(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの羽根が取り付けられているロータと前記ロータに接続されている電気機械とを有し、前記電気機械は発電機であり、前記羽根のピッチ角度θと前記電気機械の電気回収トルクＴｅとが既知である風力タービンを制御する方法であって、
ａ）動力学の基本原理を前記ロータに適用することによって、前記風力タービンの位置での入力風速Ｖｗを、前記ロータの回転速度Ωｒと、前記羽根の前記ピッチ角度θと、前記電気回収トルクＴｅとに関連付ける前記ロータの動力学モデルを構成するステップと、
ｂ）前記ロータの前記回転速度Ωｒを計測するステップと、
ｃ）前記ロータの動力学モデルと、前記ロータの前記測定された回転速度Ωｒと、前記羽根の前記ピッチ角度θと、前記電気回収トルクＴｅとを利用して前記入力風速Ｖｗを求めるステップと、
ｄ）前記電気機械に前記電気回収トルクＴｅを作用させることによって、前記羽根の前記ピッチ角度θと前記電気機械との少なくとも一方を制御することで回収される電力を最大化し、前記ピッチ角度θおよび前記電気回収トルクＴｅは、少なくとも前記入力風速Ｖｗの関数として決定するステップと、
を有する風力タービンを制御する方法。
【請求項２】
前記ロータ動力学モデルは、前記ロータの慣性をＪｒとし、前記入力風速Ｖｗ、前記ロータの前記回転速度Ωｒ、および前記ピッチ角度θに関連し、前記ロータに作用する空気力学トルクをＴａeｒｏとし、前記ロータの前記回転速度Ωｒに依存する前記ロータの摩擦および負荷トルクをＴｌ（Ωｒ）とし、前記ロータと前記電気機械との間の伝達比をＮとすると、以下の形式の式を使用して記述される、請求項１に記載の方法。
【数１】
0006494514.tif 000028
【請求項３】
前記ロータに作用する前記空気力学トルクは、前記ロータの半径をＲｂとし、空気密度をρとし、前記ピッチ角度θおよび比（ＲｂΩｒ）／Ｖｗの関数として前記ロータをマッピングすることによって求められるパラメータをｃｑとすると、以下の形式の式を使用して記述される、請求項２に記載の方法。
【数２】
0006494514.tif 000029
【請求項４】
前記入力風速Ｖｗは高調波ゆらぎと見なされ、前記入力風速Ｖｗは、考慮する高調波の数をｐとし、高調波ｋの周波数をωｋとし、高調波ｋの係数をｃｋとすると、以下の形式の式を使用して記述され、前記入力風速Ｖｗは前記ロータ動力学モデルによってパラメータωｋとｃｋとを求めることによって求められ、前記入力風速Ｖｗはそれらから導かれる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【数３】
0006494514.tif 000030
【請求項５】
前記高調波ｋの周波数は、ωｋ＝３ｋ／ｐの型式の式を使用して求められる、請求項４に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項６】
複数の係数ｃｋは以下の形態の連立方程式を解くことによって求められ、
任意のｋについて、ｋ∈［−ｐ，ｐ］であり、ＬΩは、前記ロータ回転速度の予測値の収束率を制御する利得であり、Ｌｋは高調波分解の収束率を制御する利得であり、Ωは計測されたロータ速度である、請求項５に記載の風力タービンを制御する方法。
【数４】
0006494514.tif 000031
【請求項７】
前記利得ＬΩは、実質的に１であって、前記利得Ｌｋは、Ｌｋ＝１０／（１＋ωｋ２）の型式の公式によって求められる、請求項６に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項８】
前記ピッチ角度θは、
ｉ）動力回収を最大にできる、前記ロータに作用する空気力学トルクの空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐおよび前記電気回収トルクの電気回収トルク設定点Ｔｅｓｐを、前記入力風速Ｖｗと前記ロータ回転速度Ωｒと前記電気機械の軸の前記回転速度Ωｅとの複数の測定値から求めるステップと、
ｉｉ）計測されたロータ速度Ωｒと計測された電気機械速度Ωｅとの差に比例する項を減算することによって複数の前記設定点値を修正するステップと、
ｉｉｉ）前記空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐを達成できるように前記羽根のピッチ角度θｓｐを求めるステップと、
ｉｖ）前記ピッチ角度θｓｐに従って前記羽根の向きを設定するステップと、
によって制御される、請求項１から７のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項９】
前記設定点値の少なくとも１つは、
（１）前記ロータと前記電気機械の伝達部分のトルクであり、前記空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐおよび前記電気機械トルク設定点Ｔｅｓｐの結果として生じるトルク
【数５】
0006494514.tif 000032
を求めるステップと、
（２）前記結果として生じるトルクＴｒｅｓから計測されたロータ速度Ωｒと計測された電気機械速度Ωｅとの差に比例する項を減算することによって結果として生じるトルク設定点Ｔｒｅｓｓｐを求めるステップと、
（３）前記結果として生じるトルク設定点Ｔｒｅｓｓｐを空気力学トルクＴａｅｒｏｓｐと電気機械トルクＴｒｅｓｓｐと
に分配することによって前記空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐを修正するステップと、
を実行することによって修正される、請求項８に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項１０】
前記結果として生じるトルク設定点Ｔｒｅｓｓｐは、以下の数式で記述される、請求項９に記載の風力タービンを制御する方法。
【数６】
0006494514.tif 000033
【請求項１１】
前記比例する項は、伝達動力学モデルを使用して求められる、請求項８から１０のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能エネルギーの分野に関し、特に風力タービンの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンによって風の運動エネルギーを電気または機械エネルギーに変換することができる。風力エネルギーの電気エネルギーへの変換は、以下の要素で構成されている。
【０００３】
ロータが運動できるのに（水平軸タービンに必要な）十分な高さに位置することができるようにする、またはロータが地上高度の風よりもより強くより規則正しい風によって駆動できるようにする高さに位置することができるようにするタワー。タワーは、一般的に電気部品および電子部品（変調器、制御部、増速装置、発電機等）を収容している。
【０００４】
タワーの上部に取り付けられ、機械を動作させるのに必要な、機械的、空圧的、そしてなんらかの電気的および電子的な部品を収容しているナセル。ナセルは、正しい方向に機械を調整するように回転することができる。
【０００５】
風力タービンの数個（一般的に３個）の羽根とノーズとを有しており、ナセルに固定されているロータ。ロータは、風力エネルギーによって駆動され、機械的な軸によって、直接的または間接的（ギヤボックスと機械的な軸装置とを介して）に回収されたエネルギーを電気エネルギー変換する電気機械（発電機）に接続されている。
【０００６】
伝達部分（ギヤボックス）によって接続されている２個の軸（ロータの機械的な軸と電気機械の機械的な軸）から構成される伝達部分。
【０００７】
１９９０年代初頭から、風力への関心が新たになり、特に欧州連合では、年次成長率が約２０％である。この成長は、炭素排出のない発電の本質的な可能性に起因している。この成長を維持するために、風力タービンのエネルギー収量を依然として改善しなければならない。風力発電を増加させるためには、機械の性能を改善するために、効果的な発電ツールおよび進んだ制御ツールの開発が必要である。風力タービンは、可能な最低限のコストで発電するように構成されている。そのため、風力タービンは、約１５ｍ／ｓの風速で最大性能に到達するように一般に構成されている。一般的ではないより高い風力で収量を最大にする風力タービンを構成することは実際には不要である。１５ｍ／ｓよりも高い風速の場合、風力タービンの損傷を避けるように、風に含まれている余分なエネルギーの一部を捨てることが必要である。そのため、全ての風力タービンは、動力調整装置を使用して設計されている。
【０００８】
この動力調整のために、可変速度風力タービンのためのコントローラが設計されてきた。コントローラの目的は、回収される電力を最大にし、ロータ速度の変動を最小にし、構造（羽根、タワー、およびプラットフォーム）の疲労と極端なモーメントとを最小にすることである。
【０００９】
線形コントローラは、羽根ピッチ角度（羽根の向き）を制御することによる電力制御に広く使用されてきた。これらは、ＰＩ（比例および積分）およびＰＩＤ（比例、積分、および微分）コントローラ、ＬＱ（線形、二次）制御技法、およびロバスト線形制御に基づく方法を使用する技法を含んでいる。
【００１０】
しかし、風力タービンは非常に非線形な性質であるため、これらの線形コントローラの性能は制限されている。はじめに、非線形制御に基づく方法が開発されており、そのような方法の例が、非特許文献１に記載されている。
【００１１】
しかしながら、これらの方法のどれも、風力タービンを支配する空気力学現象の基本要素である入力風速を使用していない。この要素を考慮するために、風速を計測する最初の作業が実施された。この作業によって、風速を使用した革新的な方法によって風力タービンの生産性と寿命とを際だって増加させることができることが示された。
【００１２】
この技法は、残念ながら、高価で非常に正確ではないセンサを要求する。センサ無しで入力風速を考慮するために、入力速度の予測を実施して、制御でこのデータを使用することができる。そのために、カルマンフィルタを使用してさらなる作業が実施され、そのような方法は、非特許文献２に記載されている。風が十分に再現されていないため、この方法は、十分には正確ではない。実際、この方法によれば、風は構造化されておらず、白色雑音と見なされているが、これは実験によるものではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｂｏｕｋｈｅｚｚａｒ  Ｂ．，Ｌｕｐｕ  Ｌ．，Ｓｉｇｕｅｒｄｉｄｊａｎｅ  Ｈ．，Ｈａｎｄ  Ｍ．「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ，  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｐｉｔｃｈ  ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅｓ（可変速度、可変ピッチ風力タービン用の多変量制御戦略）」、Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ、３２（２００７）１２７３〜１２８７
【非特許文献２】Ｂｏｕｋｈｅｚｚａｒ  Ｂ．、Ｓｉｇｕｅｒｄｉｄｊａｎｅ  Ｈ．、「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ  ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｗｉｎｄ  ｓｐｅｅｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（風速を計測しない可変速度風力タービンの非線形制御）」、ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、発生させるエネルギーを最適化する風力タービンを制御する方法に関し、その制御は、最適な制御を実現するように入力風速の予測値を考慮する。風速の予測は、正確な予測のためのロータ速度、発電機に作用するトルク、および羽根の向きの計測から系の動力学を考慮することによって達成される。
【００１５】
本発明は、少なくとも１つの羽根が取り付けられているロータと、ロータに接続されている電気機械とを有し、羽根のピッチ角度θと電気機械の電気回収トルクＴｅとは既知である風力タービンを制御する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本方法は、
ａ）動力学の基本原理をロータに適用することによって、ロータの動力学モデルであって、風力タービンの位置での入力風速Ｖｗをロータの回転速度Ωｒと、羽根のピッチ角度θと、電気回収トルクＴｅとに関連付ける動力学モデルを構成するステップと、
ｂ）ロータの回転速度Ωｒを計測するステップと、
ｃ）ロータ動力学モデル、ロータの測定された回転速度Ωｒと、羽根のピッチ角度θと、電気トルクＴｅとを利用して入力風力を求めるステップと、
ｄ）風力タービンによるエネルギーの発生を最適化するように、羽根のピッチ角度θと電気回収トルクＴｅとの少なくとも一方を入力風速Ｖｗの関数として制御するステップと、
を有している。
【００１７】
本発明によれば、ロータ動力学モデルは、以下の形式の式を使用して記述されることが有利である。
【００１８】
【数１】
0006494514.tif 000002
【００１９】
ロータに作用する空気力学トルクは、以下の形式の式を使用して記述されることが有利である。
【００２０】
【数２】
0006494514.tif 000003
【００２１】
本発明の実施態様によれば、入力風速Ｖｗは高調波ゆらぎと見なされ、入力風速Ｖｗは、以下の形式の式を使用して記述され、入力風速Ｖｗはロータ動力学モデルによってパラメータωｋとｃｋとを求めることによって求められ、入力風速Ｖｗはそれから導かれる。
【００２２】
【数３】
0006494514.tif 000004
【００２３】
調波ｋの周波数は、以下の形式の式を使用して求めることが好ましい。
【００２４】
【数４】
0006494514.tif 000005
【００２５】
複数の係数ｃｋは以下の形態の連立方程式を解くことによって求められることが有利である。
【００２６】
【数５】
0006494514.tif 000006
【００２７】
利得ＬΩは、実質的に１であって、利得Ｌｋは、Ｌｋ＝１０／（１＋ωｋ２）の形式の公式によって求められることが好ましい。
【００２８】
さらに、ピッチ角度θは、
ｉ）動力回収を最大にできる空気力学トルク設定点Ｔaerospと電気機械トルク設定点Ｔespとを、入力風速Ｖｗとロータ回転速度Ωｒと電気機械の軸の回転速度Ωｅとの複数の測定値とから求めるステップと、
ｉｉ）計測されたロータ速度Ωｒと計測された電気機械速度Ωｅとの差に比例する項を減算することによって複数の設定点値を修正するステップと、
ｉｉｉ）空気力学トルク設定点Ｔaerospを達成できるように羽根のピッチ角度θspを求めるステップと、
ｉｖ）ピッチ角度θｓｐに従って羽根の向きを設定するステップと、
によって制御することができる。
【００２９】
設定点値の少なくとも１つは、
（１）伝達部分のトルクであって、空気力学トルク設定点Ｔaerospおよび電気機械トルク設定点Ｔespの結果として生じるトルク（以下の記号（１））を求めるステップと、
（２）結果として生じるトルクＴｒｅｓから計測されたロータ速度Ωｒと計測された電気機械速度Ωｅとの差に比例する項を減算することによって結果として生じるトルク設定点Ｔresspを求めるステップと、
（３）結果として生じるトルク設定点Ｔresspを空気力学トルクＴaerospと電気機械トルクＴespとに分配することによって空気力学トルク設定点Ｔaerospを修正するステップと、
を実行することによって修正されることが好ましい。
【００３０】
【数６】
0006494514.tif 000007
【００３１】
結果として生じるトルク設定点Ｔaerospは、以下のように記述される。
【００３２】
【数７】
0006494514.tif 000008
【００３３】
さらに、羽根のピッチ角度は、空気力学トルクモデルを反転し、入力風速Ｖｗと計測されたロータ速度Ωｒとを使用して求めることができる。
【００３４】
上記比例する項は、伝達動力学モデルを使用して求められることが有利である。
【００３５】
本発明の方法のその他の特徴と利点とは、添付の図面を参照して、非限定的な例により説明する実施形態の以降の説明を読むことで明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法のステップの図である。
【図２】本発明の実施形態の方法のステップの図である。
【図３】ピッチ角度θと比（ＲｂΩｒ）／Ｖｗとの関数として、係数Ｃｑを与えるロータのマップの図である。
【図４】本発明の実施形態の風力タービン制御のステップの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、回収されるエネルギーが最適化されるように複数の羽根のピッチ角度と電気機械の電気回収トルクの少なくとも一方が制御される海岸または海上の垂直軸風力タービンを制御する方法に関する。
【００３８】
【数８】
0006494514.tif 000009
【００３９】
上付きの文字ｓｐが続く場合、これらの表記は、対象の量に関連する設定点を表す。
【００４０】
図１は、本発明の方法を示している。本発明の方法のステップは以下のとおりである。
【００４１】
１）ロータ回転速度の計測
２）ロータ動力学モデル（ＭＯＤ  ＤＹＮ）の構成
３）風力タービン制御（ＣＯＭ）
ステップ１）ロータ回転速度の計測
ロータ回転速度Ωｒは風力タービンの動作中に特に回転センサによって計測される。
２）ロータ動力学モデル（ＭＯＤ  ＤＹＮ）の構成
複数の羽根の実際のピッチ角度θばかりでなく電気回収トルクＴｅが、これらのパラメータを修正するように、（たとえばセンサを使用して）計測によって、または複数のアクチュエータに適用される制御の関数としてまず定められる。
【００４２】
それから、ロータ動力学モデルが構築される。ロータ動力学モデルは、ロータに作用する動的な現象を表しているモデルであると理解される。このモデルは、動力学の基本原理をロータに適用することによって得られ、モデルは入力風速Ｖｗをロータの回転速度Ωｒ、羽根のピッチ角度θ、および電気機械の電気回収トルクＴｅに関係付けることを可能にする。
【００４３】
それからこのロータ動力学モデルが、既知のデータθとＴｅを使用して計測された値がΩｒの場合に適用され、したがって入力風速Ｖｗを求めることができる。
【００４４】
図２は、本発明の方法の実施形態を示している。この実施形態について、ロータ動力学モデル（ＭＯＤ  ＤＹＮ）は、ロータに作用する基本動力学原理（ＰＦＤ）と風モデル（ＭＯＤ  ＶＥＮＴ）との空気力学トルクのモデル（ＭＯＤ  ＡＥＲＯ）によって構築される。
空気力学トルクモデル（ＭＯＤ  ＡＥＲＯ）
本発明の実施形態によれば、空気力学トルクＴａｅｒｏは、円筒内の風力を記述しているモデルに、風力タービンが風力の一部しか回収できないという事実を記述している因子を乗じたものによってモデル化される。したがって、空気力学トルクＴａｅｒｏは、風速Ｖｗ、ピッチ角度θ、およびロータ速度Ωｒの関数としてモデル化される。そのようなモデルは、定常状態の条件の下で、以下のように記述される。
【００４５】
【数９】
0006494514.tif 000010
【００４６】
パラメータＣｑは、ロータをマッピングすることによって求めることができる。マッピングパラメータの例を図３に示している。このマップは、様々なピッチ角度（角θに対する曲線）について、比ＲｂΩｒ／Ｖｗの関数として、パラメータＣｑの値を示している。この種類のマップは、専門家には公知である。比ＲｂΩｒ／Ｖｗは、図３のＴＳＲによって表されている。
【００４７】
そのため、空気力学トルクＴａｅｒｏは、風力タービンに関連する量（ρ、Ｒｂ）と、既知の値（θ）と、予測される入力風速（Ｖｗ）との関数として書くことができる。
基礎動力学原理（ＲＦＤ）
回転の軸線上の複数のモーメントに関するロータに適用する基礎動力学原理を記述することによって、以下の型式の関係を得る。
【００４８】
【数１０】
0006494514.tif 000011
【００４９】
この関係において、前述の空気力学トルクモデルを使用して求めた動力学トルクＴａｅｒｏを使用する。さらに、ロータの摩擦と負荷トルクとは、ロータの回転速度Ωｒの２次多項式によって従来求めることができる。
【００５０】
２つのモデルを組み合わせることによって、入力風速Ｖｗと、複数の羽根のピッチ角度θ、電気回収トルクＴｅ、およびロータの回転速度Ωｒなどの既知または計測された量との間の関係を構築することができる。
入力風のモデル化（ＭＯＤ  ＶＥＮＴ）
最後のモデル化段階では、風を高調波ゆらぎと考える。これは、風が以下の型式で記述されると仮定する。
【００５１】
【数１１】
0006494514.tif 000012
【００５２】
ここで、ｐは風の高調波分解について考慮する高調波の数であって、ｐ＝５０を例えば選択することができる。
【００５３】
また、高調波の周波数については、Ｈｚを単位として、以下を選択することができる。
【００５４】
【数１２】
0006494514.tif 000013
【００５５】
前述の３個のモデルを組み合わせることによって、以下の型式の動力学モデルを得ることができる。
【００５６】
【数１３】
0006494514.tif 000014
【００５７】
この連立方程式から、入力風の高調波分解の複数の係数Ｃｋを求めることを可能にするオブザーバを構築することができる。オブザーバは以下の型式で書くことができる。
【００５８】
【数１４】
0006494514.tif 000015
【００５９】
後者の連立方程式は、入力する風の信号Ｖｗの高調波分解の複数の係数ｃｋを予測することができる適応型非線形予測器を表している。
【００６０】
この方法は、複数の係数ｃｋによる風Ｖｗの励起を再現する。再現された風Ｖｗは以下のような関係によって与えられる。
【００６１】
【数１５】
0006494514.tif 000016
【００６２】
ステップ３）風力タービン制御（ＣＯＭ）
入力風速Ｖｗに依存して、風力タービンはエネルギー回収を最適化するように制御される。本発明によれば、複数の羽根のピッチ角度θと電気回収トルクＴｅとの少なくとも一方は、入力風Ｖｗの関数として制御可能である。
【００６３】
本発明の実施形態によれば、複数の羽根のピッチ角度θと電気回収トルクＴｅとの少なくともいずれかは、入力風Ｖｗの関数として風力タービンをマッピングすることによって求めることができる。
【００６４】
その代わりに、図４に示している本発明の本実施形態によれば、複数の羽根のピッチ角度θは、以下のステップによって制御することができる。
１−回収された動力を最適にするピッチの決定
ｉ−電気トルク設定点Ｔｅｓｐの生成
ｉｉ−空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐの生成
iii−ピッチ位置θの決定
２−トルク設定点ＴｅｓｐとＴａｅｒｏｓｐの結果として生じるトルクの決定
３−伝達部分の疲労と極端な複数のモーメントとを減少させる結果として生じるトルク設定点（Ｔｒｅｓｓｐ）の生成
４−結果として生じるトルク設定点（Ｔｒｅｓｓｐ）の空気力学トルクと電気トルクとへの分配
５−空気力学トルクを達成できるピッチ位置の決定
６−決定されたピッチ角度への複数の羽根の向きの設定
１−回収された動力を最適にするピッチの決定
本発明の方法の１つの目的は、機械構造の極端なモーメントと疲労とを限定しながら、海岸または海上の水平軸線風力タービン（風に垂直な羽根）のエネルギー生産を最大にすることである。
風力タービンのエネルギー生産を最大にするために、ロータ動力学モデル構成ステップで求められた入力風速の関数として回収動力Ｐａｅｒｏを最大にできる複数の羽根のピッチ角度θを求める。
【００６５】
実施形態によれば、回収可能な動力のモデルがこの角度を定めるために使用される。この動力Ｐａｅｒｏは以下のように書くことができる。
Ｐaero＝Taero＊Ωｒ
したがって、Ｐａｅｒｏを最大にできる角度θを求める。そのため、以下のステップが実施される。
ｉ−電気機械トルク設定点Ｔｅｓｐの生成
ｉｉ−空気力学トルク設定点の生成Ｔａｅｒｏｓｐ
iii−ピッチ位置θの決定
ｉ−電気機械トルク設定点Ｔｅｓｐの生成
電気機械トルク設定点Ｔｅｓｐ
が最初に求められる。この設定点値は、電気機械の速度の関数としてのマッピングによって求められる。
【００６６】
本発明によれば、空気力学トルクＴｅｓｐは、動力学モデル構成の項で説明したように空気力学モデルによってモデル化される。
【００６７】
【数１６】
0006494514.tif 000017
【００６８】
したがって、電気機械の速度の関数として電気機械のトルク設定点を求めるために、各風速について回収される空気力学動力を最適化する。
【００６９】
【数１７】
0006494514.tif 000018
【００７０】
これによって、電気機械の軸の回転速度Ｔｅｓｐ＝ｆ（Ωｅ）に依存しているトルク設定点Ｔｅを得ることができる。
【００７１】
しかし、この基準曲線に関して、２つの制限が適用される。
【００７２】
風力タービン速度を増加させることができるように、電気機械が低速のときの零トルク
電気機械の動力を制限するような最大トルク
したがって、曲線Ｔｅｓｐ＝ｆ（Ωｅ）には以下の３つの領域が存在する。
【００７３】
領域１：零トルク
領域２：最適トルク
領域３：最大動力によって制限されているトルク
ｉｉ−空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐの生成
目的は、ロータ回転速度設定点Ωｒｓｐを達成することを可能にする空気力学設定点Ｔａｅｒｏｓｐを生成することである。そのため、ロータ動力学モデルが使用される。
【００７４】
【数１８】
0006494514.tif 000019
【００７５】
したがって、使用される制御戦略は、設定点の変動を予測し、比例項と積分項の２つの項で修正する動的制御戦略である。戦略は、以下の形態の関係を使用して記述される。
【００７６】
【数１９】
0006494514.tif 000020
【００７７】
ここで、
ｋｐとｋｉ：速度がその設定点に収束するのを保証するように較正される２つの実数パラメータ
iii−ピッチ位置θの決定
この空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐから、この空気力学トルク要求Ｔａｅｒｏｓｐを満たすように複数の羽根のピッチ角度θが決定される。そのため、空気力学トルクモデルは、ロータ動力学モデル構成段階において求められた入力風速Ｖｗ、計測されたロータ速度Ωｒｓｐ、およびトルク設定点Ｔａｅｒｏｓｐと共に使用される。（たとえばニュートンアルゴリズムを使用して）モデルを反転することによって、ピッチ設定点（以下の記号（２））が得られる。
【００７８】
【数２０】
0006494514.tif 000021
【００７９】
したがって、この制御則を使用して、回収動力を最大にできるように基準ロータ速度への収束を保証する。
２−２つのトルク設定点の結果として生じるトルクの決定
ＴｅｓｐとＴａｅｒｏｓｐの設定点から、これらの２つのトルクの結果であって、伝達部分に関連するトルク（記号（１））を求める。そのため、以下のような式によって、このトルクをモデル化する。
【００８０】
【数２１】
0006494514.tif 000022
【００８１】
ここで、ＪｒとＪｇとはそれぞれロータと電気機械の慣性である。
３−伝達部分の疲労と複数のモーメントとを減少させる結果として生じるトルク設定点（Ｔｒｅｓｓｐ）の生成
伝達部分への衝撃を最小にし、したがってその寿命を延ばすために、この結果として生じるトルク（記号（１））を修正する必要がある。そのため、伝達部分のねじれ速度変動を減少させ必要がある。したがって、ロータの速度と電気機械の速度の差に比例する項によってトルクを補償する。機械構造の動力学（伝達動力学）は、２つの結合されている２次の系によって記述することができる。
【００８２】
【数２２】
0006494514.tif 000023
【００８３】
したがって、伝達部分の疲労と極端なモーメントとを最小にするように、制御ストラテジーは、記号（１）とは異なる結果として生じるトルクを生成することを目的としている。したがって、以下の式が得られる。
【００８４】
【数２３】
0006494514.tif 000024
【００８５】
ここでｋは、複数の厳密に正の較正パラメータである。これらのパラメータは、専門家が実験的に求めることができる。これら全てのパラメータｋは、たとえば、１に等しいと考えることができる。
４−結果として生じるトルク設定点（Ｔｒｅｓｓｐ）の空気力学トルクと電気トルクとへの分配
それから、この結果として生じるトルク設定点Ｔｒｅｓｓｐは、空気力学トルクＴａｅｒｏと電気機械のトルクＴｅとに分配される。分配は、複数の動作ゾーンに従って達成される。空気力学トルクが限定的なゾーン２では、トルクには余剰がある。この場合、トルクの修正は、電気機械のトルクに影響するが、空気力学トルクには影響しない。したがって、この場合、以下のようになる。
【００８６】
【数２４】
0006494514.tif 000025
【００８７】
同様に、電気機械のトルクが限定的なゾーン３では、トルクの修正は空気力学トルクに影響し、そのため、以下のようになる。
【００８８】
【数２５】
0006494514.tif 000026
【００８９】
５−空気力学トルクを達成できるピッチ位置の決定
この空気力学トルク設定点Ｔａｅｒｏｓｔｒａｔから、この空気力学トルク要求Ｔａｅｒｏｓｔｒａｔを満たすように複数の羽根のピッチ角度θを決定する。そのため、空気力学トルクモデルは、ロータ動力学モデル構成段階において求められた入力風速Ｖｗ、計測されたロータ速度Ωｒｓｐ、およびトルク設定点Ｔａｅｒｏｓｔｒａｔと共に使用される。（たとえばニュートンアルゴリズムを使用して）モデルを反転することによって、ピッチ設定点（記号（２））が得られる。
【００９０】
【数２６】
0006494514.tif 000027
【００９１】
したがって、この制御則を使用して、伝達部分への機械的衝撃（疲労と極端なモーメント）を最小にしながら、回収動力を最大にできる基準ロータ速度への収束を保証する。
６−決定されたピッチ角度での複数の羽根の向きの設定
風力タービンによって回収される電力を最適化するために、複数の羽根が前のステップで計算されたピッチ角度に向けられる。
【００９２】
【図１】
0006494514.tif 000034
【図２】
0006494514.tif 000035
【図３】
0006494514.tif 000036
【図４】
0006494514.tif 000037