(57)【要約】  【課題】  ピッチ角制御で複数の制御機能を同時に実行する際に、優先すべき制御機能御を確実に動作させて安定性を確保し、信頼性を向上させる風力発電装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  風を受けて回転するブレードと、前記ブレードのピッチ角を複数の制御機能で制御するピッチ角制御装置と、前記ピッチ角制御装置における前記複数の制御機能に対する出力調整手段とを備え、前記ピッチ角制御装置は、風力発電装置の状態に基づいて前記複数の制御機能のうち優先する制御機能を選択し、前記出力調整手段は、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能についてピッチ角出力を制限する。【選択図】  図３
2019044715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードのピッチ角を複数の制御機能で制御するピッチ角制御装置と、
前記ピッチ角制御装置における前記複数の制御機能に対する出力調整手段とを備え、
前記ピッチ角制御装置は、風力発電装置の状態に基づいて前記複数の制御機能のうち優先する制御機能を選択し、
前記出力調整手段は、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能についてピッチ角出力を制限することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記出力調整手段は、ゲイン若しくはリミッタの少なくとも一方を備えていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記複数の制御機能に前記ブレードの回転速度を制御する機能が含まれ、
前記ピッチ角制御装置は、前記ブレードの回転速度が所定の第１の回転速度を超えた場合に、前記優先する制御機能として前記ブレードの回転速度を制御する機能を選択することを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電装置であって、
前前記ブレードの回転速度が第１の回転速度以下の第２の回転速度を超えかつ前記風力発電装置の風上側への所定以上の振動を検出した場合に、前記優先する制御機能として前記ブレードの回転速度を制御する機能を選択する風力発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記複数の制御機能に前記風力発電装置の振動を抑制制御する機能が含まれ、
前記ピッチ角制御装置は、前記風力発電装置の振動が所定値を超えた場合に、前記優先する制御機能として前記風力発電装置の振動を抑制制御する機能を選択することを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記出力調整手段は、リミッタを備え、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能について、フェザー側若しくはファイン側のピッチ角リミットを変更することを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記出力調整手段は、ゲインを備え、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能について、１より小さいゲインを設定することを特徴とする風力発電装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記出力調整手段は、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能について、ピッチ角を固定することを特徴とする風力発電装置。
【請求項９】
請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記出力調整手段は、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか２つ以上の制御機能について、異なるゲイン若しくは異なるリミットを設定することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記ピッチ角制御装置は、前記風力発電装置のパラメータが所定の条件を満たした場合に、前記複数の制御機能のうち優先する制御機能を選択し、
前記ピッチ角制御装置は、前記風力発電装置のパラメータが他の条件を満たした場合に、前記複数の制御機能のうち優先する制御機能の選択を解除することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置または風力発電装置の制御方法に係り、特にピッチ角制御によって複数の制御機能を安定動作させる風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の面から、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇等が問題視されている。そこで、化石燃料を使用せず、また、二酸化炭素の排出を抑えられる発電装置として、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用した発電装置が注目を浴びている。
【０００３】
再生可能エネルギーを利用した発電装置の中では、太陽光発電装置が一般的であるが、日射によって直接的に出力が変化するため、出力変動が大きく、夜間は発電できない。それに対して風力発電装置は、風速や風向などの風況が安定した場所を選んで設置することで、昼夜を問わず比較的安定な発電が可能である。また、陸上よりも高風速で風況変化が少ない洋上に設置することも可能であるため、注目されている。
【０００４】
一般的な大型風力発電装置では、風を受けるブレードのピッチ角を変化させて風を受ける量を変化させて、風力発電装置のロータや発電機等の回転系の回転速度や発電量を一定に保つような制御がおこなわれている。この回転速度制御では、定格回転速度を超えて過回転になると、装置に過大な負荷を与えることになる。さらに、過回転状態が継続して回転速度が所定値を超えると、装置保護のためのシャットダウン動作に移行して発電を継続できなくなるため、回転速度を安定化し、特に過回転状態にならないようにすることが重要となる。
【０００５】
また、洋上に風車を設置する場合には、日本のような水深の深い場所が多い地域では、浮体を海底に係留してその上に風力発電装置を設置する浮体式が必須となる。浮体式では波や風によって浮体の振動が発生するため、ピッチ角制御で風によって受ける力を変化させて浮体の振動を抑制する振動抑制制御が行われている。この浮体の振動抑制制御に関しても、浮体の振動が大きくなって所定値を超えると危険なため、発電を停止するようになっているため、重要な機能となっている。
【０００６】
さらに、ピッチ角制御では、ブレードの荷重を低減したりヨー方向の力を発生させたりするために複数のブレードのピッチ角を個別に制御する独立ピッチ制御が行われる。
【０００７】
また、複数の風力発電装置を近接させて設置するウィンドファームでは、風上側の風力発電装置のロータの回転によって、風下側の風況が乱されるウェイクという現象が発生する。ウェイクでは、風速が低下しかつ乱流強度が増大するため、風下側の風力発電装置がウェイクの影響を受ける位置にある場合には、発電電力の減少や疲労強度の増加による寿命の低下が発生することになる。ピッチ角制御は、このようなウェイクの影響を低減するために複数の風力発電装置間の発電状態を制御するファーム制御にも適用されることが考えられる。
【０００８】
上記のように、ピッチ角制御では複数の制御機能を同時に実行することになるため、相互の制御機能間で干渉が発生し、重要な制御機能の動作に対して他の制御機能がそれに反する動作をして、重要な制御機能が有効に動作せずに発電が停止してしまう可能性がある。
【０００９】
このようなピッチ角制御の複数の制御機能に対して、例えば特許文献１では、「前記ブレードピッチ制御手段が、前記浮体運動検出手段の前記検出結果と前記ロータの回転状態の検出結果の重み付けを行い前記ロータの前記ブレードピッチを制御したことを特徴とする浮体式洋上風力発電施設の制御装置。」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２０１３−０６５３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の浮体式洋上風力発電施設の制御装置では、適切なタイミングで優先する制御機能を有効にすることができず、個々の制御機能を有効に動作させることが困難となるため、動作が不安定となって発電停止や発電効率が低下する可能性がある。
【００１２】
本発明の目的は、ピッチ角制御で複数の制御機能を同時に実行する際に、優先すべき制御機能御を確実に動作させて安定性を確保し、信頼性を向上させる風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する為に、本発明に係る風力発電装置は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードのピッチ角を複数の制御機能で制御するピッチ角制御装置と、前記ピッチ角制御装置における前記複数の制御機能に対する出力調整手段とを備え、前記ピッチ角制御装置は、風力発電装置の状態に基づいて前記複数の制御機能のうち優先する制御機能を選択し、前記出力調整手段は、前記優先する制御機能以外であって、前記複数の制御機能のいずれか一つ以上の制御機能についてピッチ角出力を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ピッチ角制御で複数の制御機能を同時に実行する際に、優先すべき制御機能御を確実に動作させて安定性を確保し、信頼性を向上させる風力発電装置を提供することが出来る。
【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る浮体式風力発電装置の構成概要を示す図である。
【図２】風力発電装置における発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、及びピッチ角の関係の一例を示す概略図である。
【図３】実施例１に係る風力発電装置のピッチ角制御部の概要を示すブロック図である。
【図４】実施例１に係るリミッタの入出力の関係の一例を示す概略図である。
【図５】実施例１に係る本発明適用有無における回転速度、回転速度制御ピッチ角、浮体振動制御ピッチ角、独立ピッチ制御ピッチ角及びピッチ角目標値の関係を示す概略図である。
【図６】実施例２に係る風力発電装置のピッチ角制御部の概要を示すブロック図である。
【図７】実施例２に係るゲインの入出力の関係の一例を示す概略図である。
【図８】実施例２に係る本発明適用有無におけるナセル傾斜角、浮体振動制御ピッチ角速度、回転速度制御ピッチ角速度、独立ピッチ制御ピッチ角速度、ピッチ角速度加算値及びピッチ角目標値の関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１８】
図１から図５を用いて、実施例１における風力発電装置について説明する。図１は、本発明を適用可能な浮体式風力発電装置全体の概略構成図である。
【００１９】
図１の風力発電装置１は、回転軸（図では省略）を有するハブ２と、ハブ２に取付けられた複数のブレード３とで構成される、回転可能なロータ４を備えている。ロータ４は、図示しない回転軸を介してナセル５により回転可能に支持されており、ロータ４の回転力をナセル５内の発電機６に伝達するようになっている。ブレード２が風を受けることでロータ４が回転し、ロータ４の回転力で発電機６を回転させて電力を発生させている。なお、ナセル５内にはナセル５の傾斜角を計測する傾斜角センサ７が備えられている。
【００２０】
発電機６内には、発電機トルクを調整可能な発電機トルク調整装置８を備えており、発電機トルクを変更することで、ロータ４や発電機６の回転速度や風力発電装置１の発電電力を制御することが可能である。また、発電機６内には、回転速度を検出するための回転速度センサ９や、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサ（図では省略）等も備えられている。
【００２１】
個々のブレード３は、風に対するブレード３の角度（ピッチ角）を調整可能なピッチ角調整装置１０を備えており、このピッチ角を変更することによりブレード３の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータ４の回転エネルギーを変更するようになっている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。
【００２２】
風力発電装置１において、ナセル５はタワー１１上に設置されており、タワー１１に対して回転可能な機構（図では省略）を有している。タワー１１は、ハブ２やナセル５を介してブレード３の荷重を支持するようになっており、浮体１２上に設置されている。浮体１２は、多方向に延ばされた複数の係留索１３によって洋上の所定位置に係留されている。
【００２３】
風力発電装置１はコントローラ１２を備えており、回転速度センサ９から出力される回転速度、傾斜角センサ７から出力されるナセル傾斜角、発電機６から出力される発電電力等に基づいてコントローラ１２で発電機トルク調整装置８とピッチ角調整装置１０を調整することで、風力発電装置１の発電電力や回転速度を調整する。
【００２４】
図１では、コントローラ１２はナセル５またはタワー１１の外部に設置するように図示されているが、ナセル５またはタワー１１の内部に配置してもよく、風力発電装置１の外部に設置することも可能である。
【００２５】
図２に、風力発電装置１の発電動作概要を示す。図２は、風速に対する発電電力、発電機の回転速度、発電機トルク及びピッチ角の関係を示しており、この図を用いて風力発電装置１の発電動作概要を説明する。各グラフの横軸は風速を示し、右側に行くほど風速が速くなる。また、各グラフの縦軸は上方に行くほど発電電力、回転速度、発電機トルクの各値が大きくなることを示している。ピッチ角に関しては、上方がフェザー（風を逃がす）側、下方がファイン（風を受ける）側となる。
【００２６】
発電は、ロータ４の回転を開始するカットイン風速Ｖinから回転を停止するカットアウト風速Ｖoutの範囲で行われ、風速Ｖｄまでは風速の増加に伴って発電電力値も増加するが、それ以上の風速では発電電力は一定となる。
【００２７】
コントローラ１２では、カットイン風速Ｖinから風速Ｖaまでは回転速度が一定（Ｗlow）になるように発電機トルクを制御し、回転速度が定格回転速度Ｗrat以下となる風速Ｖaから風速Ｖbまでの範囲では、風速に対する発電電力が最大になるように回転速度から発電機トルクを算出して制御を行う。風速Ｖbを超えて回転速度が定格回転速度Ｗratに達したら、定格回転速度Ｗratを維持するように発電機トルク及びピッチ角を制御する。基本的には、発電電力を確保するために、発電機トルクの制御を行う。発電機トルクの制御では、風速Ｖbから風速Ｖdの範囲で、風速に応じて発電機トルクを定格発電機トルクＱratになるまで変化させ、風速Ｖdからカットアウト風速Ｖoutまでの範囲では、定格発電機トルクＱratを保持し、その間の発電電力は定格発電電力Pratとなる。
【００２８】
ピッチ角の制御では、風速Ｖcまではピッチ角をファイン側Θminに保持し、風速ＶcからカットアウトＶoutの範囲で、風速に応じてピッチ角をファイン側Θminからフェザー側Θmaxまで変化させる。ただし、図２の例においては、風速Ｖcから風速Ｖdの範囲で発電機トルクとピッチ角の制御をオーバラップさせているが、これはＶc＝Ｖdとしてオーバラップをなくし、発電機トルクの制御とピッチ角の制御を独立に実行させるようにしてもよい。
【００２９】
図３は、本発明の実施例１における風力発電装置１のピッチ角制御部の一例の概要を示すブロック図である。実施例１のピッチ角制御装置１００は、コントローラ１２内に設けられており、回転速度制御部１０１、浮体振動制御部１０２、独立ピッチ制御部１０３、リミッタ１０４〜１０６、リミッタ制御部１０７、加算部１０８から構成される。
【００３０】
回転速度制御部１０１では、入力された回転速度を所定値に保つようにピッチ角を制御するようになっている。ピッチ角調整装置１０は、本来図２で説明したような回転速度制御のために設けられたものであり、ピッチ角制御で実施される複数の制御機能の中でも回転速度制御は、基本的に優先度の高い制御機能となる。特に強風などにより回転速度が定格回転速度を超えて過回転になると、装置保護のためのシャットダウン動作に移行して発電を継続できなくなる。そこで、回転速度が定格回転速度以上の所定の閾値に達して、過回転になりそうな場合には、迅速にピッチ角を制御してロータ回転速度を低下させることが重要となる。また、回転速度が閾値以下の場合でも浮体１２が振動してナセル５が風上側に大きく動いた場合には、ブレード３の相対風速が増大し、回転数が急上昇して過回転になる可能性があるため、ロータ回転速度を抑制するようなピッチ角制御による対応が必要である。
【００３１】
浮体振動制御部１０２では、ナセル傾斜角が入力され、ナセル振動のうち浮体振動に起因する振動を低減するようにピッチ角を制御する。浮体式風力発電装置では、浮体１２の振動によってブレード３の相対風速が変化し、それに対応してロータ４に加わるスラスト力も変化する。このスラスト力の変化によって浮体がさらに振動し、振動が増幅されていくネガティブダンピングが発生する。浮体振動制御では、浮体１２の動きとは逆方向にスラスト力を変化させるようにピッチ角を制御して、浮体１２の振動を低減させる。特に浮体１２の振動が増大して、振動幅が所定の閾値以上になると、危険であり発電を停止する必要があるため、優先的に振動を抑制するような、ピッチ角制御による振動増大時の対応が重要となる。
【００３２】
独立ピッチ制御部１０３では、ロータ４の回転角度位置であるアジマス角が入力され、ブレードの荷重を低減したりヨー方向の力を発生させたりするように、アジマス角に同期させて複数のブレードのピッチ角を個別に制御するようになっている。独立ピッチ制御の動作によって発電が停止することはないため、優先順位は高くないが、ブレード荷重低減等による装置長寿命化のためには、可能なかぎり動作させておくことが望ましい。
【００３３】
リミッタ１０４では回転速度制御部１０１から出力されるピッチ角を、リミッタ１０５では浮体振動制御部１０２から出力されるピッチ角を、またリミッタ１０６では独立ピッチ制御部１０３から出力されるピッチ角を、リミッタ制御部１０７から個別に設定されるリミット値で、個々に制限した値を出力する。
【００３４】
リミッタ制御部１０７では、入力される発電電力、回転速度、ナセル傾斜角から優先する制御機能を決定する。また、優先する制御機能を決定したら、回転速度制御部１０１、浮体振動制御部１０２及び独立ピッチ制御部１０３から出力される各ピッチ角の値に基づいて、優先する制御機能のピッチ動作と逆の方向の動作を抑制するように、リミッタ１０４〜１０６のリミット値を設定する。このようにすることで、優先する制御機能を確実に動作させることが可能になる。なお、常時優先する制御機能を決定して動作させることもできるが、他の制御機能の動作が不安定になる可能性がある。優先する制御機能の決定は必要となる期間のみに限定し、通常は各制御機能が並列に動作するようにすることが望ましい。
【００３５】
加算部１０８では、リミッタ１０４〜１０６から出力されるピッチ角を加算して、最終的なピッチ角目標値を算出する。
【００３６】
以下、回転速度が定格回転速度以上の所定の閾値以上に上昇し、回転速度制御の特に回転速度低減を優先することが必要になった場合について説明する。
【００３７】
図４に、実施例１におけるリミッタ１０４〜１０６の入出力の関係の一例を示す。図４の横軸はリミッタのピッチ角入力であり、縦軸はリミッタのピッチ角出力を示す。ピッチ角指令のリミッタへの入力がファイン側からフェザー側に変更されれば、それに従い、リミットが出力するピッチ角指令もファイン側からフェザー側に変更される。ただし、入力されるピッチ角が一定以上若しくは以下になった場合、フェザー側若しくはファイン側にそれ以上若しくはそれ以下のピッチ角を出力しないようにリミットが設定されている。
【００３８】
本実施例において、回転速度が上昇して回転速度制御の回転速度低減を優先する場合には、回転速度制御以外の制御部について回転速度の低減を妨害するピッチ角のファイン側への動きを制限するように、ファイン側リミット値をフェザー側に変更する。その際のリミッタ１０５及びリミッタ１０６のファイン側リミット値は、優先する制御機能が選択された時点での浮体振動制御部１０２及び独立ピッチ制御部１０３のピッチ角をそれぞれ設定する。このようにすることで、浮体振動制御及び独立ピッチ制御のピッチ角が、優先する制御機能が選択された時点よりもファイン側に変化することがなくなり、回転速度制御が有効に動作して回転速度を迅速に低下させることができる。
【００３９】
ロータの回転速度が所定の閾値以下になった場合、リミッタ１０５及びリミッタ１０６のファイン側リミット値を通常時の値に戻す。つまり、ピッチ角制御部内のいずれかの制御機能を優先するモードへの変更は、風力発電装置のパラメータ（例えば風速、ロータ回転速度、タワーの振動、ナセルに設置された加速度計の検出値、接続された系統状態、若しくはそれらの予兆的数値等）が所定の条件を満たした場合に生じ、パラメータが同じ若しくは異なる条件になると正常に戻ったと判断し、いずれかの制御機能を優先するモードを停止して、ピッチ角制御の制限状態を通常の状態に戻す。
【００４０】
図５は、実施例１における発明の効果を示す概要図である。図５の横軸は時刻を示し、縦軸は図上方より回転速度、回転速度制御ピッチ角、浮体振動制御ピッチ角、独立ピッチ制御ピッチ角及びピッチ角目標値を示す。また、図５の回転速度、浮体振動制御ピッチ角、独立ピッチ制御ピッチ角及びピッチ角目標値に示す破線は、本実施例を適用しない場合の結果であり、実線が本実施例を適用した場合の結果を示している。
【００４１】
図５は、風速の変化によって回転速度が急速に上昇した例であり、回転速度制御のピッチ角はフェザー側に変化して回転速度を低減させようとしている。本実施例を適用しない場合には、回転速度が上昇中にも浮体振動制御や独立ピッチ制御のピッチ角がファイン側に変化しているため、回転速度の低減が遅れて過回転になる可能性がある。
【００４２】
それに対して、本実施例を適用した場合には、回転速度が閾値を超えるＴ1からＴ2の間、浮体振動制御や独立ピッチ制御のピッチ角のファイン側への変化が制限されるため、回転速度が迅速に低減して、過回転を回避することが可能になる。
【００４３】
なお、上記実施例において、リミッタ１０５及びリミッタ１０６のファイン側リミット値を制御機能が選択された時点での各制御のピッチ角としたが、これは各制御のピッチ角が設定したリミット値よりフェザー側に変化した場合に更新するようにしてもよく、各制御のピッチ角に関わらず所定の値を設定するようすることもできる。また制限する制御機能が複数ある場合は、重要度に応じ異なるリミット値を設定することもできる。さらに、リミッタの機能としてファイン側のリミット値とせず、上述の制御期間にある間固定値に制限することでも、ロータ回転速度低減を優先した制御にできる。ただしその場合、他の制御がファイン寄りになったときのロータ回転速度低減効果を得ることができない。
【００４４】
また、前述のように、回転速度が閾値以下の場合でも浮体１２が振動してナセル５が風上側に大きく動いた場合には、ブレード３の相対風速が増大し、ロータの過回転が生じる場合がある。それに対応するために  ブレードの回転速度が上述の回転速度低減を優先する所定の第１の回転速度以下の状態であっても、所定の第２の回転速度を超え、かつ風力発電装置のタワーを曲げる方向への振動により風上側への移動速度が所定以上になった場合に、予防的に優先する制御機能として前記ブレードの回転速度を制御する機能を選択し、ピッチ角を確実にフェザー側へ変化させるように、他の機能を制限することができる。
【実施例２】
【００４５】
図６から図８を用いて、実施例２における風力発電装置について説明する。なお、実施例１と重複する点については詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６は、本発明の実施例２における浮体式風力発電装置１のピッチ角制御部の一例の概要を示すブロック図である。実施例２のピッチ角制御装置２００は、コントローラ１２内に設けられており、回転速度制御部２０１、浮体振動制御部２０２、独立ピッチ制御部２０３、ゲイン２０４〜２０６、ゲイン制御部２０７、加算部２０８、ピッチ角演算部から構成される。
【００４７】
回転速度制御部２０１、浮体振動制御部２０２及び独立ピッチ制御部２０３は、実施例１の回転速度制御部１０１、浮体振動制御部１０２及び独立ピッチ制御部１０３のそれぞれと基本的機能は同じであるが、出力としてピッチ角ではなくピッチ角速度を出力する点が異なる。
【００４８】
ゲイン２０４〜２０６は、それぞれ回転速度制御部２０１、浮体振動制御部２０２及び独立ピッチ制御部２０３から出力されるピッチ角速度のゲインであり、フェザー側移動に対応するフェザー側ゲインＫfeと、ファイン側移動に対応するファイン側ゲインＫfiとに分かれておいる。各ゲイン値はゲイン制御部２０７によって個別に設定されており、通常はどちらも１（増減なし）になっている。
【００４９】
ゲイン制御部２０７では、入力される発電電力、回転速度、ナセル傾斜角から優先する制御機能を決定し、ゲイン２０４〜２０６のゲイン値を設定する。その際に、優先する制御機能のピッチ角速度と逆方向のピッチ角速度のゲインを、通常の値より小さな値（＜１）に変更することで、優先する制御機能に反する動きを制限することができ、優先する制御機能を確実に動作させることが可能になる。
【００５０】
加算部２０８では、ゲイン２０４〜２０６から出力されるピッチ角速度を加算する。ピッチ角演算部２０９では、加算部２０８で加算されたピッチ角速度を積分してピッチ角に変換し、最終的なピッチ角目標値を出力する。
【００５１】
以下、浮体振動の振幅が所定の閾値以上に増大し、浮体振動制御を優先することが必要になった場合について説明する。
【００５２】
図７に、実施例２におけるゲイン２０４及びゲイン２０６の入出力の関係の一例を示す。図７の横軸はゲインのピッチ角速度入力、縦軸はゲインのピッチ角速度出力であり、浮体振動制御のピッチ角速度がフェザー側の場合を示す。浮体振動が増大して浮体振動制御を優先する場合には、それ以外の制御部による浮体振動の低減を妨害するファイン方向のピッチ角の動きを制限するように、ゲイン２０４及びゲイン２０６のファイン側ゲインＫfiが１より小さくなるように低減する。このようにすることで、浮体振動制御によるピッチ角の移動方向と反する、回転速度制御及び独立ピッチ制御のピッチの移動を抑制でき、浮体振動制御が有効に動作して浮体振動を迅速に低減させることができる。
【００５３】
図８は、実施例２における発明の効果を示す概要図である。図８の横軸は時刻を示し、縦軸は図上方よりナセル傾斜角、浮体振動制御ピッチ角速度、回転速度制御ピッチ角速度、独立ピッチ制御ピッチ角速度、ピッチ角速度加算値及びピッチ角目標値を示す。また、図８のナセル傾斜角、回転速度制御ピッチ角速度、独立ピッチ制御ピッチ角速度、ピッチ角速度加算値及びピッチ角目標値に示す破線は、本実施例を適用しない場合の結果であり、実線が本実施例を適用した場合の結果を示している。
【００５４】
図５は、風速や波の変化によって浮体振動が急速に増大した例であり、浮体振動制御のピッチ角速度はナセル傾斜角に応答して浮体振動を低減させようとしている。本実施例を適用しない場合には、回転速度制御や独立ピッチ制御のピッチ角速度が、浮体振動制御のピッチ角速度と反する動きをする場合があるため、浮体振動の低減が遅れている。
【００５５】
それに対して、本実施例を適用した場合には、浮体振動の振幅が閾値を超えるＴ1以降、回転速度制御や独立ピッチ制御のピッチ角速度の浮体振動制御のピッチ角速度と反する変化が制限されるため、浮体振動を迅速に低減することが可能になる。なお、各制御に対するゲイン値は個別に設定可能である。図８の例では、優先順位の高い回転速度制御はゲイン値を１／２にして動作の不安定化を防ぐようにし、優先順位が低く動作が不安定になる可能性の低い独立ピッチ制御のゲイン値は０に設定している。
【００５６】
上記実施例においては、浮体式風力発電装置について記載しているが、本発明は陸上や着床式風力発電装置にも適用可能である。具体的には、陸上や着床式であっても、ロータの過回転やタワーの曲げによる振動の課題があり、本発明はこれらに適用可能である。また、本発明の対象とする制御機能は上記実施例に記載のものに限定されず、ピッチ角制御によって実現される制御機能であれば本発明を適用することができる。さらに、ピッチ角の動きを抑制するための出力調整手段として、リミッタ又はゲインを使用しているが、それ以外の出力調整手段を使用することも可能である。また、種類の異なる複数の出力調整手段を備えておき、それらを同時に使用したり、状況に応じて切り替えて使用したりすることもできる。
【００５７】
本実施例は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本実施例を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…浮体式風力発電装置、２…ハブ、３…ブレード、４…ロータ、５…ナセル、６…発電機、７…傾斜角センサ、８…発電機トルク調整装置、９…回転速度センサ、１０…ピッチ角調整装置、１１…タワー、１２…コントローラ、１３…浮体、１４…係留索、１００，２００…ピッチ角制御装置、１０１，２０１…回転速度制御部、１０２，２０２…浮体振動制御部、１０３，２０３…独立ピッチ制御部、１０４〜１０６…リミッタ、１０７…リミッタ制御部、１０８、２０８…加算部、２０４〜２０６…ゲイン、２０７ゲイン制御部、２０９…ピッチ角演算部。
【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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