(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備え、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記接続部を解除する指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする風力発電システム
【請求項２】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備え、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、異常を通知するアラーム手段を備えることを特徴とする風力発電システム
【請求項３】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備え、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備え、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、前記接続部を解除する指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする風力発電システム
【請求項４】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備え、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備え、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、異常を通知するアラーム手段を備えることを特徴とする風力発電システム
【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システムであって、
前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルは各々複数設けられ、
前記接続部は、複数の前記上側ケーブル及び前記下側ケーブル間の距離が略一定になるように各前記ケーブルを固定するブラケットと、
前記複数の上側ケーブルと前記複数の下側ケーブルを接続及び解除するコネクタを備えることを特徴とする風力発電システム
【請求項６】
請求項５に記載の風力発電システムであって、
前記ブラケットは、前記複数の上側ケーブルを支持する第１のブラケットと、
前記複数の下側ケーブルを支持する第２のブラケットと、
前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットを切り離し可能に接続するブラケット接続手段を備えることを特徴とする風力発電システム
【請求項７】
請求項６に記載の風力発電システムであって、
前記ブラケット接続手段は前記第１のブラケット及び前記第２のブラケット間を近付ける又は遠ざける推力を発生されるアクチュエータを備え、
前記コネクタは引っ張り力で解除されるコネクタであることを特徴とする風力発電システム
【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システムであって、
前記接続部の解除後は、前記ロータが前記ナセルに対して風下に位置する様に、風の力を用いて前記ナセルが前記タワーに対して回転することを特徴とする風力発電システム
【請求項９】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置と、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、前記上側ケーブルと接続される下側ケーブルを備えた水平軸の風力発電システムの制御方法であって、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする風力発電システムの制御方法
【請求項１０】
請求項９に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記風力発電システムは、前記系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備えており、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする風力発電システムの制御方法
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の風力発電システムの制御方法であって、
前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続の解除後は、前記ロータが前記ナセルに対して風下に位置する様に、風の力を用いて前記ナセルが前記タワーに対して回転することを特徴とする風力発電システムの制御方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止のため自然エネルギーを利用した風力発電システムが注目を浴びている。電源喪失時などに台風や突風で生じた荷重を低減できる風力発電システムの技術として、例えば特許文献１に記載された方法がある。該特許文献１にはアップウィンド側にあるロータをダウンウィンド側に待機するようにヨー角を旋回制御し、ダウンウィンド風車のロータが風の力によって受動的にロータが風下に位置し、安定して風向との偏差角をより少なくする運転方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００３／５８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当初、風力発電システムの設置場所は主として陸上であったが、近年は洋上風力発電所の建設数が増加している。洋上風力発電には、着床式や浮体式という２つの方式があるが、風力発電システムの発電電力は、基本的には海底に設置された送電ケーブルを通して陸上の電力系統に接続される。
【０００５】
この海底送電ケーブルには、切断のリスクがあることが知られている。もし、海底ケーブルが切断された場合、電力系統からの電源供給が長期間に渡って途絶えるため、電源供給停止中に接近した台風等による突風に対して、荷重を低減させる必要がある。上記は洋上に風力発電所が設置される場合に関するものであるが、陸上に設置される場合であっても災害等を含め長期間電力系統からの電源供給が途絶えることは起こり得る。
【０００６】
特許文献１に記載の技術は荷重低減法として有効であるが、ヨー回転が受動的であるため回転角度を制御できず、同じ方向にヨー回転を続けた場合、ナセルとタワー間を接続する電力ケーブルに過剰な捻じれが生じ、ケーブルを損傷してしまう可能性が排除されない。
【０００７】
そこで、本発明では、ナセルとタワー間の電力ケーブルの信頼性を維持することが可能な風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる風力発電システムは風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる風力発電システムの制御方法は、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置と、前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、前記上側ケーブルと接続される下側ケーブルを備えた水平軸の風力発電システムの制御方法であって、前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ナセルとタワー間の電力ケーブルの信頼性を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電装置の概略構成を示す図である。
【図２】ケーブル切り離し手段７の構成を示す概念図である。
【図３】接続コネクタ７６Ａと７６Ｂが、切り離された状態を説明する図である。
【図４】ナセル側ケーブルブラケット７１とタワー側ケーブルブラケット７３が、機械的に切り離され、互いに自由に回転できる状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例であり、本発明の実施態様が下記具体的態様に限定されることを意図する趣旨ではない。
【実施例１】
【００１３】
実施例１について図１ないし図４を用いて説明する。図１に示す様に、本実施例における風力発電装置は風を受けて回転するブレードとブレードを支持するハブからなるロータ１と、ロータ１を回転可能に支持しつつ下述するタワー３に対してヨー回転可能に支持するナセル２と、ナセル２を回転可能に支持するタワー３を備えている。ナセル２には、ロータの回転運動によって発電する発電機４と、ナセル２の方位角を変更するためのヨー駆動装置５を備えている。ヨー駆動装置５はタワー３に設けることも可能である。また、ナセル２内の電気機器（例えば、発電機４等）とタワー下側機器（例えば、電力変換装置８や昇圧変圧器１１等）を電気的に接続するため、ナセル２側の機器には上側ケーブル６１が、タワー側の機器には下側ケーブル６２が、それぞれ接続されている。上側ケーブル６１の下端は、タワー内部で接続手段７を用いて下側ケーブル６２の上端と接続される。ここで、例えば、発電機４の出力端子には、主回路ケーブルとしてケーブル６１が接続され、更にケーブル６２を介してタワー下側の電力変換装置８に接続される。また、ヨー駆動装置５の電源端子には、補機電源ケーブルとして上記とは異なる上側ケーブル６１が接続され、この上側ケーブル６１に接続される上記とは異なる下側ケーブル６２によりタワー下側の補機用分電盤９に接続される。この様に、本実施例においては、発電電力の輸送用と補機電源の輸送用で異なる２組の上側ケーブル６１と下側ケーブル６２を備えている。無論、上側ケーブル６１と下側ケーブル６２の数については限定されるものではない。電力変換装置８は昇圧変圧器１１を介して電力系統に接続される。補機用分電盤９には風力発電装置の主たる制御装置となる風車制御盤１０が接続されている。風車制御盤１０から接続手段７に対して電気的に接続される。また風車制御盤１０によって接続手段７に対して接続または解除の指令が出力される。本実施例においては、風力発電装置の主たる制御装置となる風車制御盤１０が接続手段７の制御装置として働くが、他の制御装置によって接続手段７を制御することも可能である。
【００１４】
図１において、ナセル２の方位角（ヨー角）はヨー駆動装置５により回転する。ケーブル６１、接続手段７、およびケーブル６２は、ヨー角の変化によって捻れが生じてもよいようタワー３に対して固定されている。
【００１５】
ここで、長期間（例えば、数日）系統電源が低下（例えば、正常時の電圧から１０％より多く低下）した場合には、ヨー駆動装置５による回転を維持することが困難となる。この場合にも、風から受ける荷重を低減するべく、ロータ１がナセル２に対して風下に（ダウンウインド位置に）位置する様に、風の力に対して受動的にロータ１やナセル２が回転するモードに移行することが有効である。このモードにおいては、ヨー回転が受動的であるため回転角度を制御できず、同じ方向にヨー回転を続けることが起こり得る。その場合、ナセル２とタワー３の間を接続する上側ケーブル６１と下側ケーブル６２に過剰な捻じれが生じることも考えられる。
【００１６】
そこで本実施例では、長期間系統電源が停止した場合には接続手段７により、上側ケーブル６１と下側ケーブル６２の接続を切り離すことができる様にしている。接続手段７で上側ケーブル６１と下側ケーブル６２を切り離すことで、ヨー回転しても捻りを生じない待機運転モードとすることができる。尚、上側ケーブル６１と下側ケーブル６２の接続が解除された後になっていれば、接続の解除を受けてロータ１がナセル２に対して風下に位置する様に切り換えても、接続の解除の前にロータ１がナセル２に対して風下に位置する様に切り換えておき、その状態が維持される様にすることでも良い。
【００１７】
尚、この切り離し操作は、作業員が接続手段７での接続を切り離す作業をしてもよいし、風車制御盤１０等の制御装置からの電気接続信号によって遠隔で切り離すことも可能としている。作業員が切り離す上でも、風力発電システムの内部で直接切り離す場合もあれば、遠隔地等に異常を通知するアラーム手段（図示を省略）を設けておき、作業員がアラームを受けて遠隔地等から切り離し指令を行うことも可能である。
【００１８】
切り離しやアラーム通知のタイミングとしては、例えば系統側電圧が所定期間以上低下した場合や、系統側電圧低下時にヨーアクチュエータを動かすためのバッテリ（図示せず）の残量が所定残量以下に低下した場合等が挙げられる。このバッテリは、長期の電圧低下でなく、数秒の瞬低などの際に利用することができる。また、ここで系統電圧でなく、系統側電圧としているのは、系統電圧自体が低下した場合は勿論、系統電圧は正常であるが、系統側と風力発電システムを接続するケーブル（例えば海底ケーブル）が損傷等して送電系に異常がある場合も存在するためである。
【００１９】
図２は、接続手段７の詳細を説明する概念図である。接続手段７は、複数の上側ケーブル６１を固定する上側ケーブルブラケット７１と、複数の下側ケーブル６２を固定する下側ケーブルブラケット７３と、上側ケーブルブラケット７１と下側ケーブルブラケット７３間を接続し、上側ケーブルブラケット７１と下側ケーブルブラケット７３間の捻りによるトルク荷重を負担する回転防止手段７２と、ケーブルブラケット７１とケーブルブラケット７３間の引っ張り荷重を負担するモータ７４および回転軸７５と、ケーブル６１とケーブル６２を電気的に接続及び解除する接続コネクタ７６Ａおよび７６Ｂから構成されている。
【００２０】
回転防止手段７２について説明する。回転防止手段７２は、ケーブルブラケット７１に固定されている。回転防止手段７２の下側は、ケーブルブラケット７３に開けられた穴（もしくは凹部）に挿入されており、捻りによるトルクがかかっても、ケーブルブラケット７１とケーブルブラケット７３が別々に捻れることがないようにする。
【００２１】
モータ７４および回転軸７５について説明する。本実施例においては、モータ７４および回転軸７５が両ブラケットを切り離し可能に接続しており、ブラケット接続手段を構成する。またモータ７４が駆動力を生じさせるアクチュエータである。回転軸７５には、ネジ溝が加工されており、ケーブルブラケット７３側に対応するネジ穴をあけている。これによって、既知のボールネジ機構のようにモータ７４による回転運動を直線運動に変換し、ケーブルブラケット７１に対するケーブルブラケット７３の位置を可変とすることができる。
【００２２】
図３および図４は、モータ７４によって回転軸７５を回転させ、ケーブルブラケット７３の位置を図面の下方向に移動させた場合の図面である。図３は、ケーブルブラケット７３が下方向に移動した結果、ケーブル６１とケーブル６２の間に引っ張り荷重がかかり、コネクタ７６Ａと７６Ｂが分離した状態である。尚、コネクタは引っ張り力で解除されるコネクタを用いている。これにより、電気的にケーブル６１とケーブル６２が切断される。図４は、図３に比べてケーブルブラケット７３をさらに下方向に移動させた状態である。この状態では回転防止手段７２は、ケーブルブラケット７３の穴から完全に引き抜かれた状態になる。また、回転軸７５下側の直径が細い位置にケーブルブラケット７３がくるため、ケーブルブラケット７３は、ケーブルブラケット７１側とは関係なく自由に回転できる。これにより、ヨー回転しても捻りを生じない。
【００２３】
本実施例で説明したモータ７４については、風車制御盤１０等の制御装置で自動で駆動させることや、作業者が現地で或いは遠隔地でアラーム通知を受けて駆動させることでも良い。
【００２４】
本実施例においては、一実施態様として、上記の接続手段を説明したが、無論これに限定されるものでないことは言うまでも無く、発明の思想を変更しない範囲で種々の異なる手段を用いることが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：ロータ、２：ナセル、３：タワー、４：発電機、５：ヨー駆動装置、６１：ケーブル(ナセル側)、６２：ケーブル（タワー側）、７：ケーブル切り離し手段、８：電力変換装置、９：補機用分電盤、１０：制御装置、７１：ケーブルブラケット（ナセル側）、７２：回転防止手段、７３：ケーブルブラケット（タワー側）、７４：モータ、７５：モータ回転軸、７６Ａ、７６Ｂ：接続コネクタ
【図１】
0006650330.tif 000002
【図２】
0006650330.tif 000003
【図３】
0006650330.tif 000004
【図４】
0006650330.tif 000005