(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン用の運動コントローラであって、
前記コントローラが、前記浮体式風力タービンのヨー方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されており、
前記コントローラが、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／または前記ヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を含んでおり、
前記コントローラは、第一の調節の取得にあたって、前記浮体式風力タービンのロータ軸方向の運動に対抗するために前記複数のロータブレードのすべてについて動的かつ総合的なピッチ角度を算出し、第二の調節を取得するにあたって、前記浮体式風力タービンのヨー運動に対抗するために前記複数のブレードの各々について動的かつ個々のブレードピッチ角度を算出し、第三の調節を取得するにあたって、前記浮体式風力タービンの前記ロータブレードの面における運動に対抗するために前記複数のブレードの各々についての動的かつ個々のブレードピッチ角度および／またはロータトルクの変化量を算出し、前記第一の調節、前記第二の調節および前記第三の調節を組み合わせて前記浮体式風力タービンのロータ軸方向運動、ヨー運動および前記ロータブレードの面における運動を同時に制御するように構成される、運動コントローラ。
【請求項２】
前記コントローラが前記ヨーオフセット角度の微分に比例する制御動作を有していない、請求項１に記載の運動コントローラ。
【請求項３】
前記ヨーオフセット角度がある閾値角度を上まわる場合にのみ前記コントローラが動作するように構成されてなる、請求項１または２に記載の運動コントローラ。
【請求項４】
前記コントローラが、これら複数の運動のうちの少なくとも１つの運動に対して減衰力を提供するように、前記浮体式風力タービンの運動速度に対する位相に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されてなる、請求項１に記載の運動コントローラ。
【請求項５】
前記コントローラが、復元力を提供するように、前記浮体式風力タービンの運動変位に対する位相に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されてなる、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の運動コントローラ。
【請求項６】
前記コントローラが、前記ロータブレードの面における運動を制御するために、前記ロータに加えられる荷重トルクを制御するようにさらに構成されてなる、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の運動コントローラ。
【請求項７】
前記コントローラへの入力が、前記浮体式風力タービンの前記運動の速度の測定結果に基づくように構成されてなる、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の運動コントローラ。
【請求項８】
前記コントローラが前記速度の入力でローパスフィルタを用いてなる、請求項６に記載の運動コントローラ。
【請求項９】
複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン構造体を制御する方法であって、
前記浮体式風力タービン構造体のヨー運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含んでおり、
ブレードピッチ角度調節が、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／または前記ヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を有するコントローラを用いて算出され、
前記コントローラは、第一の調節の取得にあたって、前記浮体式風力タービンのロータ軸方向の運動に対抗するために前記複数のロータブレードのすべてについて動的かつ総合的なピッチ角度を算出し、第二の調節を取得するにあたって、前記浮体式風力タービンのヨー運動に対抗するために前記複数のブレードの各々について動的かつ個々のブレードピッチ角度を算出し、第三の調節を取得するにあたって、前記浮体式風力タービンの前記ロータブレードの面における運動に対抗するために前記複数のブレードの各々についての動的かつ個々のブレードピッチ角度および／またはロータトルクの変化量を算出し、前記第一の調節、前記第二の調節および前記第三の調節を組み合わせて前記浮体式風力タービンのロータ軸方向運動、ヨー運動および前記ロータブレードの面における運動を同時に制御するように構成される、方法。
【請求項１０】
前記ブレードピッチ角度調節が、前記ヨーオフセット角度の微分に比例する制御動作を含まないコントローラを用いて算出される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ヨーオフセット角度がある閾値角度を上まわる場合にのみ前記ブレードピッチ角度が調節される、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が、前記ロータブレードの面における運動も制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含む、請求項９、１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が、これら複数の運動のうちの少なくとも１つの運動に対して減衰力を提供するように、前記浮体式風力タービンの運動速度に対する位相に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が、復元力を提供するように、前記浮体式風力タービンの運動変位に対する位相に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含む、請求項９乃至１３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、前記ロータブレードの面における運動を制御するために、前記ロータに加えられる荷重トルクを制御することを含む、請求項９乃至１４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が、前記浮体式風力タービンの前記運動の速度の測定結果を前記コントローラへ入力することを含む、請求項９乃至１５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、前記速度の入力でローパスフィルタを用いることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１乃至８うちのいずれか一項に記載のコントローラ、または、請求項９乃至１７のうちのいずれか一項に記載の方法により制御されるコントローラを備えてなる、浮体式風力タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮体式風力タービンの運動を制御することに関するものである。より詳細には、本発明は、浮体式風力タービン設備のロータブレードのピッチ角度を制御することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン設備は、通常、細長いタワーを含む支持構造体、この支持構造体の上端に取り付けられるナセルおよびロータを備えている。一般的に、発電機およびそれに付随する電子機器はナセル内に配置されている。
【０００３】
陸地または海底に固定するようになっている固定ベース式風力タービンが定着している。
【０００４】
しかしながら、最近、浮体式風力タービンの開発が望まれており、さまざまな構造が提案されている。一例としては、従来の風力タービン構造をプラットフォームまたはいかだのような構造の如き浮遊ベースにマウントした風力タービン設備が挙げられる。他の提案には「円柱浮標」タイプの構造がある。このような構造は、ロータをその上部にマウントした細長い浮遊支持構造から形成されている。この支持構造は、単一構造であってもよいしまたは標準的なタワーをその上にマウントする細長い下部構造であってもよい。
【０００５】
浮体式風力タービン設備は、それらを所望の設置位置に保持するために、たとえば、アンカーを備えた１つ以上の係留索を介して海底に繋ぐようになっていてもよいし、または、１つ以上の連結式（蝶番式）の脚部を用いて海底に取り付けるようになっていてもよい。
【０００６】
着床式風力タービンは、一方の端部で陸地に堅固に固定されているので、風速または風向の変化による作用を受けるような場合、一端のみが固定されている部材（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ  ｍａｓｓ）のように動作し、曲げられ振動するようになる。これらの運動は、振幅が小さいが周波数が高い、すなわち、これらは小さくて速い運動である。それに対して、浮体式風力タービンは、陸地に堅固に固定されていないので、細長い構造全体が剛体のように運動することができる。
【０００７】
浮体式風力タービンが風速又は波の変化により生じる力から作用を受ける場合、全体の構造は水中を動き回るようになる。これらの運動は、振幅は大きいが周波数は比較的低い、すなわち、大きくゆっくりした運動である。（これらの運動は、タービン自体の回転周波数よりもはるかに低いという意味で低周波数である。）生じる運動としては、線形の垂直方向（上／下）運動であるヒーブ（ｈｅａｖｅ）、線形の横方向（側面から側面）運動であるスウェイ（ｓｗａｙ）、線形の縦（前／後）運動であるサージ（ｓｕｒｇｅ）、水平（前／後）軸線を中心とした本体の回転であるロール（ｒｏｌｌ）、横方向（側面から側面）軸線を中心とした本体の回転であるピッチ（ｐｉｔｃｈ）、および垂直軸線を中心とした本体の回転であるヨー（ｙａｗ）が挙げられる。
【０００８】
状況によっては、これらの運動は、風力タービンの全体的な効率またはパワー出力を削減させてしまう場合もあれば、さらに、風力タービンの構造を損傷もしくは脆弱なものにしうるまたは浮体式風力タービンの運動を不安定なものにしうる過剰な構造的ストレスを生じてしまう場合もある。したがって、これらの剛体運動を制御することが望まれている。
【０００９】
国際公開第２００７／０５３０３１号公報（ＷＯ２００７／０５３０３１）および国際公開第２０１０／０７６５５７号公報（ＷＯ２０１０／０７６５５７）には、共振するサージ運動およびピッチ運動（軸運動）を減衰させるように構成されたコントローラを備えた浮体式風力タービンが開示されている。
【００１０】
従来の風力タービンでは、ロータブレードのピッチ角度はパワー出力の調節のために制御するようになっている。ある風速（この風速を風力タービンの定格風速と呼ぶ）を下まわる風の中で動作している場合、ピッチ角度は最大パワー出力を提供する角度でほぼ一定に保たれる。それに対して、定格風速を上まわる風速で動作している場合、ブレードピッチ角度は一定のパワー出力を生じかつ発電機および／またはその付随の電子機器を破損してしまう恐れのある過剰に高いパワー出力を回避するように調節される。この一定の出力を風力タービンの定格出力と呼ぶ。
【００１１】
定格風速を下まわる風速で動作している場合、ブレードピッチ角度がほぼ一定に保たれているので、ロータに作用する推力は風速とともに上昇する（推力はロータに対する風速の平方にほぼ比例する）。したがって、軸方向の運動（これは相対的な風速を増大させる）は減衰される。
【００１２】
それに対して、定格風速を上まわる風速で動作している場合、ブレードピッチ角度は、一定のパワー出力を提供するために、風速の上昇とともにロータに対する推力を減少させるように調節される。風速が上昇するにつれて、ブレードピッチ角度は、推力を減少させるために増大される、すなわち風向に対してもっと平行になる。
【００１３】
一定のパワー出力のための上述のピッチ角度制御を用いて、ブレードピッチ角度は、ロータのトルクまたは速度が上昇した場合に、ロータに作用するトルクを削減して推力を削減することにより一定のパワーを維持するように調整される。しかしながら、推力が削減されるにつれて、風力タービンの振動に作用する減衰力（ｄａｍｐｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）も削減され、負の値になってしまうこともある。換言すれば、振動が悪化して振幅が増大してしまう場合もある。このことは、相対的な風速にさらなる変化をもたらし、ブレードピッチ角度のさらなる調節をもたらし、振動をさらに大きくしてしまうことになる。風力タービンが風から離れていくような場合には、逆のことが生じ、振動をさらに悪化させてしまう。このことは負の減衰（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｄａｍｐｉｎｇ）として知られている。
【００１４】
国際公開第２００７／０５３０３１号公報および国際公開第２０１０／０７６５５７号公報は、定格風速を上まわる風速で生じる負の減衰の問題に対処し、軸方向の共振低周波運動を削減するように構成されたタービン制御装置について開示している。このことは、軸方向に減衰力および／または復元力を生じさせるようにブレードピッチ角度を総合的に調節することにより達成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０５３０３１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０７６５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ナセルの風方向（または、ナセルが風に向かっている場合の軸方向）の運動に加えて、ロータの面内の運動、すなわち面内運動（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｍｏｔｉｏｎｓ）（プラットフォームのスウェイおよびロールを組み合わせたもの）ならびにヨー運動（垂直軸を中心とする回転）が生じる可能性がある。スウェイ運動およびロール運動を組み合わせたものはたとえば空気力学的なまたは発電機のトルクの変化により励振（ｅｘｃｉｔｅｄ）されうるし、ヨー運動はたとえば風に逆らうタービンの伴流効果に起因するロータ円盤に対する不均一な流れにより励振されうる。サージ運動およびピッチ運動とは異なり、スウェイ運動、ロール運動およびヨー運動は通常不安定な運動ではない。しかしながら、定格風速を下まわるおよび上まわる風速では、非常に大きな振幅の運動が励振される恐れがある。これらの運動は、タービンのサイズが従来のタービンのサイズを超えてしまう場合にとくに問題となる。
【００１７】
風荷重の周波数がスウェイ、ロールおよびヨーの固有周波数よりも著しく高い場合、慣性効果によりプラットフォーム運動応答（ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｍｏｔｉｏｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が小さくなる。それに対して、励振周波数（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が固有周波数よりもはるかに低ければ、準静的運動応答（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｃ  ｍｏｔｉｏｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が生じる。この運動応答は流体静力学的および機械的な（係留の（ｍｏｏｒｉｎｇ））復元力により制限される。したがって、浮体式風力タービンは、固有周波数が励振周波数の範囲外となるように構成されているのが一般的である。しかしながら、このことが必ずしも可能だとは限らない。励振力がロール、スウェイまたはヨーの固有周波数のうちのいずれかに近い周波数を有しているような場合、大きくて望ましくない運動応答が生じてしまう恐れがある。このことは、上述の運動モードの減衰がわずかな場合、たとえば共振応答の制限に十分足りる大きな空気力学的または流体静力学的な減衰が存在していないような場合にとくに当てはまる。場合によっては、たとえばヨー運動についていえば、励振が固有周波数にそれほど近くなくとも大きな運動が生じてしまうような場合もある。
【００１８】
欧州特許第２４８９８７２号公報（ＥＰ２４８９８７２）には、風力タービンの各ロータブレードのブレードピッチ角度を個々に制御するためのブレードピッチシステムを有する風力タービンが開示されている。この風力タービンは、ヨーレート（ヨー方向の角度の変化速度）センサーと、ピッチングコマンドを算出する演算ユニットとを備えている。このピッチングコマンドは、ヨーレートに起因して回転により（ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃａｌｌｙ）ブレードに対して誘発される荷重を減衰させる空気力学的な力をブレードに対して生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第一の態様によれば、本発明は、複数のロータブレードを備えた浮体式風力タービン用の運動コントローラを提供し、かかるコントローラは、浮体式風力タービンのヨー方向の運動を制御する正味の力（ｎｅｔ  ｆｏｒｃｅ）を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成され、またかかるコントローラは、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／またはヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を含んでいる。
【００２０】
かかるコントローラは、ヨーオフセット角度の微分に比例する制御動作を有していてもよい。しかしながら、好ましくは、制御動作は、ヨーオフセット角度の微分に比例する制御動作ではない。
【００２１】
上述の軸方向の運動を減衰するための原理は、複数のタービンブレードの総合的なピッチ角度調節に基づくものである。タービンに向かう流れが均一であると仮定すると、非軸方向（たとえば、ヨー方向または面内方向）の力は生じない。ブレードは、軸方向の共振運動に正の減衰力、すなわち共振に近い周波数範囲のタービンの軸方向速度とは反対方向の力を与えるようにピッチ角度が変更される。
【００２２】
本発明の発明者らは、ロータブレードの個々のおよび／または独立した動的なピッチング（すなわち、ピッチ角度の変更）により軸方向以外の方向の力、たとえばヨー力（および面内力）が誘発される場合があることに気づいた。
【００２３】
浮体式風力タービンの剛体運動はロータ回転の周期と比較して長い固有の周期を有している。このことは、浮体式風力タービンの剛体運動をブレードのピッチングの適切な振幅、周波数および位相により正確に制御可能であることを意味している。
【００２４】
定格風速を上まわるまたは下まわる風速では、運動制御（ｍｏｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いてもよい。
【００２５】
コントローラはヨー方向の運動を制御するように構成されている。この運動は、たとえばロータ円盤に対する空気流の不均一さにより引き起こされると考えられている。風力タービンの効率に影響を与えるまたはアンカー構造の如き構造に損傷を与えるおそれのある浮遊本体のヨー運動を制御できることが望ましい。
【００２６】
ヨー運動制御は、ヨー偏位（変位）および場合によってはヨー速度を制御する垂直軸まわりの回転力を生じさせるようにロータブレードを個々にピッチングすることにより達成されてもよい。このことは、ロータサイクルの一方側を通るときにさらなるブレード角度を提供し、ロータサイクルの他方側を通るときにそれに対応するさらなる負のブレード角度を提供するようにブレードピッチ角度を動的に調節することにより達成されてもよい。これは、連続的で段階的な変更であってもよい。ヨー運動に応じてこの力を変えることにより、ヨー運動を所望の値または所望の閾値内に制御することができる。この所望の値は、通常、ロータが風に面している、すなわちロータの軸が風向に対して平行になるヨー位置のことである。所望の閾値は、所望の値の±３°であっても、±４°であっても、±５°であっても、±６°であっても、±７°であってもまたは±８°であってもよい。たとえば、閾値は３〜８°または４〜６°であってもよい。
【００２７】
コントローラは、比例−積分−微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）、すなわち比例制御動作、積分制御動作および／または微分制御動作を有するコントローラであってもよい。これらの制御動作は、絶対的なまたは実際のヨー値と所望のヨー値（通常は、風力タービンのロータ軸が風向に対して平行となるヨー位置）との間のヨー角度として定義されうるヨーオフセット値に対するものである。ＰＩＤコントローラは、積分制御動作および微分制御動作がない場合に比例コントローラ（Ｐコントローラ）、比例制御動作および微分制御動作がない場合に積分コントローラ（Ｉコントローラ）、微分制御動作がない場合に比例−積分コントローラ（ＰＩコントローラ）など（他のすべての組み合わせ）と呼ばれてもよい。
【００２８】
好ましくは、本発明は、ＰＩコントローラである。これら比例制御動作および／または積分制御動作はヨーオフセット値（実際のヨー位置と所望のヨー位置との間の角度でありうる）に対するものであってもよい。効果的なコントローラは、（ヨーオフセット角度に対する）比例制御動作のみまたは積分制御動作のみを有しているコントローラを用いて達成することができる。しかしながら、（ヨーオフセットに対して）比例制御動作および積分制御動作の両方を用いるとさらに正確な運動制御を達成することが可能である。それに代えて、比例制御動作のみであることが望ましい制御スキームがある場合もある。
【００２９】
運動コントローラは、通常、微分制御動作のみを用いる。というのも、運動を制御するよりも運動を減衰するのが通常行われる慣行であるからである。
【００３０】
本発明は、比例ヨー運動制御動作、積分ヨー運動制御動作および微分ヨー運動制御動作を組み込む制御スケジュールを備えていてもよい。この制御スケジュールは次の式で表される。
【００３１】
【数１】
0006537069.tif 000002
【００３２】
この式で、βｒｅｆ，ｉは、ブレードｉのブレードピッチ角度基準信号であり、βｃは、すべてのブレードの総ブレードピッチ角度基準信号（場合によってはアクティブピッチ運動減衰制御（ａｃｔｉｖｅ  ｐｉｔｃｈ  ｍｏｔｉｏｎ  ｄａｍｐｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を含む）であり、βｉｙはブレードｉのさらなるヨー個別ブレードピッチ角度基準信号（ｙａｗ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｂｌａｄｅ  ｐｉｔｃｈ  ａｎｇｌｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）である。βｉｙは次の式で表されると場合がある。
【００３３】
【数２】
0006537069.tif 000003
【００３４】
0006537069.tif 000004
【００３５】
任意選択的に、微分コントローラ利得Ｋｖｙは０に設定してもよい。換言すれば、コントローラは微分制御動作を有していなくとも効果的な場合もある。それに加えて、積分コントローラ利得または比例コントローラ利得を０に設定してもよい（したがって、比例制御動作のないまたは積分制御動作のない場合もある）。
【００３６】
本発明の発明者らは、ヨー運動が風領域の変化にともなってゆっくりと変動するので、比例制御動作および積分制御動作が浮体式風力タービンのコントローラのヨー運動の制御には効果的であることを見出している。したがって、微分制御動作の効果は無視できる程度のものであり、発明者らは、効果的なヨーコントローラは、比例コントローラ動作および／または積分コントローラ動作（ヨーオフセット、すなわちヨー絶対値と所望のヨー値との間の角度の比例および積分）を用いることにより提供可能であること、また、微分制御動作は不可欠なものではないことを見出している。
【００３７】
たとえば、微分制御動作はシステムの所望の基準に対するシステム応答の急激な変化に対応するために適用され、比例制御動作はシステムの所望の基準に対するシステム応答のよりゆっくりとした変化および偏位に対応するために適用され、また、積分制御動作は、定常状態でシステム応答とシステムの所望の基準との間のオフセットが０でないことを回避するために適用される。
【００３８】
コントローラは、ヨー運動を所望のヨー基準値θｒｅｆ、すなわち所望のヨー位置に制御するように構成されていてもよい。このことは、次の制御変数により達成されてもよい。
【００３９】
【数３】
0006537069.tif 000005
【００４０】
この式で、θは実際のヨー位置である。通常、所望のヨー基準値とは、ロータが風に面する、すなわちロータ軸が風向に対して平行となるときの位置のことである。
【００４１】
上述の式の中にこの制御変数を挿入すると次の式が得られる。
【００４２】
【数４】
0006537069.tif 000006
【００４３】
次いで、コントローラは、ヨー運動を所望の基準値へ制御する。
【００４４】
コントローラは、ヨー絶対値（ａｂｓ（θ））がある限度値を超えた場合、すなわちａｂｓ（θ））＞θｌｉｍｉｔ＞０の関係を満たす場合にのみヨー運動を制御するように構成されていてもよい。たとえば、このことは次の制約条件を有する次の制御変数により達成される。
【００４５】
【数５】
0006537069.tif 000007
【００４６】
この制御変数を上述の式の中に挿入すると次の式が得られる。
【００４７】
【数６】
0006537069.tif 000008
【００４８】
次いで、このコントローラは、たとえば、ヨーオフセット、すなわち所望の位置と実際の位置との間の角度が、閾値角度よりも大きい場合にのみヨー運動を制御するように構成されている。
【００４９】
コントローラは、ヨー運動を制御するものの面内運動は制御しないように構成されてもよい。（これは、アンカー構造の如き他の手段により受け入れ可能であってもよいしまたは制御されてもよい）。コントローラはヨー運動を制御するように構成されてもよい。
【００５０】
それに代えて、コントローラは面内方向の運動を制御するようにも構成されてもよい。面内方向の運動は、ロール運動とスウェイ運動とを組み合わせたものに起因するものであり、たとえば空気力学的または発電機トルクの変化により引き起こされる。風力タービンの効率に影響を与える恐れのある、または、より厳しい場合には浮体式風力タービンを損傷する恐れのある、浮遊本体の横方向の運動を制御できることが望ましい。
【００５１】
第二の態様によれば、本発明は複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン用の運動コントローラを提供し、かかるコントローラは、浮体式風力タービンのヨー方向および面内方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されている。
【００５２】
本発明の第二の態様は、本発明の他の態様に関連して説明されている特徴のうちの１つ以上と組み合わされてもよい。
【００５３】
面内制御は、たとえば、面内速度および／または面内偏位（変位）に対抗するロータ面方向の力を生じさせるようにロータブレードを個々にピッチングすることにより達成される。このことは、たとえば、ブレードがロータサイクルの上半部にある場合にさらなるブレード角度が提供され、ブレードがロータサイクルの下半部にある場合にそれに対応するさらなる負のブレード角度が提供されるようにブレードのピッチ角度を動的に調節することにより達成される。たとえば、ピッチ角度は、ロータサイクルの上半部においてブレードピッチ角度を徐々に増大させ次いで減少させ、ロータサイクルの下半部においてブレードピッチ角度を徐々に減少させ次いで増大させるように、回転中に連続してかつ徐々に調整されてもよい。好ましくは、ロータサイクルの上半部を通る時にさらなるブレード角度を提供し、ロータサイクルの下半部を通る時にそれに対応する負のブレード角度を提供することより、正味の面内力が提供される。さらなるブレードピッチ角度の振幅を変えること、すなわち面内運動の固有周波数に等しい周波数に応じて力を変えることにより、正味の減衰効果を得ることができる。
【００５４】
コントローラは軸方向の運動を制御するようにさらに構成されてもよい。軸方向の運動は、サージ運動とピッチ運動とを組み合わせたものに起因し、たとえば軸方向の力を引き起こす風速の変化により引き起こされると考えられる。上述のように、状況によっては、この力は深刻な不安定運動をもたらす場合もある。この制御は、この運動に対抗する軸方向の力をロータに生じさせるようにロータブレードを動的にかつ総合的にピッチングすることにより達成される。
【００５５】
軸方向以外の方向の運動制御は、軸方向の力に対して最小限の影響しか及ぼさないので、軸方向の運動のための制御と組み合わせて用いることができることが分かっている。
【００５６】
好ましくは、コントローラは、浮体式風力タービンの複数の方向の運動を、それらが並進であろうとまたは回転であろうと、同時に制御するように構成される。たとえば、かかる制御は、ヨー運動に加えて面内運動および／または軸方向の運動の制御であり、面内運動、ヨー運動および軸方向の運動を同時に制御するようになっていてもよい。
【００５７】
本発明のある実施形態にかかる制御システムを設計する場合には、ほとんどの場合においてナセルのヨー運動、水平方向のロータ面内運動（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｉｎ−ｒｏｔｏｒ−ｐｌａｎｅ  ｍｏｔｉｏｎ）および水平方向の軸方向運動（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ−ａｘｉａｌ  ｍｏｔｉｏｎ）がほとんど直交していると仮定してもよい。換言すれば、これらの方向のうちの１つの方向に力を加えることが他の方向に対してわずかな影響しか及ぼさないと仮定してもよい、すなわち、相互作用の影響は無視できる程度であると仮定される。しかしながら、この仮定は不可欠なものではなく、もっと進んだ制御では、異なるモードの運動間のカップリング効果を考慮に入れることが可能となっている。
【００５８】
同時制御は、上述の複数の運動の各々を制御するためにブレードのそれぞれについて必要なブレードピッチ角度を求め、そして、動的総変化量を算出するために個々のブレードの角度の成分の各々を組み合わせることにより達成されてもよい。
【００５９】
好ましくは、コントローラは、第一の調節の取得にあたって、浮体式風力タービンの軸方向の運動に対抗するために複数のロータブレードのすべてについて動的かつ総合的なピッチ角度を算出し、第二の調節を取得するにあたって、浮体式風力タービンのヨー運動に対抗するために複数のブレードの各々について動的かつ個々のブレードピッチ角度を算出し、第三の調節を取得するにあたって、浮体式風力タービンの面内運動に対抗するために複数のブレードの各々についての動的かつ個々のブレードピッチ角度および／またはロータトルクの変化量を算出し、第一の調節、第二の調節および第三の調節を組み合わせて浮体式風力タービンの軸方向運動、ヨー運動および面内運動を同時に制御するように構成される。
【００６０】
好ましくは、コントローラは、減衰力を提供するように浮体式風力タービンの面内運動速度および／または軸方向運動速度に対する位相変化に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成される。
【００６１】
それに加えてまたはそれに代えて、コントローラは、復元力を提供するように浮体式風力タービンのヨー運動変位、面内運動変位および／または軸方向運動変位に対する位相の変化に合わせて各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成される。
【００６２】
減衰力とは、運動偏位（変位）に対抗するように作用する復元力とは反対に運動速度に対抗する力のことを意味する。
【００６３】
この力が減衰力を生じさせるために運動速度と同位相になるようにまたは復元力を生じさせるために運動偏位（変位）と同位相になるように、運動速度に対するロータブレードのピッチ角度運動の位相を変えることができる。コントローラは減衰力と復元力との間のバランスを最適にするようにチューニングされてもよい。このことを複数の運動（ヨー運動、面内運動および／または軸方向運動）の各々について達成するようになっていてもよい。
【００６４】
任意選択的に、コントローラは、面内方向の運動を制御するためにロータに加えられる荷重トルクを制御するようにさらに構成される。換言すれば、コントローラは、ロータの回転に対する抵抗を制御するように構成されてもよい。すなわち、このことは、与えられた風速およびブレードピッチ角度についてロータ速度を制御することができるということを意味する。この荷重は発電機の荷重のことであってもよい。
【００６５】
このことは、ブレードピッチ角度を調節することを必要とすることなく面内運動を制御する方法を提供している。このことは、より効率的なシステムまたは面内運動のより正確な制御をもたらすことを可能とする。
【００６６】
このことは、ロータ面内タワー速度（ｉｎ−ｒｏｔｏｒ  ｐｌａｎｅ  ｔｏｗｅｒ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）に比例するさらなる構成要素を発電機トルク基準信号内に有するように元の発電機トルク制御システムを修正することにより達成されてもよい。
【００６７】
発電機トルクを制御することによる面内運動の制御は、ブレードのピッチチングを個々にかつ動的に行うことによる面内運度の制御に加えてまたはそれに代えて用いられてもよい。
【００６８】
事実、面内方向の運動を制御するためにロータに加える荷重トルクを制御することは、本発明の第三の態様に関連して後述するように、それだけで独立して特許可能なほどの意義を有している。
【００６９】
コントローラは、制御する浮体式風力タービンの運動速度の測定値を受け取るように構成されてもよい。換言すれば、浮体式風力タービンが運動センサーを有していてもよい。たとえば、その測定結果は、ヨー速度、面内速度および／または軸方向速度であってもよい。
【００７０】
コントローラは、所望の位置（たとえば、ロータ軸が風向に対して平行となるように風内で直立した位置および／または風に面する位置）からの変位の測定値を受け取るように構成されてもよい。この測定値は、ヨー角度、面内変位または軸方向変位であってもよい。
【００７１】
このことは、運動が調和的（ｈａｒｍｏｎｉｃ）であるかまたは確率的（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ）であるかどうかに関係なく浮体式風力タービンの運動を制御する原理を成立させることができることを意味している。この測定値は、たとえばロータ面内速度であってもよいし、ヨー速度、ヨー運動および／またはヨー加速度であってもよい。好ましくは、測定はナセルレベルで行われる。速度は他の測定結果に基づく推定値であってもよい。たとえば、速度は、ナセルに取り付けられた加速度計を用いて測定されてもよいしまたは他の公知の方法により測定されてもよい。
【００７２】
運動速度の測定値が入力される場合、コントローラはその速度入力に対してローパスフィルタを用いることが好ましい。一般的にいえば、運動を示す測定値を受け取る場合、コントローラがある範囲の周波数を有する運動の制御ができるように、運動を示す測定値はフィルタリングされることが好ましい。
【００７３】
このことにより、特定の周波数範囲内、たとえば共振周波数でまたは共振周波数の近くの運動にコントローラが作用することができるようになることが担保される。たとえば、ロール運動に関していえば、ロール運動の固有周波数でまたは固有周波数の近くで減衰を提供することや、波の周波数の如き高周波数を望ましくない外乱とみなすことが望ましい。フィルタは二次バターワースフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ  ｆｉｌｔｅｒ）であってもよい。
【００７４】
好ましくは、フィルタは、コントローラが波により誘発された運動に作用してしまうことを防止する。換言すれば、フィルタは、コントローラが風により誘発された運動にのみ応答して動作するように構成されるべきである。このことは、波により誘発される運動の周波数範囲内における運動を除去することにより達成されるようになっていてもよい。波により誘発された運動を制御するとロータブレードの如き風力タービンの構成要素が損傷してしまう恐れがあるため、波により誘発された運動は除去してしまうことが望ましい。
【００７５】
好ましくは、コントローラは、制御される運動がある限界値または閾値を超える場合にのみ動作するように構成される。換言すれば、運動の制御は連続して動作するようにしておく必要はない。このようにすることにより、浮体式風力タービンの運転に問題を引き起こさないような些細な運動にコントローラが不必要に応答してしまうことを防止することができる。
【００７６】
第三の態様によれば、本発明は複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン用の運動コントローラを提供し、かかるコントローラは、浮体式風力タービンの軸方向の以外の方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されており、かかるコントローラは、浮体式風力タービンの運動を、その運動がある閾値を超えたときのみ制御するように構成されている。
【００７７】
第三の態様は、他の態様に関連して説明された特徴のうちの１つ以上と組み合わされてもよい。
【００７８】
たとえば、ヨー運動に関していえば、コントローラは、ヨーオフセット角度（実際のヨー位置と所望のヨー位置との間の角度）がヨー閾値を上まわる場合にのみ動作するように構成されていてもよい。このヨー閾値は、たとえば５°のオフセット角度、すなわち所望のヨー位置に対して±５°であってもよい。
【００７９】
コントローラは、所望の位置からの変位が変位閾値よりも大きい場合にのみ動作するようになっていてもよい。
【００８０】
このことにより、ブレードのピッチング量が削減され、それにより、ピッチ角度機構の損耗および裂傷を削減することができるようになる。
【００８１】
コントローラは、運動がある限度値を超えたか否かを検出する、たとえば（所望の位置からの）変位が変位閾値を超えたか否かを検出する運動監視システムを備えていてもよい。ある前もって決められた限界値を超えている場合にコントローラを動作させるようにしてもよい。
【００８２】
さらに、本発明は対応する制御方法にまで及ぶ。第四の態様によれば、本発明は、複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン構造体を制御する方法を提供し、かかる方法は、浮体式風力タービンのヨー方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含んでおり、ブレードピッチ角度調節は、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／またはヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を有するコントローラを用いて算出される。
【００８３】
好ましくは、かかる方法は本発明の第一の態様に関連して上述された任意選択的なまたは好ましい構成を組み入れる。
【００８４】
当業者にとって明らかなように、コントローラはソフトウエアの形態で提供されるのが一般的である。したがって、コントローラはこのソフトウエアを実行するためのプロセッサを備えている。たとえば、このプロセッサはマイクロプロセッサであってもよい。
【００８５】
また、本発明は、さらにソフトウエア製品に関するものである。かかるソフトウエア製品はインストラクションを備えており、これらのインストラクションは、プロセッサにより実行されると、浮体式風力タービンのヨー方向の運動を制御する正味の力を生じさせるよう各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように浮体式風力タービン構造体をプロセッサに制御させ、ブレードピッチ角度調節は、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／またはヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を有するコントローラを用いて算出される。
【００８６】
好ましくは、ソフトウエア製品は物理的データキャリアである。たとえば、ＣＤまたは半導体メモリである。
【００８７】
それに代えてまたはそれに加えて、ソフトウエア製品は、たとえばインターネットを介してダウンロードされるようなネットワークを介して送信されるインストラクションの形態で提供されてもよい。
【００８８】
本発明は、物理的キャリアの形態を有するソフトウエア製品を製造する方法に関するものでもある。この物理的なキャリアの形態を有するソフトウエア製品を製造する方法はデータキャリアにインストラクションを格納することを含んでおり、これらのインストラクションは、プロセッサにより実行されると、浮体式風力タービンのヨー運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように浮体式風力タービン構造体をプロセッサに制御させ、ブレードピッチ角度調節は、ヨーオフセット角度に比例する制御動作および／またはヨーオフセット角度の積分に比例する制御動作を有するコントローラを用いて算出される。
【００８９】
第五の態様によれば、本発明は、複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン用の運動コントローラを提供し、かかるコントローラは、面内方向の運動を制御するためにロータに加えられる荷重トルクを調節するように構成されている。
【００９０】
第五の態様の特徴は、上述の態様の好ましいまたは任意選択的な構成のうちのいずれかと組み合わせて適用されてもよい。
【００９１】
その最も広い態様によれば、本発明は複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン用の運動コントローラを提供し、かかるコントローラは、浮体式風力タービンの軸方向以外の方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節するように構成されている。本発明は対応する制御方法も提供している。換言すれば、本発明によれば、複数のロータブレードを備える浮体式風力タービン構造体を制御する方法は、浮体式風力タービンの軸方向以外の方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように各ロータブレードのブレードピッチ角度を調節することを含んでいる。これらの広い態様は、上述のさらなる構成要素のうちの１つまたは任意に組み合わせたものと組み合わされてもよい。
【００９２】
以下に、本発明の好ましい実施形態を例示のみを意図して添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブ面内減衰を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットを示すプロットである。
【図２】定格風速未満での発電機トルク制御を用いたアクティブ面内減衰を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットを示すプロットである。
【図３】正のｘ方向（風向）で見た場合のブレードの回転角を示す図である。
【図４】個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブヨー運動制御を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットを示すプロットである。
【図５】本発明の一実施形態にかかるコントローラを備えている風力タービンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９４】
まず図５を参照すると、浮体式風力タービン組立体１が例示されている。かかる浮体式風力タービン組立体は、ナセル３にマウントされるタービンロータ２を備えている。次いで、ナセルは、例示の実施形態では円柱浮標のような構造の浮遊本体５の頂部に固定されるタワー４を有する構造体の頂部にマウントされている。開示の運動制御原理は、浮体式風力タービンのためのすべての浮遊構造体に適用可能である。浮遊本体は１つ以上のアンカーライン７（１つだけが示されている）により海底に固定されるようになっており、これらのアンカーラインはぴんと張られた係留索であってもよいしまたは垂れ下がった係留索であってもよい。ナセルは発電機を有し、発電機はタービンロータへ任意の公知の手段により接続されている。公知の手段には、たとえば、減速ギアボックスや、発電機、液圧式トランスミッションなどへ直接接続することが含まれる（これらの装置は図示せず）。ナセルは制御ユニットをさらに有している。
【００９５】
浮体式風力タービンは、向かってくる風の力Ｕｗおよび波９の力を受ける（水面上の波９は概略的に示されている）。これらの力により浮体式風力タービン組立体１は水中を動きまわる。
【００９６】
ナセルの制御ユニットは浮体式風力タービンの運動を制御するのに必要なブレードピッチ角度調節を判断するように構成されている。コントローラは、浮体式風力タービンの軸方向、面内方向およびヨー方向の運動を制御する正味の力を生じさせるように個々のロータブレードのブレードピッチ角度をそれぞれ独立して調節するようにさらに構成されている。
【００９７】
軸方向の運動が共振周波数ωχに近い周波数範囲で減衰されることにする場合、ロータ運動の軸方向の速度とは反対の力を生じさせなければならない。動的かつ総合的なブレードピッチ角度運動が周波数ωχおよび振幅Δβ０Ａで行われる場合、上述の軸方向の運動とは反対の軸方向の力（推力）がロータに得られるようになっていてもよい。調和的な軸方向の運動の場合、ブレードピッチ角度は次の式で表される。
【００９８】
【数７】
0006537069.tif 000009
【００９９】
この式で、β０は一定のパワーを生じさせるために従来のコントローラにより設定されるピッチ角度のことである。Δβ０Ａｃｏｓ（ωχｔ＋α０）は減衰を達成するためのさらなるブレードピッチ角度である。α０は、軸方向の速度と最大ピッチ角度との間の位相角であり、ｔは時間である。
【０１００】
面内運動の共振周波数ωｙに近い周波数範囲中で面内運動が制御されることにする場合、ロータ運動の面内速度および／または面内偏位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）とは反対の力を生じさせなければならない。上側の位置を通るときにさらなる角度Δβを与え、下側の位置を通るときそれに対応する角度−Δβを与える動的なブレードピッチ角度運動が実行される場合、ブレード上のリフト力の変化に起因する正味の面内力が得られる。次いでこの正味の面内力が面内運動の固有周波数と等しい周波数に応じて変わる場合、正味の減衰効果を得ることができる。調和面内運動が周波数ωｙとロータ周波数Ωとを有している場合、各ブレードのブレードピッチ角度は次の式で表されるピッチ角度を有している。
【０１０１】
【数８】
0006537069.tif 000010
【０１０２】
この例では、余弦調和関数はピッチ角度の滑らかな変化、ひいては力の滑らかな変化をもたらすために用いられている。しかしながら、規定の周波数を有するいかなる滑らかな周期関数が適用されてもよい。
【０１０３】
この式で、ｊは、ブレード番号（３つのブレードを有するロータの場合、ｊ＝１、２または３）であり、ΔβｙＡはブレードピッチ角度の振幅であり、αｙ、γｙはそれぞれ面内速度およびブレードの上側の地点の位置に対するブレードピッチ角度運動の位相であり、θＪ０は、ロータの各ブレードの初期の位置に対応する位相、すなわち３のブレードを有するロータの場合θＪ０＝２π／３（ｊ−１）である。αｙは、力が面内速度と同位相（減衰）であるようにまたは面内偏位と同位相（復元）であるように変えることができる。調和振動の場合、これらの構成要素はπ／２の位相差を常に有している。制御ユニットは復元効果および減衰効果の両方を奏するようにチューニングされてもよい。
【０１０４】
動的ヨーモーメントを生成するために、面内運動に類似する原理が用いられてもよい。ヨー固有周波数が式［２］の面内固有周波数と置き換えられ、また、位相が面内力ではなくヨー力を生成するように変更される。それに代えて、ヨー周波数は、ヨー固有周波数に一致する必要がなく、時間の経過とともに変わるようになっていてもよい。調和運動の特別なケースでは、これは次のように表わされてもよい。
【０１０５】
【数９】
0006537069.tif 000011
【０１０６】
γ６は典型的にはγｙ±π／２である。面内運動の場合のように、位相角α６は減衰力と復元力との間の最適なバランスを得るようにチューニングされてもよい。
【０１０７】
ブレードピッチ角度の動的総変化量はほぼ上記のΔβの３つの個々の構成要素の合計となる。これらの力間の相互作用効果は、関与する固有周波数と揚力および抗力の非線形との間の関係に依存する。あるブレードピッチ角度は、先端に近い迎え角よりもロータ軸線に近い迎え角を変える。このため、必要な運動量の削減をなしかつ削減されたパワー生産および増大したブレード荷重が与える負の影響を可能な限り回避するように個々の寄与（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）をチューニングする必要がある。上述の面内減衰原理およびヨー運動制御原理をアクティブ状態に連続的にしておく必要はない。たとえば、運動（たとえば、変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ））がある限度値、すなわちある閾値を超えたか否かを検出する運動監視システムを備えておき、その結果に応じて制御システムを動作させるようにしてもよい。
【０１０８】
面内（共振）運動（ロール）が空気力学的なまたは発電機のトルク変動により励振された場合、他の制御選択肢を利用することが可能である。すなわち、適切な周波数間隔で減衰を課するように発電機トルクコントローラを修正するようにしてもよい。このことは、発電機トルク基準信号内にロータ面内タワー速度（ｉｎ−ｒｏｔｏｒ  ｐｌａｎｅ  ｔｏｗｅｒ  ｖｅｌｏｃｉｙ）に比例するさらなる構成要素を有するように、元の発電機トルク制御システムを修正することにより達成することができる。調和面内運動の場合、発電機トルク基準信号は次の式で表すことができる。
【０１０９】
【数１０】
0006537069.tif 000012
【０１１０】
この式で、Ｔｒｅｆ０は元の発電機トルク基準信号であり、ΔＴｙＡは、アクティブ面内減衰（ａｃｔｉｖｅ  ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｄａｍｐｉｎｇ）のためのさらなるトルク制御基準信号の相対振幅である。これは、ロータブレードをピッチングすることにより達成される運動制御に加えて用いる場合もあれば、または、面内運動の制御のみが望まれている場合には、それだけを用いる場合もある。
【０１１１】
式［２］に記載のロータ面内調和力を生成するための所望のブレードピッチ角度原理は、浮体式風力タービンのロータ面内速度の測定に基づいて、挙動がおおむね非調和的である制御スキームに適用される場合もある。
【０１１２】
0006537069.tif 000013
【０１１３】
【数１１】
0006537069.tif 000014
【０１１４】
この式で、βｒｅｆ，ｉは、ブレードｉのブレードピッチ角度基準信号であり、βｃはすべてのブレードに関する総ブレードピッチ角度基準信号（場合によってはアクティブピッチ運動減衰制御を含む）であり、βｉｒはブレードｉのためのさらなる面内個別ブレードピッチ角度基準信号（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｐｉｔｃｈ  ａｎｇｌｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）であり、次の式のロータ面内減衰力を与えるように制御される。
【０１１５】
【数１２】
0006537069.tif 000015
【０１１６】
0006537069.tif 000016
【０１１７】
【数１３】
0006537069.tif 000017
【０１１８】
0006537069.tif 000018
【０１１９】
【数１４】
0006537069.tif 000019
【０１２０】
個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブ面内減衰は、定格風速を上まわる風速であっても下まわる風速であっても適用することができる。ロータ面内速度測定値は、直接測定してもよいしまたは他の測定結果に基づいて推定してもよい。図１に、個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブ面内減衰を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットのプロットを示す。図１は、有義波高（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｗａｖｅ  ｈｅｉｇｈｔ）５ｍ、ピーク周期１０．７ｓおよび平均風速１６．５ｍ／ｓという環境条件の場合の面内運動を時間領域で表したシミュレーションスナップショットを示すプロットである。従来の浮体式風力タービン総ブレードピッチ角度制御システム（ＡＤＣ）と、従来のシステムに、個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブ面内減衰を備えたもの（ＡＤＣ＋ＡＲＩＣ）とが示されている。これらのシミュレーションは、ナセルスウェイ速度Ｋｗ＝−０．２５およびωｃ＝２π／２０の測定結果を用いて実行されている。この場合のロールの固有周期は３０秒である。ＡＲＩＣの適用により、パラメータ設定が最適化されていなくとも面内運動の著しい減少が観察される。
【０１２１】
ロータブレードに対する空気力学的な力の非線形性のため、利得スケジューリング技術を用いて、たとえばロータ速度、ブレードピッチ角度および／または風速の測定結果に基づく運用条件に合わせて面内減衰コントローラ利得をスケジューリングすることが効果的であると考えられる。
【０１２２】
上述のように、浮体式風力タービンのロータ面内運動を減衰するための他の方法としては、ロータ面内水平タワー速度（ｉｎ−ｒｏｔｏｒ−ｐｌａｎｅ  ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｔｏｗｅｒ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）に比例するさらなる信号を発電機トルク基準信号Ｔｒｅｆに加えることが挙げられる。
【０１２３】
0006537069.tif 000020
【０１２４】
【数１５】
0006537069.tif 000021
【０１２５】
この式で、Ｔｒｅｆ０は、元の発電機トルク基準信号であり、Ｋｔｃは面内減衰発電機トルクコントローラ利得（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｄａｍｐｉｎｇ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｔｏｒｑｕｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｇａｉｎ）である。
【０１２６】
先の場合と同様に、高周波数外乱を回避するためにローパスフィルタリングを行うロータ面内制御スキームが望ましい場合もあり、式［８］のローパスフィルタリングスキームを用いると、次のアクティブ面内減衰のための発電機トルク制御スキームが導かれる。
【０１２７】
【数１６】
0006537069.tif 000022
【０１２８】
発電機トルク制御を用いたアクティブ面内減衰は定格風速を下まわる場合にとくに適している。ロータ面内速度も他の測定結果に基づく推定値であってもよい。図２に、定格風速を下まわる発電機トルク制御を用いたアクティブ面内減衰を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットのプロットを示す。図２は、有義波高２ｍ、ピーク周期８．５ｓおよび平均風速８ｍ／ｓという環境条件の場合の平均水面における面内運動を時間領域で表したシミュレーションスナップショットを示すプロットである。従来の風力タービン制御システム（ＣＣ）と、発電機トルク制御を用いたアクティブ面内減衰を備えた従来のシステム（ＣＣ＋ＡＲＴＣ）とが示されている。このシミュレーションはナセルスウェイ速度の測定結果Ｋｔｃ＝３．０およびωｃ＝２π／２０を用いて実行されている。
【０１２９】
浮体式風力タービンのヨー速度の測定結果に基づいて、式［３］のヨー調和力を生成するための所望のブレードピッチ角度原理を挙動がおおむね非調和的である制御スキームに移行することができる。しかしながら、式［３］に示される微分制御動作に加えてまたはそれに代えて、比例制御動作および／または積分制御動作を有することが望ましい。このことは、ヨー運動が徐々に変わるという理由と、ヨー運動が波による影響をほとんど受けないという理由とによるものである。
【０１３０】
図３は、正のｘ方向（風向）から見た場合のブレードの回転角を示している。図３から、復元ヨーモーメントが、正のヨー運動の場合には、０〜１８０°のロータブレードのアジマス角度では個々のロータブレードの正のピッチングにより、１８０〜３６０°のロータブレードのアジマス角度では個々のロータブレードの負のピッチングにより得られること、また、負のヨー運動の場合には、その逆により得られることが分かる。
【０１３１】
ロータが１回回転する間にロータブレードのピッチ角度が滑らかに周期的に変動することが望ましいことが仮定されており、これに基づいて、比例ヨー運動制御動作、積分ヨー運動制御動作および微分ヨー運動制御動作を組み込んだ制御スケジュールを次の式で表すことができる。
【０１３２】
【数１７】
0006537069.tif 000023
【０１３３】
この式で、βｒｅｆ，ｉは、ブレードｉのブレードピッチ角度基準信号であり、βｃは、すべてのブレードの総ブレードピッチ角度基準信号（おそらくアクティブピッチ角度運動減衰制御を含む）であり、βｉｙはブレードｉのためのさらなるヨー個別ブレードピッチ角度基準信号（ｙａｗ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｂｌａｄｅ  ｐｉｔｃｈ  ａｎｇｌｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）である。βｉｙは次の式で表される。
【０１３４】
【数１８】
0006537069.tif 000024
【０１３５】
0006537069.tif 000025
【０１３６】
個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブヨー運動制御は、定格風速を上まわるまたは下まわる風速に適用することができる。ヨー運動は直接測定されてもよいしまたは他の測定結果に基づく推定値であってもよい。図４に、個々のブレードピッチ角度制御を用いたアクティブヨー運動制御を使用した場合と使用しない場合のシミュレーションスナップショットのプロットを示す。図４は、有義波高５ｍ、ピーク周期１０．７ｓおよび平均風速１６．５ｍ／ｓ（即ち、定格速度より上）という環境条件の場合の平均水面におけるヨー運動を時間領域で表したシミュレーションスナップショットを示すプロットである。従来の浮体式風力タービン総合ブレードピッチ角度制御システム（ＡＤＣ）と、従来のシステムに、個々のブレードピッチ角度制御を用いたヨー動作制御を備えたもの（ＡＤＣ＋ＡＹＩＣ）とが示されている。このシミュレーションは、Ｋｐｙ＝２.５、Ｋｉｙ＝０．２５およびＫｖｙ＝０を用いて実行されている。
【０１３７】
この例では、微分コントローラ利得は０にセットされている。このことは、浮体式風力タービンにおけるヨー運動に対する微分コントローラ動作の効果は無視できる程度であることが分かっているという理由によるものである。ヨー運動は、風領域の変化とともに徐々に変わるので、（微分制御動作により提供される）減衰力の効果はほとんどない。したがって、コントローラは微分制御動作を有する必要がない。
【０１３８】
空気力学的な推力の非線形性のため、利得スケジューリング技術を用いて、たとえばロータ速度、ブレードピッチ角度および／または風速の測定結果に基づく実際の運用条件に合わせてヨー運動コントローラ利得をスケジューリングすることが効果的であると考えられる。
【０１３９】
アクティブ面内減衰およびヨー運動制御を得るために、（ブレード制御またはトルク制御のいずれかによる）面内運動に対して先に提示されている制御スキームは、ヨー運動のための制御スキームと結合させる（適切な倍率で乗算して加える）ことができる。上述の制御スキームは実施形態の一例に過ぎず、最適化されていない。最適化には、運動を十分に削減させるとともにたとえばブレードの荷重に対してあまり大きな負の効果を生じないコントローラの設定が用いられる。
【図１】
0006537069.tif 000026
【図２】
0006537069.tif 000027
【図３】
0006537069.tif 000028
【図４】
0006537069.tif 000029
【図５】
0006537069.tif 000030