにしたので、浮体の動揺を抑制しつつもピッチ制御による風力発電機の起動動作を円滑に行うことができる。【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置の制御方法は、浮体上に風力発電機が立設された浮体式風力発電装置の制御方法であって、前記風力発電機の起動時に、前記風力発電機のブレードに作用する揚力が増大するように前記ブレードのピッチ角を減少させるピッチ角減少ステップを備え、前記ピッチ角減少ステップでは、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくする。【００２０】
上記浮体式風力発電装置の制御方法では、風力発電機の起動時に、風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間におけるピッチ角の第３変化率（減少速度）は、風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間におけるピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きい。そのため、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。【００２１】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置は、浮体と、前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする。【００２２】
上記浮体式風力発電装置によれば、風力発電機の停止時において、第１期間におけるピッチ角の第１変化率（増大速度）を第２期間におけるピッチ角の第２変化率（増大速度）よりも小さくしたので、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。【００２３】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置は、浮体と、前記浮体上に立設され、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機と、前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする。【００２４】
上記浮体式風力発電装置では、風力発電機の起動時に、風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間におけるピッチ角の第３変化率（減少速度）は、風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間におけるピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きい。そのため、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置の制御装置は、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、前記風力発電機の停止時に、前記ピッチ角の増大によって前記ロータに空力的制動力が付与されるように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部を備え、前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第１変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第２変化率よりも小さくするように構成されたことを特徴とする。【００２６】
上記浮体式風力発電装置の制御装置は、風力発電機の停止時において、第１期間におけるピッチ角の第１変化率（増大速度）を第２期間におけるピッチ角の第２変化率（増大速度）よりも小さくするように構成されるので、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風力発電装置の制御装置は、ブレードがハブに取り付けられたロータと、前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチ調節機構とを含む風力発電機が浮体上に立設された浮体式風力発電装置の制御装置であって、前記風力発電機の起動時に、前記ピッチ角の減少によって前記ブレードに作用する揚力が増大するように前記ピッチ調節機構を制御するためのピッチ制御部とを備え、前記ピッチ制御部は、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第３変化率を、前記浮体の動揺によって前記風力発電機が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間における前記ブレードの前記ピッチ角の第４変化率よりも大きくするように構成されたことを特徴とする。【００２８】
上記浮体式風力発電装置の制御装置は、風力発電機の起動時に、第３期間におけるピッチ角の第３変化率（減少速度）を第４期間におけるピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きくするように構成されるので、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風力発電機の停止時において、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の停止動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る浮体式風力発電装置の全体構成を示す図である。
【図２】ピッチ角を説明するための翼断面図である。
【図３】本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る風力発電機の停止時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図で、（Ｃ）は風力発電機のピッチ角変化率の変形例を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る風力発電機の停止時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る風力発電機の起動時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の他の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る風力発電機の起動時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、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。
【００３２】
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。
図１に示すように、一実施形態において、浮体式風力発電装置１００は、風力発電機１と、風力発電機１が立設される浮体１０と、風力発電機１を制御する制御装置２０とを備える。
【００３３】
風力発電機１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ３で構成されるロータ４と、ロータ４を回転自在に支持するナセル５と、ナセル５を支持するタワー６とを備える。なお、ハブ３は、ハブカバー３ａによって覆われていてもよい。
ロータ４は、不図示のドライブトレインを介して発電機に連結されてもよい。ドライブトレインは、ハブ３に連結されるメインシャフトや、該メインシャフトの回転を増速して発電機に入力するための増速機（例えば、油圧トランスミッションやギア式増速機）を含んでいてもよい。あるいは、ロータ４のハブ３に発電機が直結されていてもよい。そして、ブレード２が風を受けてロータ４が回転することによって発電機で発電が行われる。
また、浮体式風力発電装置１００は、ハブ３、ナセル５又はタワー６上部に取り付けられた加速度センサ２５や姿勢検出センサ２６等の各種のセンサを備えていてもよい。
なお、ナセル５はタワー６に対してヨー旋回可能であってもよい。一実施形態では、風力発電機１は、通常運転時に風向きに応じてブレード２が風上側へ配向されるようにナセル５がヨー旋回するように構成されたアップウィンド風車である。
【００３４】
浮体１０は、浮力を有して水面に浮かぶ構成となっており、例えば、アンカーと係留ラインによって連結されることによって、水上の所定位置に係留される。浮体１０上にはタワー６が設けられる。なお、図には簡略化した浮体を示しているが、セミサブ型、スパー型等の各種の浮体を採用できる。
【００３５】
制御装置２０は、ブレード２のピッチ角を調節するためのピッチ調節機構２１と、ピッチ調節機構２１を制御するためのピッチ制御部２２とを備えている。制御装置２０には、加速度センサ２５や姿勢検出センサ２６等の各種のセンサからの信号が入力され、この信号から取得される風力発電機１の傾斜動作情報又は姿勢情報に基づいて、ブレード２のピッチ制御を行うようにしてもよい。
【００３６】
ピッチ調節機構２１は、ハブ３内に配置され、各ブレード２ごとに設けられてもよい。例えば、ブレード２が３枚設けられている場合には、３つのピッチ調節機構２１が設けられる。各ピッチ調節機構２１は、各ブレード２のピッチ角をそれぞれ独立して調節する構成としてもよいし、全てのブレード２のピッチ角を連動して調節する構成としてもよい。
【００３７】
ピッチ制御部２２は、風力発電機の停止時に、ピッチ角の増大によってロータ４に空力的制動力が付与されるようにピッチ調節機構２１を制御する。また、ピッチ制御部２２は、風力発電機の起動時に、ブレード２に作用する揚力が増大するようにブレード２のピッチ角を減少させる制御を行う。
【００３８】
ここで、ブレード２のピッチ角について図３を用いて説明する。
各ブレード２は、図３に示すように、前縁２０１から後縁２０２に亘って、正圧面２０３と負圧面２０４とが延在した翼型を有する。なお、前縁２０１と後縁２０２とを結ぶ直線２０５は、コードと称される。
各ブレード２は、ピッチ制御部２２の制御下で動作するピッチ調節機構２１によって、コード２０５がロータ回転方向に対して角度ａをなすように配向される。この角度ａは、コード２０５の延長線Ｌ１と、翼回転方向（ロータ回転面）に平行な直線Ｌ２との間の角度であり、ブレード２のピッチ角を意味する。風力発電機１の通常運転時における各ブレード２のピッチ角ａは典型的には概ね０度であり、このときのピッチ角はファイン位置と称されることがある。これに対し、風力発電機１の完全停止時における各ブレード２のピッチ角ａは典型的には概ね９０度（最大角）であり、このときのピッチ角はフェザー位置と称されることがある。各ブレード２のピッチ角ａをファイン位置（約０度）からフェザー位置（約９０度）に向けて大きくすると、空力的な制動力がロータ４に作用して、ロータ４の回転速度は低下する。逆に、各ブレード２のピッチ角ａをフェザー位置（約９０度）からファイン位置（約０度）に向けて小さくすると、各ブレード２に加わる揚力が増大し、ロータ４の回転速度は上昇する。
【００３９】
ところで、陸上風力発電装置や着床式風力発電装置の場合、タワーの振動に伴い少なからず風力発電機のロータは前後に動くが、この場合のタワーの振動の周期は、ピッチ調節機構によってブレードを回動させてピッチ角を変更した影響がスラスト力の変化として実質的に表れるのに要する時間に比べて十分に短い。そのため、ピッチ制御によってロータが風から受けるスラスト力が変化しても、その影響がタワーの振動に殆んど反映されない。
これに対し、典型的な浮体式風力発電装置の場合における浮体の動揺周期は約１０秒であるから、風力発電機１の姿勢が最も風下側に傾いた状態と最も風上側に傾いた状態との間で変化するまでの間に、ピッチ調節機構２１によってブレード２を回動させてピッチ角を変更した影響がスラスト力の変化として実質的に表れうる。よって、ピッチ制御によってロータ４が風から受けるスラスト力が変化すると、浮体１０の動揺にもその影響が表れることになる。
そこで、幾つかの実施形態では、浮体１０の動揺とロータ４が受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮し、風力発電機１の停止時及び起動時におけるピッチ制御を行う。
【００４０】
以下、図１に示した風力発電機１の停止時及び起動時におけるピッチ制御部２２でのブレード２のピッチ制御について、それぞれ詳細に説明する。
【００４１】
（風力発電機の停止時におけるピッチ制御）
図３は、本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。図４は、本発明の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。図５は、本発明の実施形態に係る風力発電機の停止時のピッチ制御を説明するフローチャートである。なお、以下の説明における各部位の符号は、図１に示した浮体式風力発電装置１００と同一の符号を用いている。
【００４２】
図３及び図４を参照して、浮体１０の動揺による風力発電機１の動作を説明する。
図３（Ｃ）及び図４（Ｂ）に示すように、浮体１０の動揺によって、風力発電機１は前後（風上側及び風下側）に傾斜する。風力発電機１の前後への傾斜動作は繰り返し行われるが、図３及び図４では、この繰り返し動作のうち前後への一回分の傾斜動作に対応する区間（１周期分）を抽出している。すなわち、風力発電機１が鉛直方向に沿った状態（以下、鉛直姿勢という）である時刻ｔ１→風上側への傾斜動作により風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２→風下側への傾斜動作により風力発電機１が鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３→風下側への傾斜動作により風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４→風上側への傾斜動作により風力発電機１が鉛直姿勢に戻る時刻ｔ５を示している。
【００４３】
図３（Ｂ）は上記傾斜動作に対応した風力発電機１の傾斜角変化率の時系列変化を示す。なお、図３（Ｂ）では、風力発電装置１の風上側への傾斜角変化率（傾斜速度）を負とし、風下側への傾斜角変化率（傾斜速度）を正としている。風力発電機１の傾斜角変化率は、風下側から風上側への傾斜動作中で且つ鉛直姿勢の時刻ｔ１にて最小となり、最も前傾した姿勢の時刻ｔ２で０となる。さらに、傾斜角変化率は、前傾姿勢から風下側への傾斜動作中で且つ鉛直姿勢の時刻ｔ３にて最大となり、最も後傾した姿勢の時刻ｔ４で０となる。
【００４４】
次に、上記した風力発電機１の動作に対応したブレード２のピッチ制御について説明する。
図３（Ａ）は風力発電機１のブレード２のピッチ角の時系列変化を示す。ピッチ制御部２２に停止指令が入力されると、ピッチ制御部２２は、ロータ４に空力的制動力が付与されるように、ピッチ調節機構２１を制御してブレード２のピッチ角を増大させる。すなわち、通常運転時においてはブレード２に揚力が作用するようにピッチ角はファイン側に設定されているので、ブレード２の停止時にはピッチ角をファイン側からフェザー側へ移行させる。ロータ４には、図１に示すように、実際の風速と浮体１０の動揺による風速によって、ピッチ角に応じたスラスト力Ｆｓ及びトルクＦｔが作用する。
【００４５】
一実施形態において、ピッチ制御部２２は、ブレード２のピッチ角を増大させる際に、ブレード２のピッチ角が目標ピッチ角（例えば最大角）に達するまで、ブレード２のピッチ角変化率（ピッチレート）の指令値を演算してピッチ調節機構２１に与える。図４（Ａ）はピッチ調節機構２１に与える指令値の時系列データであるピッチ角変化率曲線を示す。同図には、４パターンのピッチ角変化率曲線３１〜３４を示しているが、図３（Ａ）のピッチ角に対応するのは実線で示すピッチ角変化率曲線３１である。
【００４６】
ここで、風力発電機１が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、ロータ４が風から受けるスラスト力は、風力発電機１の風上側への加速度の低減要因であり、浮体１０の動揺を抑制するうえで有利に働く。そのため、ブレード２のピッチ角を増大させて風力発電機１のロータ４に空力的制動力を付与して風力発電機１を停止させる際、第１期間におけるブレード２のピッチ角の急激な増大は風力発電機１の風上側への加速度の低減要因が小さくなることを意味し、浮体１０の動揺が増幅されかねない。これに対し、風力発電機１が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間では、ロータ４が風から受けるスラスト力は風力発電機１の風下側への加速度の増大要因であり、浮体１０の動揺を抑制するうえで不利に働く。そのため、ブレード２のピッチ角を増大させて風力発電機１のロータ４に空力的制動力を付与して風力発電機１を停止させる際、第２期間におけるブレード２のピッチ角の急激な増大は風力発電機１の風下側への加速度の増大要因が小さくなることを意味し、浮体動揺の抑制に寄与しうる。
【００４７】
そこで、幾つかの実施形態では、浮体１０の動揺とロータ４が受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮して以下のピッチ制御を行う。
すなわち、ピッチ制御部２２は、風力発電機１が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第１期間におけるブレード２のピッチ角の第１変化率（増大速度）が、風力発電機１が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第２期間におけるブレード２のピッチ角の第２変化率（増大速度）よりも小さくなるようにブレード２のピッチ角を増大させる。図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示す例では、ピッチ角変化率曲線３１に従い、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの第１期間においてピッチ角変化率を０としてピッチ角を一定に維持し、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの第２期間においてピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させている。
【００４８】
このように、第１期間におけるピッチ角の第１変化率（増大速度）を第２期間におけるピッチ角の第２変化率（増大速度）よりも小さくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機１の停止動作を行うことができる。
【００４９】
一実施形態において、図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように、ピッチ制御部２２は、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ａ）におけるブレード２のピッチ角の変化率が、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｂ）におけるブレード２のピッチ角の変化率よりも小さくなるように、ピッチ調節機構２１を制御してブレード２のピッチ角を増大させてもよい。図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示す例示的な実施形態では、ピッチ角変化率曲線３１に従って、時刻ｔ１から時刻ｔ２及び時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ａにおけるピッチ角変化率をゼロとし、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｂにおけるピッチ角変化率をゼロよりも大きい値にする。
風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ａ）において、ロータ４が風から受けるスラスト力は、浮体１０の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機１の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｂ）においては、ロータ４が風から受けるスラスト力は、浮体１０の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機１の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機１をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機１の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ａ）において、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｂ）に比べてピッチ角の変化率（増大速度）を小さくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機１の停止動作を行うことができる。すなわち、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ａ）では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に有利に働く空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｂ）では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に不利に働く空力的スラスト力の減少を促進できる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、風力発電機１が最も前傾する時刻ｔ２及び風力発電機１が最も後傾する時刻ｔ４において、期間Ａにおけるピッチ角変化率ＶＡと期間Ｂにおけるピッチ角変化率ＶＢ（＞ＶＡ）との間で、ピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
一実施形態では、図４（Ａ）に示すピッチ角変化曲線３１に従って、期間Ａにおけるピッチ角変化率ＶＡ（＝０）と期間Ｂにおけるピッチ角変化率ＶＢ（＞０）との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。他の実施形態では、図４（Ａ）に示すピッチ角変化曲線３２に従って、期間Ａにおけるゼロよりも大きいピッチ角変化率ＶＡと期間Ｂにおけるピッチ角変化率ＶＢ（＞ＶＡ）との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
他の実施形態では、図４（Ａ）に示すピッチ角変化率曲線３３，３４のように、第１期間を含む期間Ａのピッチ角変化率ＶＡと、第２期間を含む期間Ｂのピッチ角変化率ＶＢとのうち少なくとも一方を任意の関数Ｆ（ｔ）に基づいて設定してもよい。すなわち、ピッチ角変化率ＶＡ又はピッチ角変化率ＶＢは、時間の経過とともに連続的に変化させてもよい。
【００５１】
幾つかの実施形態では、第１期間から第２期間への移行時に第１変化率から第２変化率にピッチ角変化率を単調増加させ、且つ、第２期間から第１期間への移行時に第２変化率から第１変化率にピッチ角変化率を単調減少させる。
このように、第１期間から第２期間への移行時には、第１変化率から第２変化率にピッチ角の変化率を単調増加させ、第２期間から第１期間への移行時には、第２変化率から第１変化率にピッチ角の変化率を単調減少させることで、ピッチ制御による風力発電機１の停止動作を円滑に行うことができる。
【００５２】
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線３１，３２のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線３３，３４のように第１期間と第２期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
【００５３】
ピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線３１，３２に従って、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２においてピッチ角変化率をステップ状に増大させ、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４においてピッチ角変化率をステップ状に低減させてもよい。風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２の直前においては風力発電機１の前方（風上側）への傾斜動作を抑制するためにスラスト力の低減を抑制し、時刻ｔ２の直後においては風力発電機１の後方（風下側）への傾斜動作を緩和するためにロータ４に対するスラスト力の低減を促進することが望ましい。一方、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４の直前においては風力発電機１の後方（風下側）への傾斜動作を緩和するためにスラスト力の低減を促進し、時刻ｔ４の直後においては風力発電機１の前方（風上側）への傾斜動作を抑制するためにロータ４に対するスラスト力の低減を抑制することが望ましい。つまり、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２、及び、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４においては、その時刻の前後におけるスラスト力の要求が正反対となる。したがって、時刻ｔ２及び時刻ｔ４においてステップ状にピッチ角変化率を変化させることによって、より効果的に浮体１０の動揺を抑制しながら風力発電機１の停止動作を円滑に行うことができる。
【００５４】
徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線３３のように、風力発電機１が鉛直姿勢である時刻ｔ１から前方（風上側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３まで直線的にピッチ角変化率を増大させ、時刻ｔ３から風力発電機１が後方（風下側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ５まで直線的にピッチ角変化率を減少させてもよい。あるいは、ピッチ角変化率曲線３４のように、風力発電機１が鉛直姿勢である時刻ｔ１から前方（風上側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３まで曲線的にピッチ角変化率を増大させ、時刻ｔ３から風力発電機１が後方（風下側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ５まで曲線的にピッチ角変化率を減少させてもよい。
【００５５】
ここで、図５を参照して、風力発電機１の停止時のピッチ制御について説明する。なお、ここでは一例として、図３及び図４に示すように、期間Ａにおけるブレード２のピッチ角変化率が期間Ｂにおけるブレード２のピッチ角変化率よりも小さくなるようにブレード２をピッチ制御する場合について説明する。
【００５６】
図５に示すように、風力発電機１のピッチ制御部２２に停止指令が与えられたら（Ｓ１１）、風力発電機１の傾斜動作情報を取得する（Ｓ１２）。ここで、傾斜動作情報は、風力発電機１の傾斜角変化率又は傾斜方向であってもよい。また、傾斜角変化率又は傾斜方向は、加速度センサ２５や姿勢検出センサ等の各種センサから取得されてもよい。
続いて、傾斜動作情報に基づいて、現在の風力発電機１の動作に対応する期間が、風力発電機１が風上に傾斜中の期間Ａに該当するか否かを判定する（Ｓ１３）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ａである場合、ピッチ角変化率ＶＡを設定する（Ｓ１４）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ａではない場合、期間Ｂであると判断し、ピッチ角変化率ＶＢを設定する（Ｓ１５）。このとき、ピッチ角変化率ＶＡは、ピッチ角変化率ＶＢよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率ＶＡ又はピッチ角変化率ＶＢを指令値としてピッチ調節機構２１に入力し、ピッチ調節機構２１によってブレード２のピッチ角を増大させる（Ｓ１６）。ピッチ制御部２２には予め目標ピッチ角（例えば最大角）が設定されており、ピッチ制御部２２によってブレード２のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し（Ｓ１７）、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
【００５７】
次に、図６〜図８を参照して、他の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御について説明する。
【００５８】
図６は、本発明の他の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。図７は、本発明の他の実施形態における風力発電機の停止時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率線を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図で、（Ｃ）は風力発電機のピッチ角変化率の変形例を示す図である。図８は、本発明の他の実施形態に係る風力発電機の停止時のピッチ制御を説明するフローチャートである。なお、図６及び図７に示す時刻（ｔ１〜ｔ５）及び第１期間、第２期間は、上述した図３及び図４と一致する。
【００５９】
図６（Ｂ）に示すように、浮体１０の動揺による風力発電機１の傾斜角は以下のように推移する。すなわち、風力発電機１の傾斜角は、風下側から風上側への傾斜動作中で且つ鉛直姿勢の時刻ｔ１にて０となり、最も前傾した姿勢の時刻ｔ２で最小となる。さらに、傾斜角は、前傾姿勢から風下側への傾斜動作中で且つ鉛直姿勢の時刻ｔ３にて０となり、最も後傾した姿勢の時刻ｔ４で最大となる。
なお、図６（Ｂ）では、風力発電装置１の風上側への傾斜角を負とし、風下側への傾斜角を正としている。
【００６０】
一実施形態において、ピッチ制御部２２は、ブレード２のピッチ角を増大させる際に、ブレード２のピッチ角が目標ピッチ角（例えば最大角）に達するまで、ブレード２のピッチ角変化率（ピッチレート）の指令値を演算してピッチ調節機構２１に与える。図７（Ａ）はピッチ調節機構２１に与える指令値の時系列データであるピッチ角変化率曲線を示す。同図には、４パターンのピッチ角変化率曲線３５〜３８を示しているが、図６（Ａ）のピッチ角に対応するのは実線で示すピッチ角変化率曲線３５である。
【００６１】
一実施形態において、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、ピッチ制御部２２は、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間におけるブレード２のピッチ角の変化率が、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間におけるブレード２のピッチ角の変化率よりも小さくなるように、ピッチ調節機構２１を制御してブレード２のピッチ角を増大させてもよい。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間Ｃにおいてはピッチ角変化率曲線３５に従ってピッチ角変化率を０としてピッチ角を一定に維持し、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｄではピッチ角変化率曲線３５に従ってピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させる。
浮体式風力発電装置１００においては、風力発電機１の姿勢は出来るだけ鉛直姿勢に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機１をピッチ制御によって停止させる際、風力発電機１の姿勢を考慮して、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率（増大速度）を小さくすれば、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の減少を抑制しながら、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の減少を促進できる。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、期間Ｃのピッチ角変化率を０としてピッチ角を一定に維持し、期間Ｄのピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させる例を示したが、図７（Ａ）に示すピッチ角変化率曲線３６のように、期間Ｃのピッチ角変化率は、０より大きく、且つ、期間Ｄのピッチ角変化率より小さい値としてもよい。また、ピッチ角変化率曲線３７，３８のように、期間Ｃのピッチ角変化率と期間Ｄのピッチ角変化率とのうち少なくとも一方を、時間とともに変化させてもよい。
【００６３】
また、図７（Ａ）に示すように、第１期間から第２期間への移行時に第１変化率から第２変化率にピッチ角変化率を単調増加させ、且つ、第２期間から第１期間への移行時に第２変化率から第１変化率にピッチ角変化率を単調減少させてもよい。
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線３５，３６のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線３７，３８のように第１期間と第２期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
【００６４】
ピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線３５，３６に従って、風力発電機１が前方（風上側）へ傾斜する直前の鉛直姿勢である時刻ｔ１においてピッチ角変化率をステップ状に減少させ、風力発電機１が前方へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３においてピッチ角変化率をステップ状に増大させてもよい。
【００６５】
徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線３７のように、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２から後方（風下側）へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻ｔ４まで直線的にピッチ角変化率を増大させ、時刻ｔ４から前方（風上側）へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで直線的にピッチ角変化率を減少させてもよい。
あるいは、ピッチ角変化率曲線３８のように、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２から後方（風下側）へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻ｔ４まで曲線的にピッチ角変化率を増大させ、時刻ｔ４から前方（風上側）へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで曲線的にピッチ角変化率を減少させてもよい。
【００６６】
さらにまた、図７（Ａ）に示したピッチ角変化率曲線３５，３７，３８を、図７（Ｃ）の変形例に示すように、時系列的に上流側へオフセットしたピッチ角変化率曲線３５’，３７’，３８’に従って、ブレード２のピッチ制御を行うようにしてもよい。このとき、ピッチ角変化率曲線３５，３７，３８のオフセット量は、第１期間におけるピッチ角変化率が第２期間におけるピッチ角変化率よりも小さくなる範囲であれば特に限定されない。
【００６７】
次に、図８を参照して、風力発電機１の停止時のピッチ制御について説明する。なお、ここでは一例として、図６及び図７に示すように、期間Ｃにおけるブレード２のピッチ角変化率が期間Ｄにおけるブレード２のピッチ角変化率よりも小さくなるようにブレード２をピッチ制御する場合について説明する。
【００６８】
図８に示すように、風力発電機１のピッチ制御部２２に停止指令が与えられたら（Ｓ２１）、風力発電機１の姿勢情報を取得する（Ｓ２２）。ここで、姿勢情報は、風力発電機１の傾斜角であってもよい。また、傾斜角は、加速度センサ２５や姿勢検出センサ等の各種センサから取得されてもよい。
続いて、姿勢情報に基づいて、現在の風力発電機１の動作に対応する期間が、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する期間Ｃに該当するか否かを判定する（Ｓ２３）。現在の風力発電機１の姿勢に対応する期間が期間Ｃである場合、ピッチ角変化率ＶＣを設定する（Ｓ２４）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ｃではない場合、期間Ｄであると判断し、ピッチ角変化率ＶＤを設定する（Ｓ２５）。ここで、ピッチ角変化率ＶＣは、ピッチ角変化率ＶＤよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率ＶＣ又はピッチ角変化率ＶＤを指令値としてピッチ調節機構２１に入力し、ピッチ調節機構２１によってブレード２のピッチ角を増大させる（Ｓ２６）。ピッチ制御部２２には予め目標ピッチ角（例えば最大角）が設定されており、ピッチ制御部２２によってブレード２のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し（Ｓ２７）、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
【００６９】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、風力発電機１の停止時において、浮体動揺の抑制に有利に働く第１期間中における空力的スラスト力の減少を抑制しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第２期間中における空力的スラスト力の減少を促進できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機１の停止動作を行うことができる。
【００７０】
（風力発電機の起動時におけるピッチ制御）
図９は、本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角変化率の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。図１０は、本発明の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。図１１は、本発明の実施形態に係る風力発電機１の起動時のピッチ制御を説明するフローチャートである。
【００７１】
図９（Ａ）は風力発電機１のブレード２のピッチ角の時系列変化を示す。ピッチ制御部２２に起動指令が入力されると、ピッチ制御部２２は、ピッチ調節機構２１を制御して、ブレード２に作用する揚力が増大するようにブレード２のピッチ角を減少させる。すなわち、運転停止時にはブレード２に揚力が作用しないようにピッチ角はフェザー側に設定されているので、風力発電機１の起動時にはピッチ角をフェザー側からファイン側に移行させる。
【００７２】
一実施形態において、ピッチ制御部２２は、ブレード２のピッチ角を減少させる際に、ブレード２のピッチ角が目標ピッチ角（例えば０度）に達するまで、ブレード２のピッチ角変化率（ピッチレート）の指令値を演算してピッチ調節機構２１に与える。図１０（Ａ）はピッチ調節機構２１に与える指令値の時系列データであるピッチ角変化率曲線を示す。同図には、４パターンのピッチ角変化率曲線４１〜４４を示しているが、図９（Ａ）のピッチ角に対応するのは実線で示すピッチ角変化率曲線４１である。
【００７３】
ここで、風力発電機１が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間では、ロータ４が風から受けるスラスト力は、風力発電機１の風上側への加速度の低減要因であり、浮体１０の動揺を抑制するうえで有利に働く。そのため、ブレード２のピッチ角の減少によってブレード２に作用する揚力を増加させて風力発電機１を起動する際、第３期間におけるブレード２のピッチ角の急激な減少は風力発電機１の風上側への加速度の低減要因が大きくなることを意味し、浮体動揺の抑制に寄与しうる。これに対し、風力発電機１が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間では、ロータ４が風から受けるスラスト力は風力発電機１の風下側への加速度の増大要因であり、浮体１０の動揺を抑制するうえで不利に働く。そのため、ブレード２のピッチ角の減少によってブレード２に作用する揚力を増加させて風力発電機１を起動する際、第４期間におけるブレード２のピッチ角の急激な減少は風力発電機１の風下側への加速度の増大要因が大きくなることを意味し、浮体１０の動揺が増幅されかねない。
【００７４】
そこで、幾つかの実施形態では、浮体１０の動揺とロータ４が受ける空力的なスラスト力との間の上記関係性を考慮して以下のピッチ制御を行う。
すなわち、ピッチ制御部２２は、風力発電機１が鉛直方向よりも風上側へ傾斜する動作中の第３期間におけるブレード２のピッチ角の第３変化率（減少速度）が、風力発電機１が鉛直方向よりも風下側へ傾斜する動作中の第４期間におけるブレード２のピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きくなるようにブレード２のピッチ角を減少させる。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す例では、ピッチ角変化率曲線４１に従い、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの第３期間においてピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で増大させ、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの第４期間においてピッチ角変化率を０とし、ピッチ角を一定に維持している。
【００７５】
このように、第３期間におけるピッチ角の第３変化率（減少速度）を第４期間におけるピッチ角の第４変化率（減少速度）よりも大きくすることで、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機の起動動作を行うことができる。
【００７６】
一実施形態において、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示すように、ピッチ制御部２２は、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ｅ）におけるブレード２のピッチ角の変化率が、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｆ）におけるブレード２のピッチ角の変化率よりも大きくなるように、ピッチ調節機構２１を制御してブレード２のピッチ角を減少させてもよい。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す例示的な実施形態では、ピッチ角変化率曲線４１に従って、時刻ｔ１から時刻ｔ２及び時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｅにおけるピッチ角変化率をゼロよりも大きい値とし、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｆにおけるピッチ角変化率をゼロとする。
風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ｅ）において、ロータ４が風から受けるスラスト力は、浮体１０の動揺に伴い風上側に向かう風力発電機１の傾斜動作の抑制に寄与する。一方、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｆ）においては、ロータ４が風から受けるスラスト力は、浮体１０の動揺に伴い風下側に向かう風力発電機１の傾斜動作を助長する。そこで、風力発電機１をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機の傾斜動作方向を考慮して、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ｅ）において、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｆ）に比べてピッチ角の変化率（減少速度）を大きくすれば、浮体動揺を効果的に抑制しながら風力発電機１の起動動作を行うことができる。すなわち、風力発電機１の風上側への傾斜動作中の全期間（期間Ｅ）では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に有利に働く空力的スラスト力の増大を促進しながら、風力発電機１の風下側への傾斜動作中の全期間（期間Ｆ）では、傾斜動作（浮体動揺）の抑制に不利に働く空力的スラスト力の増大を抑制できる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、風力発電機１が最も前傾する時刻ｔ２及び風力発電機１が最も後傾する時刻ｔ４において、期間Ｅにおけるピッチ角変化率ＶＥと期間Ｆにおけるピッチ角変化率ＶＦ（＜ＶＥ）との間で、ピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
一実施形態では、図１０（Ａ）に示すピッチ角変化曲線４１に従って、期間Ｅにおけるピッチ角変化率ＶＥ（＞０）と期間Ｆにおけるピッチ角変化率ＶＦ（＝０）との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。他の実施形態では、図１０（Ａ）に示すピッチ角変化曲線４２に従って、期間Ｅにおけるピッチ角変化率ＶＥと期間Ｆにおけるゼロよりも大きいピッチ角変化率ＶＦ（＜ＶＥ）との間でピッチ角変化率をステップ状に変化させる。
他の実施形態では、図１０（Ａ）に示すピッチ角変化率曲線４３，４４のように、第３期間を含む期間Ｅのピッチ角変化率ＶＥと、第４期間を含む期間Ｆのピッチ角変化率ＶＦとのうち少なくとも一方を任意の関数Ｆ（ｔ）に基づいて設定してもよい。すなわち、ピッチ角変化率ＶＥ又はピッチ角変化率ＶＦは、時間の経過とともに連続的に変化させてもよい。
【００７８】
幾つかの実施形態では、第３期間から第４期間への移行時に第３変化率から第４変化率にピッチ角変化率を単調減少させ、且つ、第４期間から第３期間への移行時に第４変化率から第３変化率にピッチ角変化率を単調増加させる。
このように、第３期間から第４期間への移行時には、第３変化率から第４変化率にピッチ角の変化率を単調減少させ、第４期間から第３期間への移行時には、第４変化率から第３変化率にピッチ角の変化率を単調増加させることで、ピッチ制御による風力発電機１の起動動作を円滑に行うことができる。
【００７９】
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線４１，４２のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線４３，４４のように第３期間と第４期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
【００８０】
ピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線４１，４２に従って、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２においてピッチ角変化率をステップ状に減少させ、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４においてピッチ角変化率をステップ状に増大させてもよい。風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２の直前においては風力発電機１の前方（風上側）への傾斜動作を抑制するためにスラスト力の増大を促進し、時刻ｔ２の直後においては風力発電機１の後方（風下側）への傾斜動作を緩和するためにロータ４に対するスラスト力の増大を抑制することが望ましい。一方、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４の直前においては風力発電機１の後方（風下側）への傾斜動作を緩和するためにスラスト力の増大を抑制し、時刻ｔ４の直後においては風力発電機１の前方（風上側）への傾斜動作を抑制するためにロータ４に対するスラスト力の増大を促進することが望ましい。つまり、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２、及び、風力発電機１が最も後傾姿勢となる時刻ｔ４においては、その時刻の前後におけるスラスト力の要求が正反対となる。したがって、時刻ｔ２及び時刻ｔ４においてステップ状にピッチ角変化率を変化させることによって、より効果的に浮体１０の動揺を抑制しながら風力発電機１の起動動作を円滑に行うことができる。
【００８１】
徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線４３のように、風力発電機１が鉛直姿勢である時刻ｔ１から前方（風上側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３まで直線的にピッチ角変化率を減少させ、時刻ｔ３から風力発電機１が後方（風下側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ５まで直線的にピッチ角変化率を増大させてもよい。あるいは、ピッチ角変化率曲線４４のように、風力発電機１が鉛直姿勢である時刻ｔ１から前方（風上側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３まで曲線的にピッチ角変化率を減少させ、時刻ｔ３から風力発電機１が後方（風下側）へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ５まで曲線的にピッチ角変化率を増大させてもよい。
【００８２】
ここで、図１１を参照して、風力発電機１の起動時のピッチ制御について説明する。なお、ここでは一例として、図９及び図１０に示すように、期間Ｅにおけるブレード２のピッチ角変化率が期間Ｆにおけるブレード２のピッチ角変化率よりも大きくなるようにブレード２をピッチ制御する場合について説明する。
【００８３】
図１１に示すように、風力発電機１のピッチ制御部２２に起動指令が与えられたら（Ｓ３１）、風力発電機１の傾斜動作情報を取得する（Ｓ３２）。ここで、傾斜動作情報は、風力発電機１の傾斜角変化率又は傾斜方向であってもよい。また、傾斜角変化率又は傾斜方向は、加速度センサ２５や姿勢検出センサ等の各種センサから取得されてもよい。
続いて、傾斜動作情報に基づいて、現在の風力発電機１の動作に対応する期間が、風力発電機１が風上に傾斜中の期間Ｅに該当するか否かを判定する（Ｓ３３）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ｅである場合、ピッチ角変化率ＶＥを設定する（Ｓ３４）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ｅではない場合、期間Ｆであると判断し、ピッチ角変化率ＶＦを設定する（Ｓ３５）。このとき、ピッチ角変化率ＶＥは、ピッチ角変化率ＶＦよりも小さい。そして、設定されたピッチ角変化率ＶＥ又はピッチ角変化率ＶＦを指令値としてピッチ調節機構２１に入力し、ピッチ調節機構２１によってブレード２のピッチ角を減少させる（Ｓ３６）。ピッチ制御部２２には予め目標ピッチ角（例えば０度）が設定されており、ピッチ制御部２２によってブレード２のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し（Ｓ３７）、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
【００８４】
次に、図１２〜図１４を参照して、他の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御について説明する。
【００８５】
図１２は、本発明の他の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）はピッチ角の時系列変化を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の傾斜角の時系列変化を示す図で、（Ｃ）は風力発電機の運動を示す図である。図１３は、本発明の他の実施形態における風力発電機の起動時のピッチ制御を説明する図であり、（Ａ）は風力発電機のピッチ角変化率を示す図で、（Ｂ）は風力発電機の運動を示す図である。図１４は、本発明の他の実施形態に係る風力発電機の起動時のピッチ制御を説明するフローチャートである。なお、図１２及び図１３に示す時刻（ｔ１〜ｔ５）及び第３期間、第４期間は、上述した図９及び図１０と一致する。
【００８６】
一実施形態において、ピッチ制御部２２は、ブレード２のピッチ角を減少させる際に、ブレード２のピッチ角が目標ピッチ角（例えば０度）に達するまで、ブレード２のピッチ角変化率（ピッチレート）の指令値を演算してピッチ調節機構２１に与える。図１３（Ａ）はピッチ調節機構２１に与える指令値の時系列データであるピッチ角変化率曲線を示す。同図には、４パターンのピッチ角変化率曲線４５〜４８を示しているが、図１２（Ａ）のピッチ角に対応するのは実線で示すピッチ角変化率曲線４５である。
【００８７】
一実施形態において、図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）に示すように、ピッチ制御部２２は、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間におけるブレード２のピッチ角の変化率が、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間におけるブレード２のピッチ角の変化率よりも大きくなるように、ピッチ調節機構２１を制御してブレード２のピッチ角を減少させてもよい。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間Ｇにおいてはピッチ角変化率曲線４５に従ってピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で減少させ、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｈではピッチ角変化率曲線４５に従ってピッチ角変化率を０とし、ピッチ角を一定に維持する。
浮体式風力発電装置１００においては、風力発電機１の姿勢は出来るだけ鉛直姿勢に維持されることが望ましい。そこで、風力発電機１をピッチ制御によって起動させる際、風力発電機１の姿勢を考慮して、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間において、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間に比べてピッチ角の変化率（減少速度）を大きくすれば、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を促進できる。すなわち、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を促進する空力的スラスト力の増大を促進しながら、風力発電機１が風下側に傾斜した姿勢を有する全期間では、風力発電機１が鉛直姿勢に戻る動作を阻害する空力的スラスト力の増大を抑制できる。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、期間Ｇのピッチ角変化率を０より大きい値とし、ピッチ角を一定速度で減少させ、期間Ｈのピッチ角変化率を０としてピッチ角を一定に維持する例を示したが、図１３（Ａ）に示すピッチ角変化率曲線４６のように、期間Ｈのピッチ角変化率は、０より大きく、且つ、期間Ｇのピッチ角変化率より小さい値としてもよい。また、ピッチ角変化率曲線４７，４８のように、期間Ｃのピッチ角変化率と期間Ｄのピッチ角変化率とのうち少なくとも一方を、時間とともに変化させてもよい。
【００８９】
また、図１３（Ａ）に示すように、第３期間から第４期間への移行時に第３変化率から第４変化率にピッチ角変化率を単調減少させ、且つ、第４期間から第３期間への移行時に第４変化率から第３変化率にピッチ角変化率を単調増加させてもよい。
その場合、具体的には、上述したピッチ角変化率曲線４５，４６のようにピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させてもよいし、ピッチ角変化率曲線４７，４８のように第３期間と第４期間の間で徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させてもよい。
【００９０】
ピッチ角変化率をステップ状に増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線４５，４６に従って、風力発電機１が前方（風上側）へ傾斜する直前の鉛直姿勢である時刻ｔ１においてピッチ角変化率をステップ状に増大させ、風力発電機１が前方へ傾斜して鉛直姿勢に戻る時刻ｔ３においてピッチ角変化率をステップ状に減少させてもよい。
【００９１】
徐々にピッチ角変化率を増大又は減少させる場合、ピッチ角変化率曲線４７のように、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２から後方（風下側）へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻ｔ４まで直線的にピッチ角変化率を減少させ、時刻ｔ４から前方（風上側）へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで直線的にピッチ角変化率を増加させてもよい。
あるいは、ピッチ角変化率曲線４８のように、風力発電機１が最も前傾姿勢となる時刻ｔ２から後方（風下側）へ傾斜して最も後傾姿勢となる時刻ｔ４まで曲線的にピッチ角変化率を減少させ、時刻ｔ４から前方（風上側）へ傾斜して最も前傾姿勢となる時刻まで曲線的にピッチ角変化率を増大させてもよい。
【００９２】
さらにまた、図１３（Ａ）に示したピッチ角変化率曲線４５，４６，４７，４８を時系列的に上流側へオフセットしたピッチ角変化率曲線に従って、ブレード２のピッチ制御を行うようにしてもよい。このとき、ピッチ角変化率曲線４５，４６，４７，４８のオフセット量は、第３期間におけるピッチ角変化率が第４期間におけるピッチ角変化率よりも大きくなる範囲であれば特に限定されない。
【００９３】
次に、図１４を参照して、風力発電機１の起動時のピッチ制御について説明する。なお、ここでは一例として、図１２及び図１３に示すように、期間Ｇにおけるブレード２のピッチ角変化率が期間Ｈにおけるブレード２のピッチ角変化率よりも大きくなるようにブレード２をピッチ制御する場合について説明する。
【００９４】
図１４に示すように、風力発電機１のピッチ制御部２２に起動指令が与えられたら（Ｓ４１）、風力発電機１の姿勢情報を取得する（Ｓ４２）。ここで、姿勢情報は、風力発電機１の傾斜角であってもよい。また、傾斜角は、加速度センサ２５や姿勢検出センサ等の各種センサから取得されてもよい。
続いて、姿勢情報に基づいて、現在の風力発電機１の動作に対応する期間が、風力発電機１が風上側に傾斜した姿勢を有する期間Ｇに該当するか否かを判定する（Ｓ４３）。現在の風力発電機１の姿勢に対応する期間が期間Ｇである場合、ピッチ角変化率ＶＧを設定する（Ｓ４４）。現在の風力発電機１の動作に対応する期間が期間Ｇではない場合、期間Ｈであると判断し、ピッチ角変化率ＶＨを設定する（Ｓ４５）。ここで、ピッチ角変化率ＶＧは、ピッチ角変化率ＶＨよりも大きい。そして、設定されたピッチ角変化率ＶＧ又はピッチ角変化率ＶＨを指令値としてピッチ調節機構２１に入力し、ピッチ調節機構２１によってブレード２のピッチ角を減少させる（Ｓ４６）。ピッチ制御部２２には予め目標ピッチ角（例えば０度）が設定されており、ピッチ制御部２２によってブレード２のピッチ角が目標ピッチ角に達したか否かを判定し（Ｓ４７）、目標ピッチ角に達したらピッチ制御を終了する。
【００９５】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、風力発電機１の起動時において、浮体動揺の抑制に有利に働く第３期間中における空力的スラスト力の増大を促進しながら、浮体動揺の抑制に不利に働く第４期間中における空力的スラスト力の増大を抑制できる。よって、浮体動揺を抑制しながら風力発電機１の起動動作を行うことができる。
【００９６】
また、一実施形態では、図１に示す風力発電機１の停止時又は起動時において、浮体１０の動揺に対して復元力として作用するモーメントが得られるように、目標ピッチ角に到達するまでの間、複数のブレード２の各ピッチ角変化率をそれぞれ異ならせてもよい。例えば、ロータ回転面内における各ブレード２の角度位置に応じて、ピッチ角変化率を異ならせる。具体的には、停止時において、風力発電機１が鉛直方向よりも前方（風上側）に傾斜する動作中は、ロータ回転面の上方に位置するブレード２のピッチ角変化率を、ロータ回転面の下方に位置するブレード２のピッチ角変化率よりも小さくする。これにより、ロータ回転面でスラスト力に分布を持たせることができ、風力発電機１を前傾姿勢から鉛直姿勢に戻すモーメントを風力発電機１に付与できる。逆に、風力発電機１が鉛直方向よりも後方（風下側）に傾斜する動作中は、ロータ回転面の下方に位置するブレード２のピッチ角変化率を、ロータ回転面の上方に位置するブレード２のピッチ角変化率よりも小さくすることで、浮体１０の動揺の抑制に寄与し得る。起動時においても、複数のブレード２の各ピッチ角変化率をそれぞれ適切に独立制御することによって、浮体１０の動揺を抑制できる。なお、複数のブレード２の各ピッチ角変化率をそれぞれ異ならせる場合、例えば、図４に示すピッチ角変化率曲線において各ブレード２間で位相を持たせることによってピッチ角変化率をそれぞれ異ならせてもよいし、各ブレード２を制御するピッチ調節機構２１にそれぞれ個別のピッチ角変化率曲線を与えてもよい。
【００９７】
さらに、他の一実施形態では、風力発電機１の停止時において、上述したピッチ制御の他に、風力発電機１のヨー制御を併用してロータ４の減速を補助してもよい。その場合、風力発電装置１は、タワー６に対してナセル５を水平方向に旋回させるヨー駆動機構と、ヨー駆動機構を制御するヨー制御部とをさらに備える。そして、風力発電装置１の停止指令が入力された時、ピッチ制御に併行してあるいはピッチ制御に前後して、ロータ４が風下側に向くように、ヨー制御部によってヨー駆動機構を制御する。これにより、風力発電装置１の停止動作を迅速に行うことが可能となる。
【００９８】
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。
【００９９】
例えば、上述の実施形態では、アップウィンド形式の浮体式風力発電装置を例示しているが、ダウンウィンド形式の浮体式風力発電装置にも適用可能である。
【０１００】
また、上述の実施形態では、風力発電機１の停止・起動時において、風力発電機１の傾斜角又は風力発電機１の傾斜角変化率に基づいて、ピッチ角変化率（ピッチ角の増大速度又は減少速度）を決定する例について説明したが、ピッチ角変化率は風力発電機１の傾斜角及び傾斜角変化率の両方に基づいて決定してもよい。また、風力発電機１の傾斜角や傾斜角変化率のような風力発電機１の傾斜度合いを示す指標に加えて、ロータ４の回転数、現在のピッチ角、ピッチ制御を開始してからの経過時間等の他の指標を用いて、ピッチ角変化率（ピッチ角の増大速度又は減少速度）を決定してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１              風力発電装置
２              ブレード
３              ハブ
３ａ            ハブカバー
４              ロータ
５              ナセル
６              タワー
１０            浮体
２０            制御装置
２１            ピッチ調節機構
２２            ピッチ制御部
２５            加速度センサ
２６            姿勢検出センサ
１００          浮体式風力発電装置
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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