(57)【要約】  本発明は、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法であって、電力網の機能異常を検出するステップと、上記風力タービンの少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視するステップとを含む、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法に関する。さらに、当該方法は、上記機能異常の期間中、上記少なくとも１つの物理動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、上記風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードの傾斜角度を制御する。本発明はまた、電力網に接続されるとともに電力を供給する風力タービン用の制御システム、並びに風力タービン及びそのパークにも関する。
2007506887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法であって、
該電力網の機能異常を検出するステップと、
該風力タービンの少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視するステップと、
該少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値と比較するステップと、
該機能異常の期間中、該少なくとも１つの物理的動作特性を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードを制御するステップと
を含む、風力タービンを制御する方法。
【請求項２】
前記電力網の機能異常の検出は、連続的又は例えば０．５秒ごと断続的に行われる、請求項１に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの物理的動作特性を監視するステップは、前記風力タービンの発電機のステータ及び／又はロータ、電気制御システムの半導体、変圧器、及び／又はギヤ手段の温度を監視することを含む、請求項１又は２に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項４】
前記電力網の機能異常は、電力網電圧、電流、周波数、及び／又は温度の変化が第１の所定の限界値を超えるものとして検出される、請求項１乃至３のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項５】
前記風力タービンは、温度、又は電力網電圧、電流、周波数の変化が第２の所定の限界値を超えている前記電力網から接続解除される、請求項１乃至４のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項６】
前記１つ又は複数の風力タービンブレードの傾斜角度は、前記機能異常の期間中、前記少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように制御される、請求項１乃至５のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項７】
前記傾斜角度は、前記機能異常中、連続的に、又は該機能異常の開始時に同時に行われるステップ等の１つ又は複数のステップで制御される、請求項１乃至６のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項８】
前記１つ又は複数の風力タービンブレードの前記傾斜角度は、前記機能異常中、前記風力タービン発電機による発電力を例えば定格発電量の１００％のから３０％に下げるように制御される、請求項６又は７に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項９】
前記機能異常が終了したものと検出された後で、最適な傾斜角度が回復する、請求項１乃至８のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項１０】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する風力タービン（１）用の制御システム（１６）であって、
電力網（１３）の機能異常を検出する手段（１１）と、
風力タービン（１）の少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視する手段と
を備え、
該少なくとも１つの物理的動作特性と該少なくとも１つの所定の限界値とを比較する手段と、
該機能異常の期間中、該風力タービン（１）の１つ又は複数の風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
をさらに備え、
該１つ又は複数の風力タービンブレード（５）は、該少なくとも１つの物理的動作特性を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該比較に応じて制御されることを特徴とする、風力タービン用の制御システム。
【請求項１１】
前記機能異常を検出する手段は、電力網電圧、電流、周波数、及び／又は温度の変化を検出する手段であることを特徴とする、請求項１０に記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１２】
前記機能異常を検出する手段は、比較のため、電圧、電流周波数値、及び／又は温度の所定の最小限界値及び最大限界値を含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１３】
前記機能異常を検出する手段は、機能異常値を連続的又は断続的に検出することを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１４】
機能異常時間、温度、電圧、電流、及び／又は周波数の変化についての限界値等の少なくとも１つの所定の限界値の記憶手段を有することを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１５】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する風力タービン（１）であって、
１つ又は複数の発電機（７、７ａ、７ｂ）、電気制御システム（１７、１７ａ、１７ｂ）、変圧器（１２）、及び／又はギヤ手段（６）、並びに制御可能なロータブレード（５）等の複数の部品と、
電力網（１３）の機能異常を検出する手段（１１）と、
該部品のうち少なくとも１つの少なくとも１つの物理的動作特性を監視する手段と
を備え、
該少なくとも１つの物理的動作特性と該少なくとも１つの所定の限界値とを比較する制御システム（１６）と、
該機能異常の期間中、該少なくとも１つの物理的動作特性を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように１つ又は複数の風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
をさらに備えることを特徴とする、風力タービン。
【請求項１６】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する、１つ又は複数のパークの風力タービン等の一群の風力タービン（２２）であって、
１つ又は複数の制御可能なロータブレード（５）をそれぞれが有する少なくとも２つの風力タービン（１）と、
該電力網（１３）の機能異常を検出する手段（１１）と、
該少なくとも２つの風力タービン（１）の少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視する手段と、
該少なくとも１つの物理的動作特性と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する中央制御システム（１６）と、
該機能異常の期間中、該少なくとも１つの物理的動作特性を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該少なくとも２つの風力タービン（１）のうち１つ又は複数の風力タービン（１）の該１つ又は複数の風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
を備える、一群の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法、請求項１０の序文に記載の制御システム、請求項１５の序文に記載の風力タービン、及び一群の風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連技術の説明］
通常、風力タービンは、発電して風力タービンから遠隔した場所の需要者に電力を供給することができるようにするために、電力網に接続される。電力は電力網の送電線又は配電線を介して、家庭、職場等に送られる。
【０００３】
風力タービン、及び電力網に接続される他の発電手段は、電力網接続解除スイッチにより電力網の機能異常から保護される。
【０００４】
電力網の機能異常として、例えば以下があり得る：
・非常に短い持続時間の過電圧サージ及び過電流サージである過渡現象すなわち「スパイク」。最も劇的な過渡現象は、落雷によって引き起こされるが、大半は、オン／オフの切り換えの大電力負荷により引き起こされる。
・サグすなわち「電圧低下」。これは最も一般的に示される電源外乱であり、一瞬の電圧低下として生じ得る。
・電力遮断、停電、すなわち「停電」。これは電力網の電力の全損である。
【０００５】
スイッチは、機能異常の検出時に電力網から風力タービンを接続解除する。機能異常は、配電網の変化がある特定の限界値を超えること、例えば配電網電圧の公称値に対し＋／−５％を超える電圧低下として定義される。
【０００６】
風力タービンの電力網接続解除に伴う問題は、風力タービン発電機による電力生産の損失によって電圧変化の程度又は持続時間が増大する可能性があることである。さらに、接続解除された風力タービンには、電力網に再接続する前に或る一定の時間が必要である。風力タービンの接続解除は、風力タービンによる電力生産、したがってその収益性に影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的の１つは、上述の欠点のない、電力網の機能異常中に風力タービンを制御する方法及び制御システムを確立することである。特に、本発明の一目的は、機能異常中の電力網の強度及び安定性、並びに接続されている風力タービンの収益性を高める方法及びシステムを作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［発明］
本発明は、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法であって、
電力網の機能異常を検出するステップと、
風力タービンの少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視するステップと、
前記少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値と比較するステップと、
前記機能異常の期間中、少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、前記風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードを制御するステップと
を含む、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法に関する。
【０００９】
これにより、電力網の機能異常中に風力タービンを制御する方法が、上述の欠点なく確立される。特に、本方法により、風力タービンの部品を損傷させることなく、機能異常中の電力網に風力タービンを接続したままにするとともに給電することができるという利点を有する。風力タービンは、初めの接続解除が機能異常を助長させるか又は長引かせる可能性があるが、機能異常中に接続したままにするとともに発電することによって電力網を安定させるのに役立つ。
【００１０】
本発明の一態様では、電力網の機能異常の検出は、継続的、または例えば０．５秒ごとに断続的に行われる。これにより、検出の高信頼性、及び高スループット、並びに機能異常の発生から短い反応時間を保証することができる。
【００１１】
本発明の別の態様では、少なくとも１つの物理的動作特性を監視するステップは、風力タービンの発電機のステータ及び／又はロータ、電気制御システムの半導体、変圧器、及び／又はギヤ手段の温度を監視することを含む。これにより、機能異常中に高温を被る傾向が通常高い風力タービン部品を監視することができ、したがって、特性が監視及び制御されない場合は、寿命の低下に直面する。
【００１２】
本発明のさらなる態様では、電力網の機能異常は、電力網電圧、電流、周波数、及び／又は温度の変化が第１の所定の限界値を超えるものとして検出される。これにより、特に、種々の用途及び状況に合うように補償され得るため、本発明の有利な実施形態が達成される。さらに、検出された値が組み合わされることで、電力網の機能異常をはっきりと示すことができる。
【００１３】
本発明のさらなる態様では、風力タービンは、温度、又は電力網電圧、電流、周波数の変化が第２の所定の限界値を超えている電力網から接続解除される。これにより、風力タービン部品が電力網の重度の機能異常又は長引く機能異常によって損傷を受けないことが保証される。さらに、例えば全停電時のように接続が無意味となる場合、風力タービンが電力網に接続されたままにしないことが保証される。
【００１４】
本発明の一態様では、１つ又は複数の風力タービンブレードの傾斜角度は、機能異常の期間中、少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように制御される。
【００１５】
本発明の一態様では、傾斜角度は、機能異常中、連続的に、又は機能異常の開始時に同時に行われるステップ等の１つ又は複数のステップで制御される。これにより、部品に吸収される電力、したがって、部品の内部温度が、例えば部品の寿命を損ねる異常なレベルまで上がることはないように保証される。
【００１６】
本発明の一態様では、１つ又は複数の風力タービンブレードの傾斜角度は、機能異常中、風力タービン発電機による発電力を例えば定格発電量の１００％から３０％まで下げるように制御される。これにより、機能異常の開始時に傾斜角度を所定の値に小さくする単純な制御方法を構築することができる。この低下により、機能異常が再びなくなるであろう比較的長期にわたって風力タービンが電力網に接続されたままにすることができることを保証する。機能異常が続くか又は温度が著しく上昇し始める場合、風力タービンを接続解除するか、又は、傾斜角度をさらに小さくすることにより発電をさらに減らすことができる。
【００１７】
本発明の一態様では、機能異常が終了したものと検出された後で、最適な傾斜角度が回復する。これにより、特に、発電が即座に引き継がれ、したがって風力タービンの収益性が保証されるため、本発明の有利な実施形態が達成される。
【００１８】
本発明はまた、制御システムであって、
少なくとも１つの物理的動作特性と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する手段と、
機能異常の期間中、風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードを制御する手段と
をさらに備え、
１つ又は複数の風力タービンブレードは、少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、上記比較に応じて制御される、制御システムに関する。
【００１９】
これにより、上述の欠点なく、電力網の機能異常中に風力タービンを制御する制御システムが確立される。
【００２０】
本発明はまた、風力タービンであって、
少なくとも１つの物理的動作特性と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する制御システムと、
機能異常の期間中、少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように１つ又は複数の風力タービンブレード（）を制御する手段と
をさらに備える風力タービンに関する。
【００２１】
これにより、機能異常中の電力網に接続したままとすることができる有利な風力タービンが確立される。
【００２２】
本発明はまた、電力網に接続されるとともに電気エネルギーを供給する、１つ又は複数のパークの風力タービン等の一群の風力タービンであって、
１つ又は複数の制御可能なロータブレードをそれぞれが有する少なくとも２つの風力タービンと、
電力網の機能異常を検出する手段と、
少なくとも２つの風力タービンの少なくとも１つの部品の少なくとも１つの物理的動作特性を監視する手段と、
少なくとも１つの物理的動作特性と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する中央制御システムと、
機能異常の期間中、少なくとも１つの物理的動作特性を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、少なくとも２つの風力タービンのうち１つ又は複数の風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードを制御する手段と、を備える、電力網に接続されるとともに電気エネルギーを供給する、１つ又は複数のパークの風力タービン等の一群の風力タービンに関する。
【００２３】
電力網切り換えによる電力変動は、電力網規制緩和の増大及び少ない電力網企業連携に伴う大きな問題であるため、風力タービンのパークを中央制御することができること、特に、機能異常中にパークが不必要に接続解除されないことを保証することが有利である。また、機能異常中の変化が少ないほど、中心地から電力網の安定性を制御することが容易となる。
【００２４】
本発明を、図面を参照しつつ以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［詳細な説明］
図１は、タワー２と、当該タワーの頂部に位置する風力タービンナセル３とを備える最新の風力タービン１を示す。３つの風力タービンブレードから成る風力タービンロータ５が、ナセルの前面から延びた低速シャフトを介してナセルに連結されている。
【００２６】
図１に示されるように、或るレベルを超える風力により、ブレードに誘起される揚力によってロータが作動し、風力に対し垂直方向にロータが回転することができる。この回転運動は電力に変換され、この電力が電力網へ供給される。
【００２７】
図２は、電気エネルギーを需要者に供給するための、電力網への風力タービンの接続を示す。
【００２８】
風力タービン１は、通常の使用時に好適な電力生産を達成するために各ブレードの角度を制御する風力タービンロータ５を備える。ロータは、ギヤ手段６で分離される低高速シャフトを介して発電機７に接続される。発電された電力は、値Ｚを有するインピーダンス８を含む三相による三相変圧器１２に送電される。変圧器１２により、発電電圧を電力網電圧に（例えば数百ボルトの交流発電電圧から電力網１３の何千ボルトもの交流電圧に）にステップアップさせることが保証される。
【００２９】
図２はさらに、機能異常１４が例えば著しい電圧低下の形で電力網のどこかで生じていることを示している。機能異常の結果、風力タービンに電圧低下が生じるため、発電が維持される場合は風力タービンからの電流が上がることになる。風力タービンを電力網の機能異常から保護するためには、風力タービンは通常、接続解除スイッチ１０によって電力網から接続解除される。接続解除スイッチ１０は、風力タービンにて電力網の電圧又は電流の変化を検出する検出システム１１により制御される。或る限界値を超える電圧又は電流の変化をもたらす機能異常の場合では、三相が上記スイッチによって開き、したがって、風力タービンが電力網から接続解除される。
【００３０】
風力タービンの電力網接続解除時に、発電力は、一相あたり２つの逆並列サイリスタを含むスイッチ９によって３つのインピーダンス８により短絡し得る。風力タービンの発電は、ブレードを風力からそらすとともに風力タービンを停止させることによって、電力網からの接続解除時に即座に終了する。
【００３１】
検出システム１１は、電力網の状況が通常に戻ったことを検出した後で、機械式ブレーキを解除するとともにブレードを風力に再びあてることによって、風力タービンを再始動することができる。
【００３２】
図３は、機能異常のある電力網に接続されている風力タービンでの電圧及び電流の発生の一例を示す。
【００３３】
電力網の電圧は、Ｕの公称電圧値を有するが、通常の条件下でＵの＋／−Δ％値で（風力タービンにて又はその付近で）変動し得、結果として風力タービンを接続解除しなくて済む。
【００３４】
図３では、電力網の電圧の値が突然低下し始める様子、及び、ｔmalにて、検出システム１１が、電圧がＵの−Δ％に相当する限界値以下に低下したことを検出している様子を示している。
【００３５】
電圧低下中、風力タービンから導かれる電流Ｉは、風力タービンが同量の電力Ｐを発電していることによって上昇する（＝Ｕ×Ｉ  ＝＞  Ｉ＝Ｐ／Ｕ  ＝＞  Ｐ一定の条件では、Ｕが減少するとＩが増加する）。電圧が限界値以下に低下して風力タービンが接続解除されるまで、電流Ｉは増加し続けることになる。以後、電流Iは、風力タービンが停止して前回の電流がインピーダンスＺで減衰した後でゼロまで減少するであろう。
【００３６】
機能異常の継続時間は、多少の差がある可能性があるが、通常、数秒内で測定される。さらに、機能異常の重度は、例えば電力網の完全な停電からより小さな電圧低下又は電圧ピークまで様々であり得る。
【００３７】
図４は、本発明による好適な一実施形態の制御システム１６を有する風力タービン１を示す。
【００３８】
制御システムは、風力タービンロータ及びロータブレードの傾斜角度制御部、ギヤ手段、発電機、周波数変換器、変圧器、及び接続解除スイッチ等、風力タービンの各種部品に接続される。制御システムは、電力網の機能異常期間中に風力タービンの少なくとも１つの部品の１つ又は複数の物理的動作特性を検出して、ロータブレードの傾斜角度角等の風力タービン部品を制御することによって接続解除を回避又は遅らせるようにする。
【００３９】
制御システムにより、風力タービンの少なくとも１つの部品の物理的動作特性を監視下に置きつつ、風力タービンの発電が機能異常に関して制御されることができるようになる。機能異常が検出されると、制御システムは、機能異常がなくなるか又は物理的動作特性の少なくとも１つが所定の限界値を超えるまで、発電レベルを制御する。物理的動作特性が限界値を超える場合、風力タービンは電力網から接続解除されて停止する。制御システムは、風力タービン用の通常の制御システムとすることができ、この制御システムは、さらなる機能を含むとともに機能異常中に異なる方法で使用される、風力タービン用の通常の制御システムであってもよく、又は機能異常中に通常の制御システムから引き継ぐ別個の制御システムであってもよい。
【００４０】
電力網の機能異常により、風力タービン発電機からより高い電流Ｉが生じ得るため、部品の温度を検出することが特に重要である。温度は、部品が吸収する電力が多くなると上昇し始める（Ｐcomp＝Ｉmal2×Ｒcomp  ＝＞  より高いＩ＝より多くの電力が部品に吸収される）。風力タービン部品の１つ又は複数の温度は物理的動作特性の一例である。さらに、電流又は電力網電圧を物理的動作特性の一例として単独で、又は部品の温度と組み合わせて用いることができる。
【００４１】
電力網の機能異常の検出は、連続的又は例えば０．５秒ごとの断続的に行うことができる。さらに、機能異常は、風力タービン部品のうち１つ又は複数の風力タービン部品の温度を測定することによって、且つ限界値を超える上昇温度が電力網の機能異常の原因であると仮定することによって間接的に検出することができる。
【００４２】
図５は、風力タービン１及び制御システム１６の各種部品間の接続を概略的に示す。
【００４３】
点が小さな点線の内側の部分は、機能異常中に物理的動作特性の検出を受ける、風力タービンの各種部品を示す。部品のいくつかは発電機、変圧器、発電機制御回路等、風力タービンの発電系の一部である。発電機制御回路は、電力網周波数に発電周波数を適合させる１つ又は複数の周波数変換器であり得る。部品の残りは、ギヤ手段等の機械系の一部である。
【００４４】
電気部品はすべて、電力を吸収し結果として温度上昇を伴う電気抵抗を含む。電気部品は、部品の温度を制御するために、冷却リブ、通気機、及び冷却媒体として部品内に水を循環させる手段等、種々の冷却手段を含む。
【００４５】
部品（例えば重要な場所にある温度センサ）の直接測定として、又は部品内を流れた後の例えば冷却媒体で間接測定として、部品の温度が測定される。他の物理的動作特性は、例えば電圧センサ又は電流センサにより測定される。
【００４６】
物理的動作特性についての測定値は、供給された電流及び電力網電圧等の電力網値とともに接続部２３ａを介して制御システムに転送される。制御システムは、機能異常中、風力タービンの発電を制御するための信号を確立するために異なる方法で値を処理することができる。このプロセスは、単に上記測定値と所定の限界値との比較を含み、この比較では、限界値は、安全動作から問題となっている部品の寿命を損ねるおそれがある動作への移行を示し、ひいては、電力網からの風力タービンの接続解除が適切であることを示す。
【００４７】
プロセスはまた、有害な動作の限界値に達するまで安全動作が低下していくことを示す複数の中間の限界値も含み得る。例えば、部品の温度が上昇し続けている時に発電を連続的に減らすように、それぞれの限界値を横切る度に、制御信号が、機能異常中に風力タービンの発電を制御する。
【００４８】
さらに、プロセスは、例えば、物理的動作特性の増大度を求めるために、種々の数式を用いることができる。増大度が急となる場合、制御システムは、限界値範囲を横切っていないとしてもこれに対応し得る。
【００４９】
図６は、ダブルフィード非同期発電機７を含む風力タービンと接続した状態の制御システム１６の好適な実施形態を示す。
【００５０】
発電機は、三相変圧器１２を介して電力網に接続されているステータ７ａを含む。発電機のロータ７ｂは、低速シャフト、ギヤ手段６、及び高速シャフトを介してロータ５により機械式駆動される。さらに、ロータは、周波数変換器１７等の発電機制御回路に電気的に接続される。周波数変換器は、発電機のＡＣ（交流）電圧をＤＣ（直流）電圧に整流する整流器、ＤＣ電圧を平滑化するＤＣリンク、及びＤＣ電圧を好適な周波数のＡＣ電圧に再び変換するインバータを有する。好適な周波数のＡＣ電圧は、変圧器を介して電力網に送電される。
【００５１】
接続解除スイッチ及びロータブレードの傾斜角度は、測定された電圧、電流、及び／又は温度値
2007506887.tif 000003
に基づいて、本発明による制御システムによって制御される。図６は、発電機のロータ又はステータ、変圧器、発電機制御回路、及びギヤ手段（例えばギヤオイル温度）等の各種部品の温度値が測定される様子を示す。
【００５２】
図７ａ〜図７ｄは、電力網の機能異常に関連して傾斜角度が変化する際の温度と風力タービンによる発電との曲線の例を示す。
【００５３】
図７ａは、通常の機能時及び機能異常時の電力網と接続中の、風力タービン部品の温度推移及び発電の一例を示す。
【００５４】
温度曲線は、電力網の通常の機能時は水平として示されている。しかしながら、機能異常時では、風力タービンの発電機による発電は一定に保たれるが、電力網電圧の低下及び電流の上昇により温度は上昇し始める。
【００５５】
図７ｂに示すように、機能異常の開始後、ロータブレードの傾斜角度角が変化し、そのため、発電が低下し、温度上昇を制御するようになっている。このことは、より高レベルであるが限界値Ｔｍａｘ以下で安定している温度曲線として示される（部品の最高許容温度を点線で示す）。
【００５６】
図７ｂは、図７ａに示す部品の温度推移に対応する傾斜角度α及び発電の曲線を示す。
【００５７】
傾斜角度曲線はもっぱら、発電機の温度等、風力タービン部品の温度を安定させるために、通常の発電時の最適な値から傾斜角度が一度下げられてより低い値になる様子を示す。
【００５８】
傾斜角度は、最適な値からより低い値に、例えば１００％の発電量を得る値から３０％の発電量を得る値に瞬時に下げられ、その後、温度が高くなりすぎると、風力タービンを接続解除する。さらに、傾斜角度の値は、温度が安定するか又は風力タービンが電力網から接続解除される下限に傾斜角度の値が達するまで、例えば部品の温度上昇の検出に応じて、少しずつ又は連続的に下げることができる。
【００５９】
図７ｃは、通常の状況時にほぼ水平として電力曲線を示しているが、例えば風速及び電力網の電力需要の変動に関連して発電が変わり得ることを理解すべきである。
【００６０】
時間ｔｍａｌにて、電力網に機能異常（例えば、風力タービンの制御システムでの所定の限界値未満に電力網電圧が低下すること）が起こる。制御システムは、物理的動作特性の値を検出し、それに応じてロータブレードの傾斜角度角を変え始め、風力タービンの発電を減らすようにする（わずかに下がり曲線で示す）。或る時間期間後、値が限界値を超えると、制御システムが風力タービンを電力網から接続解除する。接続解除時に風力タービンの発電が停止する（ほぼ縦の曲線で示す）。発電は、電力網から機能異常がなくなり風力タービンが再び電力網に接続されることができるまで維持されたままとなる。
【００６１】
図７ｄは、機能異常中、発電が比較的低レベルに維持され、その値が検出されて限界値と比較される、別の例を示す。機能異常がなくなった後、発電は再びフルレベルで再確立される。
【００６２】
５分又は３０分ごとに記録される温度値等の種々の温度値を、制御システムの記憶手段に記録することができる。その後、この値を、温度上昇によって風力タービン部品に及ぼされる耐用寿命効果を求める際に使用することができる。
【００６３】
図８は、発電機での温度測定のより詳細な例を示す。
【００６４】
非同期発電機は、冷却媒体が流動している少なくとも中空のステータを含む。冷却媒体は、コンテナ２１から、圧送手段２０によりパイプを介して、中空ステータ１９の入口に移送される。中空ステータでは、媒体はステータのキャビティ内で循環されて、ステータの内表面を冷却するとともにステータが囲んでいるロータを間接的に冷却するようにする。続いて、被加熱媒体が冷却媒体の外側にステータから出てからステータに再び入る。
【００６５】
温度測定は、ステータを出る媒体がステータ及びロータの温度を間接的に示すため、冷却媒体内にセンサを置くことによって得られる。さらに、ステータ及びロータの内側に配置された標準温度センサにより、必要な温度測定をすることができる。さらに、温度測定値は、発電機の異なる位置から赤外線放射を検出する等、他の温度測定法によって得ることもできる。
【００６６】
図９は、周波数変換器の温度測定の非常に詳細な図である。
【００６７】
上述のように、周波数変換器１７は、整流器１７ａ、ＤＣリンク１７ｂ、及びインバータ１７ｃを含み、整流器及びインバータは、サイリスタ又は同様の半導体スイッチにより確定される。整流器のサイリスタ及び特にインバータは、電力網に対し好適なＡＣ電圧及び周波数を確立するために既知の方法で制御される。
【００６８】
ＤＣリンクの抵抗器は、風力タービンの接続解除後に発電されたいかなる電力に対してもダンプ負荷として用いられる。抵抗器及びサイリスタは、空冷又は水冷されることが好ましい。温度センサを有するサイリスタに位置する温度を測定することによって、サイリスタの半導体材料の温度を示すことができる。さらに、サイリスタからの空気流又は水流中にセンサを置くことによって間接的に温度を測定することもできる。
【００６９】
図９はまた、ロータ又はステータの温度測定値を有する非同期ダブルフィード発電機を示す。
【００７０】
温度測定値は、非常に高温又は低温の周囲温度の結果について制御システム内で補償されることが好ましい。
【００７１】
図１０ａ及び図１０ｂは、機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する、本発明による方法を示す。
【００７２】
当該方法は、
風力タービンを電力網に接続し、且つ制御システムにより発電を制御するステップと、
風力タービンの接続時の電力網電圧等の制御システムにより電力網の状況を検出するステップと、
機能異常、例えば＋／−５％を超える電圧低下を判定するよう、その値を第１の所定の限界値と比較するステップと（なお、値がその限界値以下である場合は、風力タービンは通常運転される）、
重度の機能異常、例えば電力網からの風力タービンの即座の接続解除が要求される電力網の完全停電、を判定するよう、検出された機能異常値を第２の所定の限界値と比較するステップと、
風力タービンの部品の種々の温度を検出するステップと、
上記温度測定の結果として、ロータブレードの傾斜角度を変えることにより風力タービンの発電を低下させるステップと、
温度を部品の温度の所定の限界値と比較するステップとを含む。機能異常中、温度が上昇しすぎないように発電をさらに減らすよう傾斜角度を再び変更し、発電は低レベルに維持される。風力タービンは、温度推移が有害レベル近くになることを温度検出が示すと、制御システムによって電力網から接続解除され得る。
【００７３】
図１１は、電力網１３に共通の接続２４で接続されている、海岸又は海上パークの風力タービンとすることができる一群の風力タービンを示す。接続は、電力網に対するパークの接続又は接続解除のためのスイッチ１０を有し、この場合、スイッチは電力網の機能異常中に中央制御システム１６によって制御される。制御システムには、風力タービンそれぞれの種々の部品の物理的動作特性の検出値（例えば、部品の温度、及び風力タービンから供給される電流）が供給される。値は、関連の風力タービンのロータブレードの傾斜角度角を変更することによって、且つ／又はパークの風力タービンのうち１つ又は複数の風力タービンを接続解除することによって風力タービンによる発電を制御する際に用いられる。物理的動作特性の関連値を検出する際に、及びパークの風力タービンによる発電を制御する際に、中央制御システムを用いることによって、機能異常状況にある電力網にパークを接続したままにすることができる。
【００７４】
本発明を、特定の例に言及して上記に説明してきた。しかしながら、本発明は上述の特定の例に限定されず、ロータブレードを制御することができる種々の風力タービンタイプ（例えば傾斜角度又は能動的な失速を伴うタイプ）等、広範な用途とともに用いることができる、ということを理解されたい。さらに、特に、本発明による制御システムは、特許請求の範囲に明記される本発明の範囲内の複数の変形形態に設計されてもよいことを理解されたい。特に、検出された物理的動作特性は、任意の考えられ得る測定方法及び手段によって部品の任意の好適な位置で測定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】最新の大型風力タービンを示す図である。
【図２】電力網への風力タービンの接続を示す図である。
【図３】機能異常のある電力網に接続されている風力タービンにおける電圧及び電流の発生の一例を示す図である。
【図４】本発明による一実施形態の制御システムを有する風力タービンを示す図である。
【図５】本発明による風力タービン及び制御システムの各種部品を概略的に示す図である。
【図６】ダブルフィード発電機を備える風力タービンと接続した状態での本発明による制御システムを示す図である。
【図７ａ】機能異常のある電力網と接続した状態での、傾斜角度が変化する際の温度及び風力タービンによる発電の一例を示す図である。
【図７ｂ】機能異常のある電力網と接続した状態での、傾斜角度が変化する際の温度及び風力タービンによる発電の一例を示す図である。
【図７ｃ】機能異常のある電力網と接続した状態での、傾斜角度が変化する際の温度及び風力タービンによる発電の一例を示す図である。
【図７ｄ】機能異常のある電力網と接続した状態での、傾斜角度が変化する際の温度及び風力タービンによる発電の一例を示す図である。
【図８】発電機内の温度測定及び制御のより詳細な一例を示す図である。
【図９】周波数変換器内の温度測定のより詳細な一例を示す図である。
【図１０ａ】機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する、本発明による方法を示す図である。
【図１０ｂ】機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する、本発明による方法を示す図である。
【図１１】電力網に接続されている一群の風力タービンを示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１．風力タービン
２．風力タービンタワー
３．風力タービンナセル
４．風力タービンハブ
５．風力タービンロータブレード
６．ギヤ手段
７．発電機
７ａ．ステータ
７ｂ．ロータ
８．発電機及び変圧器間のインピーダンス
９．上記インピーダンスを短絡させるサイリスタスイッチ
１０．電力網接続解除スイッチ
１１．接続解除スイッチの検出システム
１２．電気変圧器
１３．電力網
１４．電力網の機能異常（例えば短絡）
１５．上記ロータブレードの傾斜角度制御
１６．風力タービン用の制御システム
１７．周波数変換器
１７ａ．整流器
１７ｂ．中間ＤＣリンク
１７ｃ．インバータ
１８．冷却チャネル
１９．冷却手段の入口
２０．冷却手段用ポンプ
２１．冷却手段用容器
２２．海上パークの風力タービン等の一群の風力タービン
２３、２３ａ．検出された信号接続
２３ｂ．制御信号接続
２４．主接続
Ｐ．電力
Ｕ．電圧
Ｉ．電流
Ｚ．インピーダンス
α．傾斜角度
Δ．デルタ値
ｔ．時間
Ｔ．温度
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【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８】
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【図９】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月10日(2005.10.10)
【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】
機能異常中の電力網に接続されている風力タービンを制御する方法であって、
該電力網の機能異常を検出するステップと、
該風力タービンの発電機のステータ及び／又はロータ、電気制御システムの半導体、変圧器、及び／又はギヤ手段の温度を監視するステップと、
該温度を少なくとも１つの所定の限界値と比較するステップと、
該機能異常の期間中、該温度を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該風力タービンの１つ又は複数の風力タービンブレードを制御するステップと
を含む、風力タービンを制御する方法。
【請求項２】
前記電力網の機能異常の検出は、連続的又は例えば０．５秒ごとに断続的に行われる、請求項１に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項３】
前記電力網の機能異常は、電力網電圧、電流、周波数、及び／又は温度の変化が第１の所定の限界値を超えるものとして検出される、請求項１又は２に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項４】
前記風力タービンは、温度、又は電力網電圧、電流、周波数の変化が第２の所定の限界値を超えている前記電力網から接続解除される、請求項１乃至３のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項５】
前記１つ又は複数の風力タービンブレードの傾斜角度は、前記機能異常の期間中、前記温度を少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように制御される、請求項１乃至４のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項６】
前記傾斜角度は、前記機能異常中、連続的に制御される、又は該機能異常の発生開始時に同時に行われるステップ等の１つ又は複数のステップで制御される、請求項１又は５のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項７】
前記１つ又は複数の風力タービンブレードの前記傾斜角度は、前記機能異常中、前記風力タービン発電機による発電力を例えば定格発電量の１００％から３０％に下げるように制御される、請求項５又は６に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項８】
前記機能異常が終了したものと検出された後で、最適な傾斜角度が回復する、請求項１乃至７のいずれかに記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項９】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する風力タービン（１）用の制御システム（１６）であって、
電力網の機能異常を検出する手段（１１）と、
風力タービンの発電機のステータ及び／又はロータ、電気制御システムの半導体、変圧器及び／又はギヤ手段の温度を監視する手段と
を備え、
該温度と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する手段と、
該機能異常の間、該風力タービン（１）の１つ又は複数の風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
をさらに備え、
該１つ又は複数の風力タービンブレード（５）は、該温度を前記少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該比較に応じて制御されることを特徴とする、風力タービン用の制御システム。
【請求項１０】
前記機能異常を検出する手段は、電力網電圧、電流、周波数、及び／又は温度の変化を検出する手段であることを特徴とする、請求項９に記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１１】
前記機能異常を検出する手段は、比較のため、電圧、電流周波数値、及び／又は温度の所定の最小限界値及び最大限界値を含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１２】
前記機能異常を検出する手段は、機能異常値を連続的又は断続的に検出することを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれかに記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１３】
機能異常時間、温度、電圧、電流、及び／又は周波数の変化についての限界値等の少なくとも１つの所定の限界値の記憶手段を有することを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれかに記載の風力タービン用の制御システム。
【請求項１４】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する風力タービン（１）であって、
１つ又は複数の発電機（７、７ａ、７ｂ）、電気制御システム（１７、１７ａ、１７ｂ）、変圧器（１２）、及び／又はギヤ手段（６）、並びに制御可能なロータブレード（５）等の複数の部品と、
電力網の機能異常を検出する手段（１１）と、
該部品のうち少なくとも１つの温度を監視する手段と
を備え、
該温度と該少なくとも１つの所定の限界値とを比較する制御システム（１６）と、
該機能異常の間、該温度を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように１つ又は複数の該風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
をさらに備えることを特徴とする、風力タービン。
【請求項１５】
電力網（１３）に接続されるとともに電気エネルギーを供給する、１つ又は複数のパークの風力タービン等の一群の風力タービン（２２）であって、
１つ又は複数の制御可能なロータブレード（５）をそれぞれが有する少なくとも２つの風力タービン（１）と、
該電力網の機能異常を検出する手段（１１）と、
該少なくとも２つの風力タービンの少なくとも１つの部品の温度を監視する手段と、
該温度と少なくとも１つの所定の限界値とを比較する中央制御システム（１６）と、
該機能異常の期間中、該温度を該少なくとも１つの所定の限界値以下に保つように、該少なくとも２つの風力タービン（１）のうち１つ又は複数の風力タービン（１）の該１つ又は複数の風力タービンブレード（５）を制御する手段（１５）と
を備える、一群の風力タービン。
【国際調査報告】
2007506887.tif 000018
2007506887.tif 000019