(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するステップと、
前記風車ロータが受ける風の風速又は前記風速の乱れ度の指標の少なくとも一方を取得するステップと、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、を備え、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方の前記閾値は、前記風向に応じて可変であり、
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記乱れ度の指標を少なくとも取得し、
前記風力発電装置の前記風向が第１範囲内である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値をＸｔｈとしたとき、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値はｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）であり、
前記風向の前記第２範囲は、前記風向の前記第１範囲に比べて、前記風車ロータのロータ面内における風速分布の乱れが大きくなる傾向を有する
ことを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【請求項２】
前記第２範囲は、前記風力発電装置の周囲の風力発電装置又は前記風力発電装置を取り巻く地形により、前記第１範囲に比べて前記風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる範囲であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項３】
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記風速と前記乱れ度の指標との両方を取得し、
前記運転モードを選択するステップでは、前記風速又は前記乱れ度の指標の少なくとも一方が閾値以上である場合に、前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項４】
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、さらに、前記荷重が閾値以上であるか否かに基づいて、前記複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項５】
風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するステップと、
前記風車ロータが受ける風の風速又は前記風速の乱れ度の指標の少なくとも一方を取得するステップと、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、を備え、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方の前記閾値は、前記風向に応じて可変であり、
前記風向が第１範囲内である場合における前記閾値に比べ、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲内である場合における前記閾値は小さく設定され、
前記風向の前記第２範囲は、前記風向の前記第１範囲に比べて、前記風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる傾向を有し、
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記風速及び前記乱れ度の指標を取得し、
前記運転モードを選択するステップでは、少なくとも前記乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに基づいて、前記風力発電装置の運転モードを選択し、
前記乱れ度の指標の閾値は、前記風速に応じて可変である
ことを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【請求項６】
前記乱れ度の指標は前記風速の時系列データの標準偏差であり、
前記風速の標準偏差の閾値は、前記風速が規定値未満の第１範囲及び前記風速が前記規定値以上の第２範囲において、それぞれ異なる前記風速の１次関数で表現され、
前記第１範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の切片は、前記第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の切片よりも大きく、
前記第１範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の傾きは負であり、前記第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の傾きは正である
ことを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項７】
前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項８】
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項９】
風車翼を有する風車ロータと、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するための風向センサと、
前記風車ロータが受ける風の風速を取得するための風速センサと、
前記風速センサで取得した前記風速から算出した前記風速の乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、を備え、
前記乱れ度の指標の前記閾値は、前記風向センサで取得した前記風向に応じて可変であり、
前記風力発電装置の前記風向が第１範囲内である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値をＸｔｈとしたとき、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値はｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）であり、
前記風向の前記第２範囲は、前記風向の前記第１範囲に比べて、前記風車ロータのロータ面内における風速分布の乱れが大きくなる傾向を有する
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
前記第２範囲は、前記風力発電装置の周囲の風力発電装置又は前記風力発電装置を取り巻く地形により、前記第１範囲に比べて前記風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる範囲であることを特徴とする請求項９に記載の風力発電装置。
【請求項１１】
風車翼を有する風車ロータと、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するための風向センサと、
前記風車ロータが受ける風の風速を取得するための風速センサと、
前記風速センサで取得した前記風速又は前記風速から算出した前記風速の乱れ度の指標の少なくとも一方が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、を備え、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方の前記閾値は、前記風向センサで取得した前記風向に応じて可変であり、
前記風向が第１範囲内である場合における前記閾値に比べ、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲内である場合における前記閾値は小さく設定され、
前記風向の前記第２範囲は、前記風向の前記第１範囲に比べて、前記風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる傾向を有し、
前記運転モード選択部は、少なくとも前記乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに基づいて、前記風力発電装置の運転モードを選択するように構成され、
前記乱れ度の指標の閾値は、前記風速に応じて可変である
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項１２】
前記運転モードに基づいて前記風力発電装置の運転を制御するための運転制御部をさらに備え、
前記運転制御部は、前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制するように構成された
ことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の風力発電装置。
【請求項１３】
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含むことを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は風力発電装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば高風速時のような過酷な気象条件から風力発電装置を保護するため、風力発電装置の運転モードを変更する試みが提案されている。
例えば、特許文献１には、風速が臨界風速（critical wind velocity）以上の高風速域において風力運転装置を継続して運転するための方法が開示されている。特許文献１に記載の運転方法では、風速が臨界風速以上の高風速域において、風車翼のピッチ角を制御することにより、風速に応じて出力を不連続に減少させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７９４８１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、風車ロータに向かって吹く風は、風力発電装置の周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置等の周囲の環境の影響を受け、ロータ面内における風速分布が乱れる場合がある。例えば、風力発電装置の周囲の環境により、ロータ面内においてウインドシア（鉛直方向シア又は水平方向シア）が生じたり、吹上、風向偏差、又はロータ面内での風向捩じれに基づく斜流が生じたり、あるいは、乱流強度の増加や渦の発生が生じたりする等、風車ロータに向かって吹く風において気流が乱れる場合がある。このため、地形などの周囲環境に起因するロータ面内における風速分布の乱れにより、風車翼に作用する荷重が影響を受け、これにより、風車の構成部品（例えば、風車翼を含む風車ロータが接続されるドライブトレインや、風車ロータを支持するナセルやタワー）に作用する荷重が影響を受ける場合がある。
この点において、特許文献１に記載の風力発電装置では、風車翼の荷重を抑制する際に、地形などの周囲環境を考慮することについては何ら記載されていない。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、風車の構成部品に作用する荷重をより適切に低減可能な風力発電装置の運転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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の運転方法は、
風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するステップと、
前記風車ロータが受ける風の風速又は前記風速の乱れ度の指標の少なくとも一方を取得するステップと、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、を備え、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方の前記閾値は、前記風向に応じて可変である。
【０００７】
風速及び風速の乱れ度は、風車翼の荷重又は変動荷重を示す指標であり、風車翼の荷重又は変動荷重は、風車の構成部品（例えば風車ロータが接続されるドライブトレインや、風車ロータを支持するナセルやタワー）に作用する荷重と関連するものであり、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の要因となり得る。
一方、ロータ面内における風速分布は、風力発電装置の周囲の環境（例えば周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置）の影響を受ける。このため、同一の風速及び風速の乱れ度であっても、風向によって、風車翼の荷重又は変動荷重が変化し得る。
この点、上記（１）の方法では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を風向に応じて可変としたので、風速又は風速の乱れ度の閾値を風向によらず一定とする場合に比べて、運転モードを風向に応じてより適切に選択することができる。これにより、例えばロータ面内におけるウインドシアが大きい傾向にある特定の風向では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を比較的小さく設定することで、該特定の風向における風車翼の荷重又は変動荷重を適切に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を低減し、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制することができる。一方、例えばロータ面内におけるウインドシアが小さい傾向にある他の風向では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を比較的大きく設定することで、該特定の風向において、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記乱れ度の指標を少なくとも取得し、
前記風力発電装置の前記風向が第１範囲内である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値をＸｔｈとしたとき、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値はｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）である。
ロータ面内における風速分布の乱れは、風向（ナセル方位）に応じて異なる場合がある。この点、上記（２）の方法では、風向が第１範囲とは異なる第２範囲内にある場合において、乱れ度の指標の閾値を、第１範囲での閾値Ｘｔｈよりも小さい閾値ｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）としている。よって、風向が第２範囲内にある場合に、第１範囲内にある場合に比べて、乱れ度が比較的小さい場合であっても荷重抑制運転モードが選択され得る。このように、第１範囲の閾値Ｘｔｈを基準としてこれをｋ倍して第２範囲の閾値ｋ×Ｘｔｈを設定することで、ロータ面内における風速分布の乱れが大きくなる傾向を有する風向の範囲（第２範囲）において比較小さい閾値を設定することができ、これにより、風力発電装置の運転モードをより適切に選択することができる。
【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記第２範囲は、前記風力発電装置の周囲の風力発電装置又は前記風力発電装置を取り巻く地形により、前記第１範囲に比べて風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる範囲である。
上記（３）の方法によれば、風力発電装置の周囲の風力発電装置又は風力発電装置を取り巻く地形により、第１範囲に比べて風車ロータに向かう風の気流の乱れ（例えば、ウインドシア、斜流、又は渦の発生等）が大きくなる範囲を第２範囲としている。よって、風車ロータに向かう風の気流の乱れが比較的大きい第２範囲において比較小さい閾値が設定されるので、これにより風力発電装置の運転モードをより適切に選択することができる。
【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの方法において、
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記風速と前記乱れ度の指標との両方を取得し、
前記運転モードを選択するステップでは、前記風速又は前記乱れ度の指標の少なくとも一方が閾値以上である場合に、前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択する。
上記（４）の方法によれば、風速が閾値以上である場合又は風速の乱れ度の指標のうち、何れか一方でも閾値以上である場合に荷重抑制運転モードを選択する。このように、風車翼の荷重又は変動荷重に関する複数の指標に基づいて運転モードを選択することで、風車翼に作用する荷重をより効果的に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの方法は、
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、さらに、前記荷重が閾値以上であるか否かに基づいて、前記複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択する。
上記（５）の方法によれば、風速又は風速の乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに加えて、風車翼に作用する荷重が閾値以上であるか否かに基づいて、風力発電装置の運転モードを選択する。このように、風車翼の荷重又は変動荷重に関する複数の指標及び風車翼に作用する荷重に基づいて運転モードを選択することで、風車翼に作用する荷重をより効果的に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を効果的に低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００１２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記風速又は前記乱れ度の指標を取得するステップでは、前記風速及び前記乱れ度の指標を取得し、
前記運転モードを選択するステップでは、少なくとも前記乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに基づいて、前記風力発電装置の運転モードを選択し、
前記乱れ度の指標の閾値は、前記風速に応じて可変である。
上記（６）の方法では、風速の乱れ度の指標の閾値を風速に応じて可変としたので、風速と風速の乱れ度との組み合わせに応じた風速の乱れ度の指標の閾値に基づいて運転モードを選択するので、風車翼に作用する荷重又は変動荷重をより効果的に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
例えば、風速の乱れ度が比較的大きくても風速が比較的小さければ、又は、風速が比較的大きくても風速の乱れ度が比較的小さければ、風車翼の荷重が、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生に影響しない程度のレベルのものである場合がある。上記（６）の方法によれば、このような場合に、抑制運転モードを必要以上に選択することなく通常運転モードを選択することができ、風力発電装置の総発電量を向上させることができる。
【００１３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記乱れ度の指標は前記風速の時系列データの標準偏差であり、
前記風速の標準偏差の閾値は、前記風速が規定値未満の第１範囲及び前記風速が前記規定値以上の第２範囲において、それぞれ異なる前記風速の１次関数で表現され、
前記第１範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の切片は、前記第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の切片よりも大きく、
前記第１範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の傾きは負であり、前記第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の傾きは正である。
上記（７）の方法では、第１範囲における標準偏差の閾値を規定する風速の１次関数は、前記第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数に比べて、切片が大きい。また、第１範囲における標準偏差の閾値を規定する風速の１次関数の傾きは負であるのに対し、第２範囲における閾値を規定する前記風速の１次関数の傾きは正である。このため、前記標準偏差の閾値を、風車翼の変動荷重により直接的に影響する風速の乱れ強度（＝（風速の時系列データの標準偏差）／（風速の時系列データの平均値））の閾値に換算したとき、当該閾値は、比較的低風速域の第１範囲において風速が小さくなるにしたがって急激に大きくなる一方、比較的高風速域の第２範囲において風速が大きくなるにしたがって緩やかに減少する。
よって、比較的低風速域の第１範囲では、風速が小さくなるほど乱れ強度の閾値が急増するため、低風速時において通常運転モードを選択する機会が増えて、風力発電装置の発電量を確保することができる。一方、比較的高風速域の第２範囲では、風速が大きくなるほど乱れ強度の閾値が緩やかに減少するため、高風速時において抑制運転モードを選択する機会が増えて、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
【００１４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れかの方法において、
前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制する。
上記（８）の方法によれば、荷重抑制運転モードにおいて、通常運転モードでの運転時に比べて、風車ロータの回転数を低くし、又は、風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードよりも風車翼の荷重を抑制することができる。これにより、風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００１５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れかの方法において、
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含む。
上記（９）の方法によれば、荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、第１荷重抑制運転モードよりも荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードとを含む。このように、複数の荷重抑制運転モードを設けることで、風車翼の荷重、及び、風車ロータの回転数又は風車翼のピッチ角に応じて段階的に風車翼の荷重を抑制することが可能となり、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００１６】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
風車翼を有する風車ロータと、
前記風車ロータが受ける風の風向を取得するための風向センサと、
前記風車ロータが受ける風の風速を取得するための風速センサと、
前記風速センサで取得した前記風速又は前記風速から算出した前記風速の乱れ度の指標の少なくとも一方が閾値以上であるか否かに基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、を備え、
前記風速又は前記乱れ度の指標の前記少なくとも一方の前記閾値は、前記風向センサで取得した前記風向に応じて可変である。
【００１７】
風速及び風速の乱れ度は、風車翼の荷重又は変動荷重を示す指標であり、風車翼の荷重又は変動荷重は、風車の構成部品（例えば風車ロータが接続されるドライブトレインや、風車ロータを支持するナセルやタワー）に作用する荷重と関連するものであり、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の要因となり得る。
一方、ロータ面内における風速分布は、風力発電装置の周囲の環境（例えば周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置）の影響を受ける。このため、同一の風速及び風速の乱れ度であっても、風向によって、風車翼の荷重又は変動荷重が変化し得る。
この点、上記（１０）の構成では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を風向に応じて可変としたので、風速又は風速の乱れ度の閾値を風向によらず一定とする場合に比べて、運転モードを風向に応じてより適切に選択することができる。これにより、例えばロータ面内におけるウインドシアが大きい傾向にある特定の風向では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を比較的小さく設定することで、該特定の風向における風車翼の荷重又は変動荷重を適切に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を低減し、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制することができる。一方、例えばロータ面内におけるウインドシアが小さい傾向にある他の風向では、風速又は風速の乱れ度の指標の閾値を比較的大きく設定することで、該特定の風向において、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００１８】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記風力発電装置の前記風向が第１範囲内である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値をＸｔｈとしたとき、前記風向が、前記第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲である場合における、前記乱れ度の指標の前記閾値はｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）である。
ロータ面内における風速分布の気流の乱れは、風向（ナセル方位）に応じて異なる場合がある。この点、上記（１１）の構成では、風向が第１範囲とは異なる第２範囲内にある場合において、乱れ度の指標の閾値を、第１範囲での閾値Ｘｔｈよりも小さい閾値ｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）としている。よって、風向が第２範囲内にある場合に、第１範囲内にある場合に比べて、乱れ度が比較的小さい場合であっても荷重抑制運転モードが選択され得る。このように、第１範囲の閾値Ｘｔｈを基準としてこれをｋ倍して第２範囲の閾値ｋ×Ｘｔｈを設定することで、ロータ面内における風速分布の乱れが大きくなる傾向を有する風向の範囲（第２範囲）において比較小さい閾値を設定することができ、これにより、風力発電装置の運転モードをより適切に選択することができる。
【００１９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記第２範囲は、前記風力発電装置の周囲の風力発電装置又は前記風力発電装置を取り巻く地形により、前記第１範囲に比べて風車ロータに向かう風の気流の乱れが大きくなる範囲である。
上記（１２）の構成によれば、風力発電装置の周囲の風力発電装置又は風力発電装置を取り巻く地形により、第１範囲に比べて風車ロータに向かう風の気流の乱れ（例えば、ウインドシア、斜流、又は渦の発生等）が大きくなる範囲を第２範囲としている。よって、風車ロータに向かう風の気流の乱れが比較的大きい第２範囲において比較小さい閾値が設定されるので、これにより風力発電装置の運転モードをより適切に選択することができる。
【００２０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１０）〜（１２）の何れかの構成において、
前記運転モード選択部は、少なくとも前記乱れ度の指標が閾値以上であるか否かに基づいて、前記風力発電装置の運転モードを選択するように構成され、
前記乱れ度の指標の閾値は、前記風速に応じて可変である。
上記（１３）の構成では、風速の乱れ度の指標の閾値を風速に応じて可変としたので、風速と風速の乱れ度との組み合わせに応じた風速の乱れ度の指標の閾値に基づいて運転モードを選択するので、風車翼に作用する荷重又は変動荷重をより効果的に低減することができる。よって、風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
例えば、風速の乱れ度が比較的大きくても風速が比較的小さければ、又は、風速が比較的大きくても風速の乱れ度が比較的小さければ、風車翼の荷重が、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生に影響しない程度のレベルのものである場合がある。上記（１３）の構成によれば、このような場合に、抑制運転モードを必要以上に選択することなく通常運転モードを選択することができ、風力発電装置の総発電量を向上させることができる。
【００２１】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１０）〜（１３）の何れかの構成において、
前記風力発電装置は、前記運転モードに基づいて前記風力発電装置の運転を制御するための運転制御部をさらに備え、
前記運転制御部は、前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制するように構成される。
上記（１４）の構成によれば、荷重抑制運転モードにおいて、通常運転モードでの運転時に比べて、風車ロータの回転数を低くし、又は、風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードよりも風車翼の荷重を抑制することができる。これにより、風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【００２２】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１０）〜（１４）の何れかの構成において、
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含む。
上記（１５）の構成によれば、荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、第１荷重抑制運転モードよりも荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードとを含む。このように、複数の荷重抑制運転モードを設けることで、風車翼の荷重、及び、風車ロータの回転数又は風車翼のピッチ角に応じて段階的に風車翼の荷重を抑制することが可能となり、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車の構成部品に作用する荷重をより適切に低減可能な風力発電装置の運転方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係る風力発電装置のコントローラの構成を示す図である。
【図３】一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。
【図４】一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。
【図５】一実施形態に係る運転モードを判定するステップのフローチャートである。
【図６】一実施形態における風力発電装置の運転モードとロータ回転数との関係示すグラフである。
【図７】一実施形態に係る運転方法における風速の閾値と運転モードとの関係を示す図である。
【図８】一実施形態に係る運転方法における風速の閾値及び運転モードと、風向との関係を示す図である。
【図９】一実施形態に係る運転方法における風速の乱れ度の指標の閾値及び運転モードと、風向との関係を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る風速の乱れ度の指標の閾値と風速の関係を示すグラフである。
【図１１】一実施形態に係る風速の乱れ度の指標の閾値と風速の関係を示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係る風速の乱れ度の指標の閾値と風速の関係を示すグラフである。
【図１３】一実施形態に係る風速の乱れ度の指標の閾値と風速の関係を示すグラフである。
【図１４】一実施形態に係る風速の乱れ度の指標の閾値と風速の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
まず、幾つかの実施形態に係る運転方法が適用される風力発電装置の全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、風力発電装置１は、少なくとも１本の風車翼２及びハブ３で構成される風車ロータ５と、ハブ３に連結されるメインシャフト６と、風車ロータ５の回転エネルギーにより駆動される発電機１０と、を備える。メインシャフト６と発電機１０とはドライブトレイン８を介して接続されており、風車ロータ５の回転エネルギーは、メインシャフト６及びドライブトレイン８を介して発電機１０に伝達されるようになっている。
また、風力発電装置１は、メインシャフト６、ドライブトレイン８、発電機１０等の各種機器を収容するためのナセル７と、ナセル７を支持するタワー９と、を備える。風車ロータ５は、ナセル７によって回転可能に支持されている。なお、ハブ３は、スピナ（ハブカバー）４によって覆われていてもよい。
風力発電装置１は、海上に設置される洋上風力発電装置であってもよいし、陸上に設置された陸上風力発電装置であってもよい。
【００２７】
風力発電装置１は、風車翼２に作用する荷重（翼荷重）を取得するための荷重センサ１２をさらに備える。
荷重センサ１２は、例えば、風車翼２の翼根部２ａに取り付けられた歪センサを含み、該歪センサにより取得される歪データに基づいて風車翼２に作用する荷重を算出するように構成されていてもよい。なお、風車翼２の翼根部２ａとは、風車翼２のハブ３側の端部を構成している構造部分のことであり、風車翼２からハブ３へ伝達される曲げモーメントを負担する。
風車ロータ５が複数の風車翼２で構成される場合、荷重センサ１２は、複数の風車翼２の各々に設けられ、それぞれの風車翼２に作用する荷重を取得するように構成されていてもよい。
【００２８】
風力発電装置１は、風車ロータ５が受ける風の風向及び風速をそれぞれ取得するための風向センサ１６及び風速センサ１４を備える。風向センサ１６及び風速センサ１４は、ナセル７に取り付けられていてもよい。
【００２９】
図２は、一実施形態に係る風力発電装置のコントローラの構成を示す図である。
風力発電装置１は、風力発電装置１の運転を制御するためのコントローラ２０をさらに備える。図２に示すように、一実施形態に係るコントローラ２０は、乱れ度指標算出部２１と、運転モード選択部２２と、運転制御部２６と、を備える。
乱れ度指標算出部２１は、風速センサ１４で取得された風速に基づいて、風速の乱れ度の指標を算出するように構成される。なお、風速の乱れ度の指標については後で説明する。
運転モード選択部２２は、風速センサ１４により取得される風車ロータ５が受ける風の風速、乱れ度指標算出部２１により算出される乱れ度の指標、又は、荷重センサ１２により取得された翼荷重度に基づいて、風力発電装置１の運転モードを複数の運転モードから選択するように構成される。
運転制御部２６は、運転モード選択部２２により選択された運転モードに基づいて、風力発電装置１の運転を制御するように構成される。
【００３０】
次に、幾つかの実施形態に係る風力発電装置の運転方法について、上述した風力発電装置１に適用する場合を例として説明する。
【００３１】
図３及び図４は、それぞれ、一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。
【００３２】
図３のフローチャートに示す風力発電装置の運転方法は、風車ロータ５が受ける風の風速Ｖを取得するステップ（Ｓ１０２）と、風車ロータ５が受ける風の風向を取得するステップ（Ｓ１０４）と、ステップＳ１０２で取得した風速Ｖが閾値以上であるか否かに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０６〜Ｓ１１６）と、を備える。ここで、風速Ｖの閾値は、風向に応じて可変である。そして、風力発電装置１は、ステップＳ１０６〜Ｓ１１６にて選択された運転モードで運転される。
【００３３】
図４のフローチャートに示す風力発電装置の運転方法は、風車ロータ５が受ける風の風速Ｖを取得するステップ（Ｓ２０２）と、風車ロータ５が受ける風の風向を取得するステップ（Ｓ２０４）と、ステップＳ２０２で取得した風速Ｖに基づいて、風速の乱れ度の指標Ｉを取得するステップ（Ｓ２０５）と、ステップＳ２０５で算出した乱れ度の指標Ｉが閾値以上であるか否かに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ２０８〜Ｓ２１６）と、を備える。ここで、乱れ度の指標Ｉの閾値は、風向に応じて可変である。そして、風力発電装置１は、ステップＳ２０８〜Ｓ２１６にて選択された運転モードで運転される。
【００３４】
上述の風速Ｖを取得するステップ（Ｓ１０２又はＳ２０２）では、風速センサ１４を用いて風車ロータ５が受ける風の風速Ｖを取得してもよい。また、上述の風向を取得するステップ（Ｓ１０４又はＳ２０４）では、風向センサ１６を用いて風車ロータ５が受ける風の風向を取得してもよい。
上述の風速の乱れ度の指標Ｉを取得するステップ（Ｓ２０５）では、乱れ度指標算出部２１により、ステップＳ２０２で取得した風速に基づいて、風速の乱れ度の指標Ｉを算出するようにしてもよい。
また、風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０６〜Ｓ１１６又はＳ２０８〜Ｓ２１６）では、運転モード選択部２２により実行されてもよい。
【００３５】
風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０６〜Ｓ１１６又はＳ２０８〜Ｓ２１６）では、運転モード選択部２２は、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、該通常運転モードよりも風車翼２に作用する荷重が小さい（即ち、荷重が抑制された）１以上の荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１，Ｍｏｄｅ２，…）と、を含む複数の運転モードから、風力発電装置１の運転モードを選択する。図３及び図４のフローチャートに示す運転方法では、運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）よりも風車翼２に作用する荷重が小さい第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）と、第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）よりも風車翼２に作用する荷重がさらに小さい第２荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ２）と、を含む３つの運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択される。
【００３６】
他の実施形態では、風力発電装置１の運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、上述の第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）と、を含む２つの運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択されてもよい。あるいは、他の実施形態では、運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、上述の第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）、上述の第２荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ２）、及び、さらなる荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ３，…）を含む４つ以上の運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択されてもよい。また、風力発電装置１の運転モードとして、荷重抑制運転モードが選択される場合よりもさらに過酷な風況において風力発電装置１の運転が停止される停止モードが含まれていてもよい。
以降、本明細書において、第１荷重抑制運転モード及び第２荷重抑制運転モードを、それぞれ、第１抑制モード及び第２抑制モードと表記する場合がある。
【００３７】
風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０６〜Ｓ１１６又はＳ２０７〜Ｓ２１６）についてより具体的に説明する。
運転モードを選択するステップでは、まず、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０２で取得した風速Ｖに基づいて、あるいは、ステップＳ２０５で取得した乱れ度の指標Ｉに基づいて、各運転モードについてのフラグの成立条件が満たされているかを判定し、成立条件が満たされている何れかの運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ１０６又はＳ２０７）。
【００３８】
そして、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０６又はＳ２０７でＯＮとされた運転モードのフラグに基づいて、そのフラグに対応した運転モードを選択する（Ｓ１０８〜Ｓ１１６又はＳ２０８〜Ｓ２１６）。例えば、図３のフローチャートに沿って説明すると、ステップＳ１０６で第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０８の結果がＹＥＳ）、第２抑制モードが選択される（Ｓ１１２）。また、ステップＳ１０６で第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０８の結果がＮＯかつＳ１１０の結果がＹＥＳ）、第１抑制モードが選択される（Ｓ１１４）。あるいは、ステップＳ１０６で通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０８の結果がＮＯかつＳ１１０の結果がＮＯ）、通常運転モードが選択される（Ｓ１１６）。なお、図４のフローチャートに示す運転方法についても、同様の説明が適用できる。
このように、ステップＳ１０６〜Ｓ１１６又はＳ２０７〜Ｓ２１６では、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）、及び、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のうち、フラグの成立条件が満たされた運転モードのフラグがＯＮとされ、このフラグに対応する運転モードが選択される。
【００３９】
運転モードを選択するステップ（Ｓ１０６〜Ｓ１１６又はＳ２０７〜Ｓ２１６）において、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０２で取得した風速Ｖが閾値以上である場合、又は、ステップＳ２０５で算出した乱れ度の指標Ｉが閾値以上である場合に、荷重抑制運転モード（第１抑制モード又は第２抑制モード）を選択する。すなわち、ステップＳ１０６又はＳ２０７では、ステップＳ１０２で取得した風速Ｖが閾値以上である場合、又は、ステップＳ２０５で算出した乱れ度の指標が閾値以上である場合に、荷重抑制運転モード（第１抑制モード又は第２抑制モード）のフラグをＯＮとする。
【００４０】
図４のフローチャートに示す実施形態における運転モードを判定するステップＳ２０７について、図５を参照して説明する。図５は、一実施形態に係る運転モードを判定するステップ（Ｓ２０７）のフローチャートである。
一実施形態において、運転モードを判定するステップ（Ｓ２０７）では、運転モード選択部２２は、乱れ度の指標Ｉ（ステップＳ２０５で取得した乱れ度の指標Ｉ）を閾値と比較し（Ｓ３０２）、乱れ度に指標Ｉが閾値以上である場合に荷重抑制運転モードの何れかのフラグをＯＮとし、乱れ度に指標Ｉが閾値未満である場合に通常運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ３０４〜Ｓ３１２）。
【００４１】
より具体的には、運転モード選択部２２は、乱れ度の指標Ｉを閾値Ｉ１と比較し（Ｓ３０４）、乱れ度の指標Ｉが閾値Ｉ１未満である場合には（Ｓ３０４のＮＯ）、通常運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ３０８）。一方、ステップＳ３０４にて乱れ度の指標Ｉが閾値Ｉ１以上である場合には（Ｓ３０４のＹＥＳ）、さらに、乱れ度の指標Ｉを閾値Ｉ２（但しＩ２＞Ｉ１である。）と比較し（Ｓ３０６）、乱れ度の指標Ｉが値Ｉ２未満である場合には（Ｓ３０６のＮＯ）第１抑制モードのフラグをＯＮとし（Ｓ３１０）、乱れ度の指標Ｉが値Ｉ２以上である場合には（Ｓ３０６のＹＥＳ）第２抑制モードのフラグをＯＮとする（Ｓ３１２）。
【００４２】
なお、図３のフローチャートに示す実施形態における運転モードを判定するステップＳ１０６についても、乱れ度の指標に代えて風速Ｖ（ステップＳ１０２で取得した風速Ｖ）を閾値と比較する点を除けば、上述と同様に説明できる。
【００４３】
幾つかの実施形態において、荷重抑制運転モードでは、通常運転モードでの運転時に比べて風車ロータ５の回転数（ロータ回転数）を低くすることにより、通常運転モードでの運転時よりも風車翼２に作用する荷重を抑制する。
例えば、通常運転モードでの目標回転数（ｒｐｍ）がΩ０である場合、荷重抑制運転モードでの目標回転数をΩ１（ただし、Ω１＜Ω０）としてもよい。
【００４４】
第１抑制モード及び第２抑制モードを含む複数の荷重抑制運転モードを設ける実施形態においては、第２抑制モードでは、第１抑制モードに比べて、風車ロータ５の回転数を低くすることにより、第１抑制モードよりも風車翼２に作用する荷重が抑制されるようになっていてもよい。
例えば、２つの（２段階の）荷重抑制運転モードを設ける場合、通常運転モードでの目標回転数をΩ０とし、第１抑制モードでの目標回転数をΩ１（ただし、Ω１＜Ω０）とし、第２抑制モードでの目標回転数をΩ２（ただし、Ω２＜Ω１）としてもよい。
【００４５】
幾つかの実施形態において、荷重抑制運転モードでは、通常運転モードでの運転時に比べて風車翼２のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードでの運転時よりも風車翼２に作用する荷重を抑制するようにしてもよい。この実施形態に係る運転方法は、例えば、風車ロータと発電機とがドライブトレインを介さずに直結され、風車ロータの回転数が固定速の風力発電装置に適用することができる。
【００４６】
第１抑制モード及び第２抑制モードを含む複数の荷重抑制運転モードを設ける実施形態においては、第２抑制モードでは、第１抑制モードに比べて、風車翼２のピッチ角をフェザー側にすることにより、第１抑制モードよりも風車翼２に作用する荷重が抑制されるようになっていてもよい。
【００４７】
荷重抑制運転モードにおいてロータ回転数を低下させることにより風車翼２に作用する荷重を抑制する場合の、運転モード及びロータ回転数の変化のしかたの一例について、図６を参照して説明する。
図６は、一実施形態における風力発電装置の運転モードとロータ回転数（目標回転数）との関係示すグラフである。図６のグラフにおいて、横軸は時間ｔを示し、縦軸は、ロータ回転数（目標回転数）及び運転モードを示す。
【００４８】
時刻ｔ１より前では、風力発電装置１は通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）で運転されており、このとき、ロータ回転数（目標回転数）はΩ０である。
通常運転モードでの運転時、時刻ｔ１にて、上述のステップＳ１０６〜Ｓ１１６又はステップＳ２０７〜Ｓ２１６において、例えばＩ≧Ｉ１が成立して第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）が選択されると、目標回転数がΩ１に設定され、運転制御部２６はロータ回転数がΩ１となるように、風力発電装置１の運転を制御する。
第１抑制モードでの運転時、時刻ｔ２にて、上述のステップＳ１０６〜Ｓ１１６又はステップＳ２０７〜Ｓ２１６において、例えばＩ≧Ｉ２が成立して第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）が選択されると、目標回転数がΩ２に設定され、運転制御部２６はロータ回転数がΩ２となるように、風力発電装置１の運転を制御する。
【００４９】
また、第２抑制モードでの運転時、時刻ｔ３にて、上述のステップＳ１０６〜Ｓ１１６又はステップＳ２０７〜Ｓ２１６において、例えばＩ＜Ｉ２が成立して第１抑制モードが選択されると、目標回転数がΩ１に設定され、運転制御部２６はロータ回転数がΩ１となるように、風力発電装置１の運転を制御する。
第１抑制モードでの運転時、時刻ｔ４にて、上述のステップＳ１０６〜Ｓ１１６又はステップＳ２０７〜Ｓ２１６において、例えばＩ＜Ｉ１が成立して通常運転モードが選択されると、目標回転数がΩ０に設定され、運転制御部２６はロータ回転数がΩ０となるように、風力発電装置１の運転を制御する。
【００５０】
なお、通常運転モードと第１抑制モードとの間での運転モードの移行時と、第１抑制モードと第２抑制モードとの間での運転モードの移行時とで、ロータ回転数の変更速度（ｒｐｍ／ｓｅｃ）を異ならせてもよい。
例えば、通常運転モードと第１抑制モードとの間での運転モードの移行時にはロータ回転数を比較的速やかに変更するとともに、第１抑制モードと第２抑制モードとの間での運転モードの移行時にはロータ回転数を比較的ゆっくりと変更するようにしてもよい。
これは、通常運転モードを比較的速やかに第１抑制モードに移行することにより風車翼２に作用する荷重を速やかに抑制するとともに、第１抑制モードを比較的緩やかに第２抑制モードに移行することにより、風力発電装置１を構成する機器を保護するためである。
【００５１】
なお、本明細書において、ある運転モードでの運転中に、他の運転モードを選択することを、ある運転モードから他の運転モードに「運転モードを移行する」、と表現する場合がある。
【００５２】
次に、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の運転方法において、風速Ｖの閾値を風向に応じて可変とすることについて、図７及び図８を参照して説明する。
なお、幾つかの実施形態では、上述した図３のフローチャートに示す運転方法において、風速Ｖの閾値が風向に応じて可変である。以下においては、図３のフローチャートに示す運転方法を前提として、風速Ｖの閾値を風向に応じて可変とする場合について説明する。
【００５３】
図７は、一実施形態に係る運転方法における風速Ｖの閾値と運転モードとの関係を示す図である。図７に示すように、風速Ｖが風速Ｖ１＿ｏｎ未満であるときには、風力発電装置１は、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）で運転される。風速が増大してＶ１＿ｏｎ以上となれば、運転モードは第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）に移行する。風速がさらに増大してＶ２＿ｏｎ以上となれば、運転モードは第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）に移行する。
すなわち、風速に基づき運転モードのフラグを判定するステップＳ１０６（図３参照）において、現在の運転モードよりも翼荷重が抑制された運転モードを選択するか否かの判定においては、風速Ｖを閾値Ｖ１＿ｏｎ又はＶ２＿ｏｎと比較することによって、各運転モードが選択される。
【００５４】
なお、風速の閾値Ｖｔ＿ｏｎは、第２抑制モードでの運転時において風速がさらに大きくなった場合に、風力発電装置１の運転モードを停止モードとするか否かを判断するための閾値である。
また、カットアウト風速Ｖｃｏは、風速が該カットアウト風速Ｖｃｏ以上となったときに風力発電装置１を停止するための設定値である。カットアウト風速Ｖｃｏは、実施形態に係る運転モード（すなわち、荷重抑制運転モードあるいは通常運転モード）の選択のための風速Ｖの閾値とは別に設定されていてもよい。
【００５５】
また、風力発電装置１が第２抑制モードで運転されているときに、風速が減少してＶ２＿ｏｆｆ（ただし、Ｖ２＿ｏｆｆ＜Ｖ２＿ｏｎである。）未満となれば、運転モードは第１抑制モードに移行（復帰）する。風速がさらに減少してＶ１＿ｏｆｆ（ただし、Ｖ１＿ｏｆｆ＜Ｖ１＿ｏｎである。）未満となれば、運転モードは通常運転モードに復帰する。
すなわち、風速に基づき運転モードのフラグを判定するステップＳ１０６（図３参照）において、現在の運転モードよりも翼荷重が抑制されていない運転モード（通常運転モードよりの運転モード）を選択するか否かの判定においては、風速Ｖを閾値Ｖ１＿ｏｆｆ又はＶ２＿ｏｆｆと比較することによって、各運転モードが選択される。
【００５６】
このように、例えば、通常運転モードから第１抑制モードへ移行するか否かを判定するための風速の閾値Ｖ１＿ｏｎと、第１抑制モードから通常運転モードへ移行するか否かを判定するための風速の閾値Ｖ１＿ｏｆｆとの間に差があるのは、風速の変動が激しい場合などに、運転モード間の移行が頻繁に起こらないようにして、風力発電装置１を保護するためである。
【００５７】
なお、風速の閾値Ｖｔ＿ｏｆｆは、停止モードでの運転時において風速が小さくなった場合に、風力発電装置１の運転を第２抑制モードとするか否かを判断するための閾値である。
【００５８】
図８は、一実施形態に係る運転方法における風速Ｖの閾値及び運転モードと、風向との関係を示す図であり、風速Ｖの閾値及び運転モードと風向との関係を、風力発電装置１の設置点Ｏを中心とする極座標系で示したものである。
図８の極座標における角度は風向（風車ロータ５に向かって吹く風の風上側の方角）を示し、例えば、０°は北、９０°は東、１８０°は南、２７０°は西を示す。
また、図８の極座標において、半径方向における中心Ｏ（風力発電装置１の設置点Ｏ）からの距離は、風速の大きさを示す。
また、破線で形成される円は、カットアウト風速Ｖｃｏを示す。図８において、カットアウト風速Ｖｃｏは、風向によらず全方位において一定である。
【００５９】
また、規定の風向範囲において、ゾーン１及びゾーン２が設定されている。図８に示すゾーン１は、風向がＷＤ１＿ｍｉｎ以上ＷＤ１＿ｍａｘ以下の範囲であり、ゾーン２は、風向がＷＤ２＿ｍｉｎ以上ＷＤ２＿ｍａｘ以下の範囲である。
このゾーン１及びゾーン２は、例えば、風力発電装置１の周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置等の周囲の環境の影響を受け、風車ロータ５の回転面内における風速分布が乱れやすく、ウインドシアが大きい傾向にある風速範囲である。
【００６０】
図８の極座標において、規定風向範囲であるゾーン１及びゾーン２では、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）及び荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１，Ｍｏｄｅ２）を含む複数の運転モードに対する風速の閾値が設定されている。すなわち、ゾーン１及びゾーン２では、通常運転モードから第１抑制モードへの移行を判定するための風速の閾値Ｖ１＿ｏｎ、第１抑制モードから第２抑制モードへの移行を判定するための風速の閾値Ｖ２＿ｏｎ、及び、第２抑制モードから停止モードへの移行を判定するための風速の閾値Ｖｔ＿ｏｎがそれぞれ設定されている。
一方、ゾーン１及びゾーン２以外の風向においては、ゾーン１及びゾーン２における上述の閾値Ｖ１＿ｏｎ、Ｖ２＿ｏｎ、及びＶｔ＿ｏｎよりも大きな値の閾値であるカットアウト風速Ｖｃｏが設定されているのみであり、通常運転モード及び荷重抑制運転モードを含む運転モードの移行を判定するための風速Ｖの閾値は設定されていない。
【００６１】
上述のように、ロータ面内におけるウインドシアが大きい等、風車ロータ５に向かう風の気流が乱れやすい傾向にあるゾーン１及びゾーン２を含む特定の風向では、風速Ｖの閾値（図８の例におけるＶ１＿ｏｎ、Ｖ２＿ｏｎ、及びＶｔ＿ｏｎ）を比較的小さく設定することで、該特定の風向における風車翼２の荷重又は変動荷重を適切に低減して、風車翼２のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
一方、ロータ面内におけるウインドシアが小さい等、風車ロータ５に向かう風の気流の乱れが小さい傾向にあるゾーン１及びゾーン２以外の風向では、風速Ｖの閾値（図８の例ではカットアウト風速Ｖｃｏ）を比較的大きく設定することで、ゾーン１及びゾーン２以外の風向において、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。
【００６２】
また、複数の特定の風向範囲に対して、異なる閾値を設定してもよい。
図８に示す例では、ゾーン１の風向範囲は、ゾーン２の風向範囲よりもウインドシアが大きくなる傾向を有する。そして、通常運転モードから第１抑制モード、第１抑制モードから第２抑制モード、及び、第２抑制モードから停止モードへの移行を判定するための風速の閾値は、ゾーン１においてはそれぞれＶ１＿ｏｎ（ｚ１）、Ｖ２＿ｏｎ（ｚ１）及びＶ１＿ｔ（ｚ１）であり、ゾーン２においてはそれぞれＶ１＿ｏｎ（ｚ２）、Ｖ２＿ｏｎ（ｚ２）及びＶ１＿ｔ（ｚ２）であるとともに、ゾーン１における各閾値は、ゾーン２における各閾値よりも小さい（すなわち、例えばＶ１＿ｏｎ（ｚ１）＜Ｖ１＿ｏｎ（ｚ２）である）。
【００６３】
このように、ウインドシアが大きい等、風車ロータ５に向かう風の気流の乱れがより大きくなる傾向のあるゾーン１の風向範囲において、運転モードの移行を判定するための閾値をゾーン２よりも小さくすることで、ゾーン１においては、風速が比較的小さい場合であっても荷重抑制運転モードが選択され得る。これにより、風力発電装置１の運転モードをより適切に選択することができる。
【００６４】
次に、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の運転方法において、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値を風向に応じて可変とすることについて、図９〜図１４を参照して説明する。
なお、幾つかの実施形態では、上述した図４のフローチャートに示す運転方法において、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値が風向に応じて可変である。以下においては、図４のフローチャートに示す運転方法を前提として、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値を風向に応じて可変とする場合について説明する。
【００６５】
本明細書において、風速の乱れ度とは、規定期間における風速の乱れ度であり、時間に関する風速のばらつきを示すものである。
一実施形態では、風速の乱れ度を示す指標Iとして、規定期間Ｔにおける風速Ｖの時系列データの標準偏差σを用いることができる。また、一実施形態では、風速の乱れ度を示す指標Ｉとして、規定期間Ｔにおける風速Ｖの乱れ強度ＴＩを用いることができる。乱れ強度ＴＩは、規定期間Ｔにおける風速Ｖの時系列データの標準偏差σ及び風速Ｖの時系列データの平均（平均風速）Ｖｍを用いて、次の式（１）で表せる。
ＴＩ＝σ／Ｖｍ      …（１）
すなわち、風速の乱れ度の指標Ｉは、規定期間Ｔにおける風速Ｖに基づいて算出される。
【００６６】
幾つかの実施形態では、図４のフローチャートに示す運転方法において、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０２で取得した風速Ｖに基づいて、風速の乱れ度の指標Ｉが算出される。
【００６７】
風速の乱れ度は、風車翼２の荷重又は変動荷重を示す指標であるため、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の要因となり得る。
一方、風車ロータ５に向かう風の気流の乱れは、風力発電装置１の周囲の環境（例えば周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置）の影響を受けるため、同一の風速の乱れ度であっても、風向によって、風車翼２の荷重又は変動荷重が変化し得る。
そこで、風速の乱れ度を示す指標Ｉの閾値を風向に応じて可変とすることで、風速の乱れ度の閾値を風向によらず一定とする場合に比べて、運転モードを風向に応じてより適切に選択することができる。これにより、例えばロータ面内におけるウインドシアが大きい傾向にある特定の風向では、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値を比較的小さく設定することで、該特定の風向における風車翼の荷重又は変動荷重を適切に低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制することができる。一方、例えばロータ面内におけるウインドシアが小さい傾向にある他の風向では、風速の乱れ度の指標の閾値Ｉを比較的大きく設定することで、該特定の風向において、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。
【００６８】
図９は、一実施形態に係る運転方法における風速の乱れ度の指標Ｉの閾値及び運転モードと、風向との関係を示す図であり、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値及び運転モードと風向との関係を、風力発電装置１の設置点Ｏを中心とする極座標系で示したものである。
図９の極座標における角度は風向（風車ロータ５に向かって吹く風の風上側の方角）を示し、例えば、０°は北、９０°は東、１８０°は南、２７０°は西を示す。
図９の極座標おいて、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値は太い実線で示されており、図９の極座標において、半径方向における中心Ｏ（風力発電装置１の設置点Ｏ）からの距離は、風速の乱れ度の指標Ｉの大きさを示す。
また、図９の極座標において、半径方向における中心Ｏ（風力発電装置１の設置点Ｏ）からの距離は、風速の大きさをも示し、Ｖｃｏは風速Ｖｃｏを示す。図９において、カットアウト風速Ｖｃｏは、風向によらず全方位において一定である。
【００６９】
また、図９の極座標系は、規定の風向範囲において、ゾーン３、ゾーン４及びゾーン５が設定されている。図９においては、Ａ１からＡ２までの風向範囲がゾーン３であり、Ａ２からＡ３までの風向範囲がゾーン４であり、Ａ３からＡ１までの風向範囲がゾーン５である。
そして、風力発電装置１の周囲の地形や周囲に配置された他の風力発電装置等の周囲の環境の影響により、ゾーン４及びゾーン５は、ゾーン３にくらべて風車ロータ５の回転面内における風速分布が乱れやすく、ウインドシアが大きい傾向にある風速範囲である。また、ゾーン５は、ゾーン４よりも、風車ロータ５の回転面内における風速分布が乱れやすく、ウインドシアが大きい傾向にある風速範囲である。
【００７０】
幾つかの実施形態では、風力発電装置１の風向が第１範囲内である場合における、乱れ度の指標Ｉの閾値をＸｔｈとしたとき、風向が、第１範囲以外の少なくとも一部の範囲である第２範囲である場合における、乱れ度の指標Ｉの閾値はｋ×Ｘｔｈ（但し、０≦ｋ＜１）である。
【００７１】
例えば、図９に示す例において、風力発電装置１の風向がゾーン３の範囲（第１範囲）内である場合の風速の乱れ度の指標Ｉの閾値はＸｔｈであり、風向がゾーン４の範囲（第２範囲）内である場合の風速の乱れ度の指標Ｉの閾値は０．８×Ｘｔｈ（すなわちｋ＝０．８）である。また、風向がゾーン５の範囲（第２範囲）内である場合の風速の乱れ度の指標Ｉの閾値は０．６×Ｘｔｈ（すなわちｋ＝０．６）である。
【００７２】
このように、ゾーン３（第１範囲）での閾値Ｘｔｈを基準としてこれをｋ倍（但し、０≦ｋ＜１）してゾーン４及びゾーン５（第２範囲）での閾値ｋ×Ｘｔｈを設定することで、ウインドシアが大きくなる傾向を有する風向の範囲であるゾーン４及びゾーン５（第２範囲）において比較小さい閾値を設定することができる。これにより、風力発電装置１の運転モードをより適切に選択することができる。
また、ゾーン４よりもウインドシアが大きいゾーン５において、ゾーン４での閾値０．８×Ｘｔｈより小さな閾値０．６×Ｘｔｈを設定することで、より効果的に、特定の風向における風車翼の荷重又は変動荷重を適切に低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
【００７３】
なお、図９において、ゾーン５では、運転モードの移行の判定を行うための風速Ｖの閾値Ｖ１＿ｏｎ（ｚ５）及びＶｔ＿ｏｎ（ｚ５）も設定されている。このように、風速Ｖの閾値及び風速の乱れ度の指標Ｉの閾値の両方に基づいて、運転モードの選択を行うことで、風力発電装置１の運転モードをより適切に選択することができる。
【００７４】
幾つかの実施形態では、風力発電装置１の運転モードを選択するための風速の乱れ度の指標Ｉの閾値は、風速Ｖに応じて可変である。
即ち、風速の乱れ度の指標Ｉと風速Ｖとの組み合わせにより、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値が決定されるようになっている。
【００７５】
上述のように、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値が風速Ｖに応じて可変である例について、図１０〜図１４を参照して説明する。
図１０は、一実施形態に係る風速の乱れ度の指標Ｉの閾値と風速Ｖの関係を示すグラフである。  図１０において、横軸は平均風速Ｖｍを示し、縦軸は上述した乱れ強度ＴＩ（＝σ／Ｖｍ）を示す。図１０に示す例では、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値が平均風速Ｖｍに応じて可変である。
【００７６】
図１０のグラフにおいては、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）と、停止モードとを含む運転モードから運転モードを選択するための乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１及びＴＩｔが示されている。なお、図１０に示す例では、カットアウト風速Ｖｃｏよりも風速が大きい領域においては、乱れ強度ＴＩによらず、風速に基づいて停止モードが選択されるようになっている。
なお、後で説明する図１１〜図１４に示す例においても、同様に、カットアウト風速Ｖｃｏよりも風速が大きい領域においては、乱れ強度ＴＩによらず、風速に基づいて停止モードが選択されるようになっている。
【００７７】
図１０において、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１は、通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。該閾値ＴＩ１は、図１０のグラフにおける通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）の領域と、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）の領域との境界線により規定される。該境界線は、任意の点Ｐ１〜Ｐ３を直線によって結ぶことによって取得してもよい。点Ｐ１〜Ｐ３は、文献調査により決定してもよいし、実験又は経験に基づいて決定してもよい。
また、図１０において、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩｔは、第１抑制モードと停止モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。該閾値ＴＩｔは、図１０のグラフにおける第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）の領域と、停止モード（高乱流）の領域との境界線により規定される。該境界線は、任意の点Ｐ４〜Ｐ６を直線によって結ぶことによって取得してもよい。点Ｐ４〜Ｐ６は、文献調査により決定してもよいし、実験又は経験に基づいて決定してもよい。
【００７８】
図１０における乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１及びＴＩｔは、それぞれ、風速に応じて可変である。すなわち、乱れ強度の閾値ＴＩ１は、平均風速ＶｍがＶｍ（Ｐ１）以上Ｖｃｏ（カットアウト風速）以下の領域において、風速が大きくなるにしたがって、ステップ状に小さくなっている。また、乱れ強度の閾値ＴＩｔは、平均風速ＶｍがＶｍ（Ｐ４）以上Ｖｃｏ（カットアウト風速）以下の領域において、風速が大きくなるにしたがって、ステップ状に小さくなっている。
【００７９】
図１０に示した例では、乱れ強度ＴＩが比較的大きくても、平均風速Ｖｍが比較小さい領域（例えば、図１０中の領域Ａ）においては、抑制運転モード又は停止モードは選択されない。また、平均風速Ｖｍが比較的大きくても風速の乱れ強度ＴＩが比較的小さい領域（例えば、図１０中の領域Ｂ）では、抑制運転モード又は停止モードは選択されない。
【００８０】
例えば、風速の乱れ度が比較的大きくても風速が比較的小さければ、又は、風速が比較的大きくても風速の乱れ度が比較的小さければ、風車翼２の荷重が、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生に影響しない程度のレベルのものである場合がある。
図１０に示した例のように、風速の乱れ度の指標Ｉの閾値を風速（平均風速Ｖｍ）に応じて適切に可変とすることで、このような場合に、抑制運転モードを必要以上に選択することなく通常運転モードを選択することができ、風力発電装置１の総発電量を向上させることができる。
【００８１】
このように、図１０に示す例では、風速の乱れ度の指標である乱れ強度の閾値ＴＩ１及びＴＩｔを平均風速Ｖｍに応じて可変としたので、平均風速Ｖｍと風速の乱れ度との組み合わせに応じた乱れ強度の閾値ＴＩ１及びＴＩｔに基づいて運転モードを選択することができる。これにより、風車翼２に作用する荷重又は変動荷重をより効果的に低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。
【００８２】
図１１及び図１２は、それぞれ、一実施形態に係る風速の乱れ度の指標Ｉの閾値と風速Ｖの関係を示すグラフである。
図１１において、横軸は平均風速Ｖｍを示し、縦軸は上述した乱れ強度ＴＩ（＝σ／Ｖｍ）を示す。図１２において、横軸は平均風速Ｖｍを示し、縦軸は上述した風速Ｖの標準偏差σを示す。
図１１及び図１２に示す例においては、風速の乱れ度の指標Ｉ（図１１における平均風速Ｖｍ及び図１２における標準偏差σ）の閾値が平均風速Ｖｍに応じて可変である。
【００８３】
図１１のグラフにおいては、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）と、停止モードとを含む運転モードから運転モードを選択するための乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿１、ＴＩ１＿２、ＴＩｔ＿１、及びＴＩｔ＿２が示されている。
図１２のグラフにおいては、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）と、停止モードとを含む運転モードから運転モードを選択するための標準偏差σの閾値σ１＿１、σ１＿２、σｔ＿１、及びσｔ＿２が示されている。
なお、図１１のグラフと図１２のグラフは同等のグラフであり、図１１の乱れ強度ＴＩのグラフに平均風速Ｖｍを乗算することによって、図１２の標準偏差σのグラフを得ることができる。あるいは、図１２の標準偏差σのグラフを平均風速Ｖｍで除算することによって、図１１の乱れ強度ＴＩのグラフを得ることができる。
【００８４】
図１１に示すような乱れ強度ＴＩの閾値を示すグラフや、図１２に示すような標準偏差σの閾値を示すグラフは、例えば、基準となる数点（例えば、図１０に示したＰ１〜Ｐ６等）を選定し、これらの点を通る関数として規定してもよいし、あるいは、これらの点を用いて内挿又は外挿により取得してもよい。
【００８５】
図１１において、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿１は、平均風速が規定値Ｖｍ（Ｐ７）未満である範囲Ｒ１＿１（第１範囲）において、通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。また、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿２は、平均風速が規定値Ｖｍ（Ｐ７）以上である範囲Ｒ１＿２（第２範囲）において、通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。ここで、Ｖｍ（Ｐ７）は、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿１とＴＩ１＿２の交点Ｐ７における平均風速である。
【００８６】
図１２において、標準偏差σの閾値σ１＿１は、平均風速が規定値Ｖｍ（Ｐ７）未満である範囲Ｒ１＿１（第１範囲）において、通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。また、乱れ強度ＴＩの閾値σ１＿２は、平均風速が規定値Ｖｍ（Ｐ７）以上である範囲Ｒ１＿２（第２範囲）において、通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための閾値である。
ここで、Ｖｍ（Ｐ７）は、標準偏差σの閾値σ１＿１とσ１＿２の交点Ｐ７における平均風速であるとともに、上述した乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿１とＴＩ１＿２の交点Ｐ７における平均風速である。
【００８７】
ここで、図１２において、標準偏差σの閾値は、平均風速Ｖｍの１次関数として表現される。範囲Ｒ１＿１（第１範囲）における標準偏差σの閾値を規定するσ１＿１、及び、範囲Ｒ１＿２（第２範囲）における標準偏差σの閾値を規定するσ１＿２は、それぞれ、平均風速Ｖｍの１次関数として、下記式（２）及び（３）で表すことができる。
σ１＿１＝ｋ１Ｖｍ＋ｃ１    ・・・（２）
σ１＿２＝ｋ２Ｖｍ＋ｃ２    ・・・（３）
ここで、ｋ１及びｃ１は、σ１＿１のグラフの傾き及び切片であり、ｋ２及びｃ２は、σ１＿２のグラフの傾き及び切片である。
【００８８】
すなわち、図１２に示す例では、乱れ度の指標Ｉは風速Ｖの時系列データの標準偏差σであり、風速の標準偏差σの閾値は、風速Ｖ（平均風速Ｖｍ）が規定値Ｖｍ（Ｐ７）未満の範囲Ｒ１＿１（第１範囲）及び風速Ｖが規定値Ｖｍ（Ｐ７）以上の範囲Ｒ１＿２（第２範囲）において、それぞれ異なる前記風速の１次関数（上記式（２）及び（３）で表される１次関数）で表現される。
そして、図１２のグラフを見ればわかるように、範囲Ｒ１＿１（第１範囲）における閾値σ１＿１を規定する風速の１次関数（上記式（２）で表される関数）の切片ｃ１は、範囲Ｒ１＿２（第２範囲）における閾値σ１＿２を規定する風速の１次関数（上記式（３）で表される関数）の切片ｃ２よりも大きく、範囲Ｒ１＿１（第１範囲）における閾値σ１＿１を規定する１次関数（上記式（２）で表される関数）の傾きｋ１は負であり、範囲Ｒ１＿２（第２範囲）における閾値σ１＿２を規定する１次関数（上記式（３）で表される関数）の傾きｋ２は正である。
【００８９】
ここで、図１２に示す標準偏差σの閾値を、図１１に示す乱れ強度ＴＩ（＝（風速の時系列データの標準偏差σ）／（風速の時系列データの平均値Ｖｍ））の閾値に換算すると、図１２の範囲Ｒ１＿１（第１範囲）における標準偏差の閾値σ１＿１は、図１１の範囲Ｒ１＿１（第１範囲）における乱れ強度の閾値ＴＩ１＿１に換算される。また、図１２の範囲Ｒ１＿２（第２範囲）における標準偏差の閾値σ１＿２は、図１１の範囲Ｒ１＿２（第２範囲）における乱れ強度の閾値ＴＩ１＿２に換算される。
そして、図１１に示される乱れ強度の閾値ＴＩ１＿１及びＴＩ１＿２は、比較的低風速域の範囲Ｒ１＿１（第１範囲）において平均風速Ｖｍが小さくなるにしたがって急激に大きくなる一方、比較的高風速域の範囲Ｒ１＿２（第２範囲）において平均風速Ｖｍが大きくなるにしたがって緩やかに減少する。
【００９０】
よって、比較的低風速域の範囲Ｒ１＿１（第１範囲）では、風速（平均風速Ｖｍ）が小さくなるほど乱れ強度の閾値ＴＩ１＿１が急増するため、低風速時において通常運転モードを選択する機会が増えて、風力発電装置１の発電量を確保することができる。一方、比較的高風速域の範囲Ｒ１＿２（第２範囲）では、風速（平均風速Ｖｍ）が大きくなるほど乱れ強度の閾値ＴＩ１＿２が緩やかに減少するため、高風速時において荷重抑制運転モードを選択する機会が増えて、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
【００９１】
なお、図１１及び図１２においては、第１抑制モードと停止モードのいずれを選択するかの判定をするための風速の乱れ度の指標Ｉ閾値も示されている。
図１１においては、範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）における乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩｔ＿１、及び、範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）における乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩｔ＿２がそのような閾値である。また、図１２においては、においては、範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）における標準偏差σの閾値σｔ＿１、及び、範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）における標準偏差σの閾値σｔ＿２がそのような閾値である。
【００９２】
これらの通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための風速の乱れ度の指標Ｉの閾値についても、上述における通常運転モードと第１抑制モードのいずれを選択するかの判定をするための風速の乱れ度の指標Ｉの閾値と同様の説明をすることができる。
すなわち、図１２に示される風速の標準偏差σの閾値は、風速（平均風速Ｖｍ）が規定値Ｖ（Ｐ８）未満の範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）及び風速が規定値Ｖ（Ｐ８）以上の範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）において、それぞれ異なる風速（平均風速Ｖｍ）の１次関数で表現され、範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）における閾値を規定する風速の１次関数の切片は、範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）における閾値を規定する風速の１次関数の切片よりも大きく、範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）における閾値を規定する風速の１次関数の傾きは負であり、範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）における閾値を規定する風速の１次関数の傾きは正である。
なお、Ｖｍ（Ｐ８）は、標準偏差σの閾値σｔ＿１とσｔ＿２の交点Ｐ８における平均風速であるとともに、上述した乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩｔ＿１とＴＩｔ＿２の交点Ｐ８における平均風速である。
【００９３】
このような閾値の設定をすることにより、比較的低風速域の範囲Ｒｔ＿１（第１範囲）において第１抑制モードを選択する機会が増えて、風力発電装置１の発電量を確保することができる。一方、比較的高風速域の範囲Ｒｔ＿２（第２範囲）では、停止モードを選択する機会が増えて、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
【００９４】
図１３及び図１４は、それぞれ、一実施形態に係る風速の乱れ度の指標Ｉの閾値と風速Ｖの関係を示すグラフである。
図１３及び図１４のグラフにおける横軸及び縦軸は、それぞれ、図１１及び図１２のグラフの横軸及び縦軸と同様のものを示す。
【００９５】
図１３及び図１４のグラフにおいては、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）と、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）と、停止モードとを含む運転モードから運転モードを選択するための閾値が設定されている。
図１３のグラフにおいては、乱れ強度ＴＩの閾値ＴＩ１＿１、ＴＩ１＿２、ＴＩ２＿１、ＴＩ２＿２、ＴＩｔ＿１及びＴＩｔ＿２がそのような閾値である。また、図１４のグラフにおいては、平均風速の標準偏差σの閾値σ１＿１、σ１＿２、σ２＿１、σ２＿２、σｔ＿１及びσｔ＿２がそのような閾値である。
【００９６】
このように、２以上の荷重抑制運転モードを含む運転モードから、風力発電装置１の運転モードを選択する場合であっても、上述で説明したのと同様に、適切に閾値を設定することによって、低風速時において通常運転モードを選択する機会が増えて、風力発電装置１の発電量を確保することができるとともに、高風速時において荷重抑制運転モードを選択する機会が増えて、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制することができる。
【００９７】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の運転方法では、風速センサ１４により風速Ｖを取得するとともに、該風速に基づいて風速の乱れ度の指標Ｉを取得する。そして、風力発電装置１の運転モードを選択するステップでは、風速Ｖを閾値と比較するとともに、風速の乱れ度の指標Ｉを閾値と比較する。そして、風速Ｖ又は風速の乱れ度の指標Ｉの何れか一方でも閾値以上である場合には、１以上の重抑制運転モードの何れかを選択する。
【００９８】
この場合、風車翼２の荷重又は変動荷重に関する複数の指標（即ち、風速Ｖ及び風速の乱れ度の指標Ｉ）に基づいて運転モードを選択することで、風車翼２に作用する荷重をより効果的に低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。
【００９９】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の運転方法では、風車翼２に取り付けられた荷重センサ１２を用いて、風車翼２に作用する荷重Ｍを取得する。そして、風力発電装置１の運転モードを選択するステップでは、風速Ｖ又は風速の乱れ度の指標Ｉの一方を閾値と比較するとともに、荷重Ｍを閾値と比較する。そして、風速Ｖ又は荷重Ｍの何れか一方、あるいは、風速の乱れ度の指標Ｉ又は荷重Ｍの何れか一方でも閾値以上である場合には、１以上の重抑制運転モードの何れかを選択する。
【０１００】
幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の運転方法では、風車翼２に取り付けられた荷重センサ１２を用いて、風車翼２に作用する荷重Ｍを取得する。そして、風力発電装置１の運転モードを選択するステップでは、風速Ｖ、風速の乱れ度の指標Ｉ、及び、荷重Ｍのそれぞれについて、閾値と比較する。そして、風速Ｖ、風速の乱れ度の指標Ｉ、又は荷重Ｍの何れか１つでも閾値以上である場合には、１以上の重抑制運転モードの何れかを選択する。
【０１０１】
このように、風車翼２の荷重又は変動荷重に関する複数の指標及び風車翼２に作用する荷重Ｍに基づいて運転モードを選択することで、風車翼２に作用する荷重をより効果的に低減することができる。これにより、風車（風力発電装置１）の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生をより効果的に抑制しながら、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。
【０１０２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【０１０３】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１            風力発電装置
２            風車翼
２ａ          翼根部
３            ハブ
５            風車ロータ
６            メインシャフト
７            ナセル
８            ドライブトレイン
９            タワー
１０          発電機
１２          荷重センサ
１４          風速センサ
１６          風向センサ
２０          コントローラ
２１          度指標算出部
２２          運転モード選択部
２６          運転制御部
【図１】
0006421134.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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