(57)【要約】  風力タービン・タワー負荷制御法。ローター・ブレードのピッチは、集団コマンド・コンポーネントにより従来の方法で制御される。推定器は、タワー共振加速度および１回転当たり３回ブレード不均衡加速度を推定する。推定共振加速度および推定１回転当たり３回（３Ｐ）加速度に接続された組合せロジックは、集団変調を使用してタワー共振運動および１回転当たり３回運動を減衰する組合せピッチ変調を行う。前記ピッチ変調は、ピッチ・アクチュエータを駆動するために集団コマンド・コンポーネントと組み合わされる。
2010514978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン・タワー内の不要振動数を減衰する装置であって、
ローター・ブレード・ピッチ・コマンド信号と、
タワー加速度測定結果を使用する運動推定を含むタワー減衰ロジックと、
前記タワー減衰ロジックの出力には前記運動推定に基づき集団運動変調が含まれ、
前記タワー減衰ロジックおよび前記ピッチ・コマンドに接続された組合せロジックであって、前記組合せロジックの出力は、前記風力タービン・タワーの減衰を含む、前記ローター・ブレードのピッチを指令することができる組合せブレード・ピッチ・コマンドである、組合せロジックと
を備える装置。
【請求項２】
前記集団運動変調は、タワー共振運動および不要振動数運動のうちの１つまたは複数を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記運動推定は、共振運動推定および不要振動数運動推定のうちの１つまたは複数を含む請求項に記載の装置。
【請求項４】
ピッチ・コマンドを使用して風力タービンのローター・ブレードのピッチを制御する風力タービン・タワーにおいてタワー加速度測定結果を使用して前記測定結果の中の不要信号も抑制しながらタワー共振運動を減衰する方法であって、
Ａ．タワー加速度を測定するステップと、
Ｂ．前記加速度測定結果を使用して前記タワー共振運動および不要運動を推定するステップと、
Ｃ．前記タワー共振運動推定を使用してタワー運動を減衰するブレード・ピッチ共振コマンドを発行するステップと、
Ｄ．前記ブレード・ピッチ共振コマンドと前記ピッチ・コマンドとを組み合わせて、組合せピッチ・コマンドを形成するステップと、
Ｆ．前記組合せピッチ・コマンドを使用して前記ローター・ブレードのピッチを制御し、前記風力タービン・タワーを減衰するステップと
を含む方法。
【請求項５】
Ｃ．前記不要運動推定を使用して前記不要運動を減衰するためにブレード・ピッチ不要コマンドを発行することと、
Ｄ．前記ブレード・ピッチ不要コマンドを組み合わせて前記組合せピッチ・コマンドを形成すること
とをさらに含む請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
<<関連出願の相互引用>>
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００６年１０月２日に出願され、Clipper Windpower Technology, Inc.社に譲渡された「Wind Turbine With Blade Pitch Control To Compensate For Wind Shear And Wind Misalignment」という表題のKitchener Clark Wilson、William Erdman、およびTimothy J.McCoyの米国特許出願第６０／８４９，１６０号明細書に関係する。
<<技術分野>>
【０００２】
本発明は、風力タービンのタワーなどのタワー構造、より具体的には定格トルクまたは出力を維持しながらブレード・ピッチ角を変調することによりタービン一次共振振動数を減衰することに関する。
【背景技術】
【０００３】
大型の最新の風力タービンは、直径最大１００メートルまでのローターを有し、対応する高さのタワーを備える。米国では、グレートプレーンズ地帯などのいくつかの場所に背の高いタワーが検討されており、これはタワーの高さを２倍にすると利用可能な風力が４５％増大するという推測を利用するものである。
【０００４】
風力タービンを制御するために、さまざまな技術が使用されているか、または使用を提案されている。これらの制御方法の目標は、さまざまなタービン・コンポーネントにかける機械負荷を最小にしながら発電量を最大にすることである。負荷は、応力と歪みを引き起こし、コンポーネントの寿命を縮める疲労破壊の発生源である。負荷を低減することで、より軽いまたはより小型のコンポーネントを使用することができ、これは風力タービンの増大に関する重要な考慮事項である。負荷を低減すると、さらに、より高出力のタービンに同じコンポーネントを使用することで増大したエネルギーを取り扱うことができるか、または同じ定格出力に対しローター直径を増大することができる。
【０００５】
風力タービン、およびそれらの風力タービンを支持するタワーには、風の活動さらには制御入力の影響を受ける複雑な動力学が関わる。この動力学は、ローターの回転数（ｒｐｍ）、軽く減衰されたタワーの運動、軽く減衰された駆動系の運動、柔軟なブレードの曲がりなどを含む。風力タービンの制御は、ブレードの曲がりを最小限に抑えつつ、または悪化させることなく、タービンｒｐｍを適切に制御すること、タワーの運動減衰を加えること、および駆動系の減衰を加えることの間の綱渡り的な活動である。状態空間制御は、すべてのこれらの動力学の複雑なモデルとともに、これを達成するものと期待できるが、このような制御装置類は複雑で開発しにくいものである。
【０００６】
従来の制御方法（例えば、比例積分（ＰＩ）補償器）により生成されるｒｐｍ制御ピッチ・コマンドを変調することによりタワーの減衰を加える制御方法を実現することが望ましい。このような方法は、状態空間制御アルゴリズムへの取り込みに適応できるだけでなく、従来の制御装置類の補助手段としても使用される。
【０００７】
減衰、例えば、タワー減衰の方法は、一般に、タワー加速度を測定すること、その加速度の範囲内のタワー固有共振モードを検出すること、および減衰を加えるフィードバック・ブレード・ピッチを生成することからなる。米国特許第４，４２０，６９２号明細書および米国特許第４，４３５，６４７号明細書では、ブレード・ピッチ制御の使用を通じてタワー一次曲げモーメントを減衰するために適用される従来の帯域通過フィルタを使用することを開示している。多くの状況におけるこの種類の減衰は、ブレード曲げ運動を増大し、これは容認できるものではない。
【０００８】
加速度信号は、タワー固有共振運動に重ね合わされるが、とりわけ、不均衡およびブレードの空気動力学的非線形性により引き起こされる１回転当たり３（３Ｐ）の力による加速度に重ね合わされている。ピッチ・フィードバック減衰信号からのこれらの成分の一部を除去しないと、ブレードの運動が悪化し、ブレードの疲労および破損が発生しうる。特に、減衰に使用されるタワー加速度計１４４によりピックアップされる３Ｐ信号は、タワー共振振動数に非常に近く、特許第４，４２０，６９２号明細書および特許第４，４３５，６４７号明細書で開示されている帯域通過フィルタの通過帯域内にある。帯域通過フィルタを使用すると、３Ｐ信号は任意の位相でブレード・ピッチ制御装置へと通過する。３Ｐ信号の発生源は、ブレードの対称曲げモードであり、そこでは３つのローター・ブレードすべてが一緒に移動し、ブレードのローター・ディスク平面の中へおよび外へ曲がる。３Ｐ振動数成分は、ブレードの対称曲げモード共振振動数に近く、帯域通過フィルタにより引き起こされる位相変化とともに通過すると、対称的なブレードの曲がりを悪化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，４２０，６９２号
【特許文献２】米国特許第４，４３５，６４７号
【特許文献３】米国特許第６，７２６，４３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、タワー共振運動を３Ｐブレード不均衡により引き起こされる運動から分離する手段を備えることが望ましい。振動数成分を除去する従来の方法は、ノッチ・フィルタを従来の帯域通過フィルタと直列に配置することからなる。３Ｐノッチは、振動数に関して帯域通過に近く、その位相と利得誤差を最終出力に加えるため、制御が困難になる。このプロセスでは、タワー共振運動と３Ｐ運動の推定を行う。
【００１１】
タワー加速度測定結果だけを使用して、タワーの既知の共振振動数におけるタワーの運動の推定を行うことが望ましい。タワー共振運動減衰のピッチ・フィードバック信号を生成するために、他の運動により損なわれていない、このような推定が必要である。
【００１２】
また、３つの不平衡ブレードの回転により引き起こされる３Ｐ加速度の推定も行うことが望ましい。タワーおよびブレードの減衰ならびに一般的なタービン制御のためには、タワー共振運動により損なわれない、またブレードの曲がりを悪化しないように選択された位相を有するこのような推定が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
簡単に言うと、本発明は、タワー加速度測定結果を使用してタワー共振運動を減衰させ、３Ｐ運動を減衰し、したがってブレードの対称曲がりを減らす方法を含む、多数のローター・ブレードを有する風力タービンを制御する装置および方法に関するものである。タワー共振加速度は、ブレード・ディスク全体で平均された風変化に対するタワーおよびブレードの集団応答により引き起こされる。３つの不平衡ブレードがウインド・シア（垂直な、水平な、またはヨー・ミスアライメントによる）の中で回転している場合、気流とブレードとの相互作用は、共振運動に重ね合わされた１回転当たり３回の運動である。その結果のタワー加速度全体は、重ね合わされた１回転当たり３回の活動を有するタワー構造の軽く減衰された共振運動を含む。このタワー運動は、疲労破壊の原因となり、またタワーの寿命を縮める。
【００１４】
さらに、ブレードそれ自体は、そのブレード固有の曲げモードおよび共振運動を有する細長い柔構造物である。ピッチ・コマンドがこれらのブレードに対してフェザー位置にし、またフェザー位置から戻すことにより作動されると、ブレードの曲がりが強く影響を受ける。ピッチ・コマンドがブレードの対称曲がり共振振動数付近の振動数成分を含む場合、ピッチ活動は、ブレードの曲がりを悪化させ、ブレードの負荷を高め、寿命を縮める可能性がある。
【００１５】
本発明の一態様によれば、風力タービンは、フィードバック・ピッチ・コマンドを使用してブレードのピッチを制御し、これにより、ローターのｒｐｍおよびタービンが発生する電力を制御する。本発明では、このｒｐｍ制御フィードバック・ピッチに、ブレードの曲がりを悪化させる振動数を含まないタワー共振運動を減衰させるフィードバック成分を加える。このタワー共振運動減衰フィードバック・ピッチ成分は、集団的に（それぞれのブレードに等しく）適用される。
【００１６】
本発明の一態様によれば、本発明では、さらに、３Ｐタワー運動を減少させ、したがってブレードの曲がりを減少させるフィードバック・ピッチ成分を加える。この３Ｐ運動減衰フィードバック・ピッチ成分も、集団的に適用される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、タワー運動を減衰させるために、タービン制御装置は、タワー共振運動を推定し、同時に、タワー３Ｐ運動を推定するための手段を備える。この制御装置は、さらに、タワー減衰ピッチ・フィードバック信号および３Ｐ減衰ピッチ・フィードバック・ピッチ信号を発生する。
【００１８】
本発明の一態様によれば、これは、タワーの加速度測定結果のみを使用する推定器により実現され、特にタワー共振加速度を推定し、それと同時に３Ｐタワー加速度を推定するようにチューニングされる。共振タワー減衰ピッチ・フィードバック信号は、推定タワー共振加速率から形成され、３Ｐピッチ・フィードバック信号は、推定３Ｐタワー加速率から形成される。
【００１９】
さらに、ピッチ・アクチュエータおよび他のタービン・システムの遅延を補正するために、それぞれのフィードバック信号に必要に応じて進めたり遅らせたりする個別の位相制御の機能を持たせる。３Ｐピッチ・フィードバック信号は、その位相がこのモードを緩和するように設定されているためブレードの対称曲げモードを悪化しない。
【００２０】
さらに、変化する風の状態を考慮するため、それぞれのフィードバック信号に、その状態に適応する利得を持たせる。
【００２１】
フィードバック信号は、ｒｐｍまたは他の目的のためにタワー制御装置により生成される公称ピッチ信号の変調（状態空間、比例積分微分ＰＩＤなど）として形成される。ピッチ・アクチュエータに送られる最終ピッチ・コマンドは、公称値、共振タワー減衰ピッチ変調、および３Ｐピッチ・フィードバック変調の総和である。
【００２２】
本発明の一態様によれば、不均衡ブレードの３Ｐ運動により引き起こされる加速度は、タワー共振ピッチ・フィードバック信号において除去される。
【００２３】
本発明の一態様によれば、タワーの共振運動により引き起こされる加速度は、３Ｐピッチ・フィードバック信号において除去される。
【００２４】
本発明は、タワー一次曲げ振動数（または他の選択された振動数）を通す一方でタワー共振運動ピッチ制御信号から３Ｐ（または他の選択された振動数の）信号を除去するという利点を有する。さらに、これは、３Ｐ振動数（または他の選択された振動数）を通す一方で３Ｐピッチ制御信号からタワー共振運動（または他の選択された振動数の）信号を除去する。さらに、タワー共振運動および３Ｐ運動を緩和するフィードバック・ピッチ信号を送る。
【００２５】
これは、このような振動数が近すぎて従来の振動数フィルタを使用できない場合であっても当てはまる。さらに、アクチュエータの遅延を補正するために所望の位相を導入する方法が含まれる。さらに、風の状態に対し利得適応を行う方法が含まれる。これは、一方の振動数の信号を他方の振動数の信号が近いときに検出するために使用でき、タワー運動減衰と異なる多くの目的に有利に使用できる、非常に一般的で比較的単純な技術である。
【００２６】
本発明およびその動作モードは、付属の図面と併せて以下の詳細な説明を読むとさらによく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】重要なタービン要素を強調して示す本発明による可変速度風力タービンを示すブロック図である。
【図２】本発明によるタワー減衰システムを示すブロック図である。
【図３】パラメータ選択の前にタワー測定加速度により駆動される推定タワー共振加速率の伝達関数を示すグラフである。
【図４】パラメータ選択の後にタワー測定加速度により駆動される推定タワー共振加速率の伝達関数を示すグラフである。
【図５】ピッチが風速の代理となる場合の定常状態ピッチに対する加速度感度のサンプル・レートを示すグラフである。
【図６】パラメータを選択し、適応利得（１４ｍ／ｓの風速または１０．７７度のピッチ）を与えた後にタワー測定加速度により駆動されるタワー共振加速度を補正するピッチ変調の伝達関数を示すグラフである。
【図７】パラメータを選択し、適応利得（１４ｍ／ｓの風速または１０．７７度のピッチ）を与え、３０度の位相の進みを加えた後にタワー測定加速度により駆動されるタワー共振加速度を補正するピッチ変調の伝達関数を示すグラフである。
【図８】引き起こされる位相誤差を示す図４の従来の帯域通過およびノッチ・フィルタ・レプリケーションの伝達関数を示すグラフである。
【図９】パラメータ選択の後にタワー測定加速度により駆動される推定３Ｐ加速率の伝達関数を示すグラフである。
【図１０】パラメータ選択の後にタワー測定加速度により駆動される−３０度移相された推定３Ｐ加速率の伝達関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照すると、本発明による可変速度風力タービン装置のブロック図が示されている。風力発電デバイスは、地面１０４に固定された背の高いタワー構造物１０２の上に載せられた、ナセル１００内に収納された１つまたは複数の発電機を有するタービンを備える。ナセル１００は、ヨー・プラットフォーム１０１上に配置され、水平面内でヨー枢動軸１０６を中心として自由に回転し、卓越風の気流の経路内に維持される。
【００２９】
タービンは、ローター・ハブ１１８に取り付けられた、可変ピッチ・ブレード１１２、１１４を備えるローターを有する。ブレードは、気流に応じて回転する。ブレードのそれぞれは、ブレード基部およびブレード延長部を持つことができ、これによりローターは可変長となり直径可変のローターが形成される。米国特許第６，７２６，４３９号明細書で説明されているように、ローター直径を制御することで、低流速のときにはローターを完全に延ばし、流速が増したときにはローターが伝える負荷またはローターにかかる負荷が設定限界を超えないようにローターを縮めることができる。ナセル１００は、気流とおおよそ揃う形で水平に適所に保持されるように気流の経路内のタワー構造物上に保持される。発電機は、発電するようにタービンにより駆動され、他のユニットおよび／または電力網に相互接続する送電ケーブルに接続される。
【００３０】
図１に示されている装置は、風力タービンのＲＰＭを制御し、タワー共振運動および３Ｐ運動を減衰させる。ブレードのピッチは、発電機のＲＰＭ  １３８を使用して公称ローター・ブレード・ピッチ・コマンド信号１５４を発生する、コマンド・コンポーネントである、従来のピッチ・コマンド・ロジック１４８により従来の方法で制御される。タワー加速度信号１４３に接続されている減衰ロジック１４６は、推定ブレード・ピッチ変調コマンド１５２を生成する。推定ブレード・ピッチ変調コマンド１５２およびピッチ・コマンド１５４に接続された組合せロジック１５０は、ローター・ブレードのピッチを指令することができる組合せブレード・ピッチ・コマンド１５６を送り出し、この組合せブレード・ピッチ・コマンドは、風力タービン・タワー共振運動および３Ｐブレード不均衡運動の減衰機能を含む。
【００３１】
図２に示されている装置は、風力タービン２００のタワー共振およびブレード不均衡を補正する。ブレードの公称ピッチは、実際の発電機のＲＰＭ  ２３８を使用してローター・ブレード・ピッチ・コマンド信号を発生する、コマンド・コンポーネント２４８により従来の方法２０１で制御される。
【００３２】
ブレードのピッチの変調は、タワー減衰ロジック２４０により制御される。結果は、集団共振運動変調２４７および集団３Ｐ運動変調２４９である。ブレード・ピッチ変調コマンド２４７、２４９および集団ピッチ・コマンド２４８に接続された組合せロジック２５０は、ローター・ブレードのピッチを指令することができる組合せブレード・ピッチ・コマンド２５２を送り出し、これは、風力タービン・タワーおよびブレードの減衰機能を含む。
【００３３】
タワー減衰ロジック２４０は、タワー加速度測定２４５を使用してタワー共振運動２６０およびタワー３Ｐ運動２６２を推定するタワー運動推定器２４６を備える。共振運動推定２６０は、集団ＲＰＭコマンド・コンポーネント２４８を使用して適切な利得を選択する適応利得２６６により位相調節され（２６４）、増幅される。３Ｐ運動推定２６２は、集団ＲＰＭコマンド・コンポーネント２４８を使用して適切な利得を選択する適応利得２６７により位相調節され（２６５）、増幅される。
【００３４】
推定器（エスティメータ）：
タワー共振推定器ロジックは、タワー共振運動の二次減衰モデル
【００３５】
【数１】
2010514978.tif 000003
に基づく。ここで、ａは加速度（ｍ／ｓ／ｓ）、ｖは速度（ｍ／ｓ）、ｘは位置（ｍ）、およびξresonantはその応答にチューニングするために使用される推定器タワー共振応答（必ずしもタワー動力学のものである必要はない）の減衰係数であり、ωresonantはその運動の既知の共振振動数である。時間に関して２回微分をとると、このモデルは
【００３６】
【数２】
2010514978.tif 000004
として加速度のみに関して書かれる。
【００３７】
加えられたδresonant項（ｍ／ｓ／ｓ／ｓ／ｓ）は、モデル内の不正確さを表す確率的雑音量であり、その標準偏差σは、推定器応答をさらにチューニングするために使用される。
【００３８】
推定器は、さらに、３Ｐウインド・シア運動の二次減衰モデル
【００３９】
【数３】
2010514978.tif 000005
に基づく。ここで、ξ3Pおよびδ3Pも同様に推定器応答をチューニングするために使用される。
【００４０】
推定器では、２つの加速度を測定された加速度に関係付ける測定方程式
ａmeasured＝ａresonant＋ａ3P＋δmeasurement
を使用するが、ただし、加えられたδmeasurement項（ｍ／ｓ／ｓ）はモデル化されたものを超える確率的測定誤差を表し、これもまた推定器応答をチューニングするために使用される。完全なシステムの状態空間表現は
【００４１】
【数４】
2010514978.tif 000006
となる。加速度信号が、時間とともにゆっくり変化しうるバイアスを有する場合、推定器に送る前に信号（約０．０１Ｈｚ）を高域フィルタリングするか、または推定器の中にバイアス推定成分を含めることにより処理される。
【００４２】
これを離散時間モデルに変換し、そこから一般に
【００４３】
【数５】
2010514978.tif 000007
の形式を有する離散時間推定器（例えば、カルマン・フィルタ、Ｈ∞、極配置など）に変換するために任意の数の数値的および明示的手段を利用できる。ここでｋは推定器利得行列であり、
【００４４】
【数６】
2010514978.tif 000008
は時刻ｔiにおける実際の加速度測定結果である。利得は、それぞれの推定とともに変化するか（古典的なカルマンまたはＨ∞フィルタの場合のように）、または定数行列（極配置および定常状態カルマンまたはＨ∞利得の場合のように）として選択されうる。時間的に変化する利得は、変化する共振およびウインド・シアωおよびξに適応するという利点を有するが、一定の利得は、非常に単純で、計算効率のよいフィルタを形成できるという利点を有する。
【００４５】
推定器の２つのステージである共振と３Ｐは、同じ観測器内に一緒に形成される。これは、設計プロセス（利得選択）が、現象が存在することとその相互作用の両方を「知っている」観測器を形成することを意味する。そして、これは推定器であり、したがって位相誤差を許容しえないため、推定は最小の位相誤差を有する（一般的に、振動数帯域幅が実質的に重なり合うことがない限りゼロ誤差である）。さらに、両方の現象が推定されるので、それぞれ他方から自由である。
【００４６】
タワー共振減衰のフィードバック：
減衰フィードバック項を構成し、動力学のタワー共振部分に減衰を加える。共振の動力学のより完全なモデルである、ブレード・ピッチおよび風速の影響を含むモデルは、
【００４７】
【数７】
2010514978.tif 000009
であり、ξinherentは固有のまたは既存の自然減衰であり、ｆresonant（β，Ｖwind）はブレード空動力学によるブレード・ピッチβおよび風速Ｖwindの影響を表す強制関数である。ピッチを変調することにより減衰が加えられた場合、おおよそ
【００４８】
【数８】
2010514978.tif 000010
となり、ξxtraは課されるΔβresonant変調により生成される所望の付加的減衰係数である。ｇresonant（Ｖwind）利得係数はタービンのシミュレーション研究から決定されるとおりである。項を等しいものとすると、付加的減衰は、
【００４９】
【数９】
2010514978.tif 000011
のようにピッチ変調が風速によりスケジュールされたときに変調により与えられる。風速値が欠けている場合、Ｖwindは、タービンに対する風速とピッチとの間の定常状態関係式ＶwindSS＝ｈ（βSS）により与えられるピッチで置き換えられ、
【００５０】
【数１０】
2010514978.tif 000012
となる。
【００５１】
フィードバック・ピッチは、他の制御機能（例えば、ＰＩＤ補正器を使用するｒｐｍ制御）用にタービンにより通常生成されるピッチ要求に対する変調である。フィードバックは、共振運動推定にのみ基づき、またこれは３Ｐ動力学から自由であるため、フィードバックは望ましくない振動数を持たず、タービン・ブレード・モードを悪化させない。
【００５２】
位相制御：
ピッチを要求することと応答を得ることは、まったく別のことである。必要なピッチ・アクチュエータおよび他の処理により、要求から作動までの間に遅延が加わるので、これを、要求変調に進みを加えて補正することができる。ξ減衰項を無視して推定器共振動力学を簡素化すると、
【００５３】
【数１１】
2010514978.tif 000013
となる。定常状態では、複素指数関数解は、
【００５４】
【数１２】
2010514978.tif 000014
である。移相項が、
【００５５】
【数１３】
2010514978.tif 000015
とａresonantの単位利得総和により
【００５６】
【数１４】
2010514978.tif 000016
として形成される場合、オイラーの方程式を使用して
【００５７】
【数１５】
2010514978.tif 000017
となる。ここで、φresonantは所望の位相シフト（進みに対し正）である。実数項および虚数項を等しいとすると、
【００５８】
【数１６】
2010514978.tif 000018
となる。次いで、位相制御ピッチ変調は、
【００５９】
【数１７】
2010514978.tif 000019
で与えられる。
【００６０】
タワー共振減衰の例：
０．３８Ｈｚのタワー共振振動数、３Ｐ振動数に近いブレード曲げモーメント、および２０Ｈｚの制御ループを有するタービンを考える。定格ｒｐｍ（１５．５ｒｐｍ）において、３Ｐは、０．７７５Ｈｚであり、ブレード曲がりを悪化させないように変調されたピッチ・フィードバックから除去されなければならない。以下の仮の値を使用すると、
ξxtra＝０．７０７
σδmeasurement＝０．１
φ＝０
ωresonant＝２π（０．３８）
ωresonant＝２π（０．７７５）
σδresonant＝０．００１
ξresonant＝０
σδ3P＝０．００１
ξ3P＝０
状態空間モデルが２値化され（タスチン、双線形、または変換を使用する）、定常状態カルマン利得が計算され、図３に示されている
【００６１】
【数１８】
2010514978.tif 000020
に対する加速度測定のボード線図（ゼロ次ホールドを使用する）は、ωresonantのピークおよびω3Pのノッチを有する。
【００６２】
動的カルマン・フィルタは、タービンがｒｐｍを変化させるときに３Ｐ振動数を追跡するのに役立つが、ここでは、計算が簡単で、うまくいくことが証明されているため、定常状態を考える。
【００６３】
共振および３Ｐ振動数がそれほどよく知られていないのでσδreaonantおよびσδ3Pを増やしてピークおよびノッチの帯域幅を広げ、またξresonantおよびξ3Pを増やして応答をソフトにすると、以下の値で
σδresonant＝０．０１６
ξresonant＝０．２
σδ3P＝０．０６
ξ3P＝０．０４
図４のボード線図が得られる。ただし、図３と図４の両方において、ωdampにおける共振信号の位相は、微分器ということから予想どおり＋９０度であり、誤差はない。その結果得られる推定器行列は、
【００６４】
【数１９】
2010514978.tif 000021
である。
【００６５】
タービンのシミュレーション研究の結果から、図５に示されている利得スケジューリング項であるｇresonant［ｈ（β）］が得られ、その結果が図６のピッチ変調のボード線図である。また図６には、このタービン（破線）に対し最初に形成された従来の帯域通過補正器も示されている。最初のシステムはブレード曲がりを悪化させたが、推定器は悪化させず、同等のタワー共振減衰を生じさせる。
【００６６】
移相特性を例示するために、以下のように値を増やすと
φ＝３０度
図７のボードが得られ、図６と比較したときにωresonantで＋３０度の位相シフトが見られる。
【００６７】
従来の振動数フィルタを使用して図４の伝達関数を生成しようとしても成功しない。図８は、低域通過フィルタとその後に続くノッチ・フィルタ
【００６８】
【数２０】
2010514978.tif 000022
を以下の値で使用した結果である。
ｇlow  ＝−０．５
ξlow  ＝０．３
ｇnotch＝０．８５
ξnotch＝０．３
大きさのプロットは類似しているが、位相はそうではない。図４の推定器とは対照的にωresonantで２２度の位相遅延が加わる。
【００６９】
タワー３Ｐ減衰プラス位相制御のフィードバック：
上記の共振減衰と同様に、３Ｐタワー運動減衰は
【００７０】
【数２１】
2010514978.tif 000023
により与えられ、３Ｐ加速度項は推定器値から直接取られ、ｇ3P［ｈ（β）］はシミュレーション研究から決定される。図９には、タワー加速度から
【００７１】
【数２２】
2010514978.tif 000024
への伝達関数が示されており、微分器による予想される＋９０度の位相シフトで、ωresonantのところにノッチ、ω3Pのところにピークがある。サンプリングされたデータ・システムのゼロ次ホールドの性質によりω3Pで入り込む遅延のせいで位相は実際には９０度よりもわずかに小さい（加わる遅延＝０．７７５Ｈｚ×３６０度／２０Ｈｚ＝１４度）。減衰中にブレード曲がりを悪化させないために、位相制御は重要である。図６に示されているように、ブレード曲がりを悪化させる従来の設計では、約−９８度の位相を持つ３Ｐフィードバック成分が生じた。フィードバック利得に負符号を使用した場合、公称推定器フィードバックは、−９０＋１４＝−７６度に近くなり、ブレードの曲げモードを減衰し、励起しないようにするために調整を必要とする。図１０は、φ3P＝−３０度のときに加わる３０度の遅延を例示している。
【００７２】
他の実施形態
本発明は、具体的に示され、好ましい実施形態を参照しつつ説明されているが、当業者であれば本発明の範囲から逸脱することなく形態および細部に前記のおよび他の変更を加えられることを理解されうる。定常状態推定器利得は、例示を目的として使用されているが、本発明にはローターｒｐｍに適応する動的利得が含まれる。タワー共振および３Ｐ振動数は、例示を目的として使用されているが、他の振動数も考えられる。タワー減衰は、例示的な実施例として使用されているが、本発明は、ローター減衰などの他の応用例にも使用され、またローターｒｐｍなどの信号から不要な振動数を除去するためにも使用されうる。
【符号の説明】
【００７３】
１００  ナセル１００；  １０１  ヨー・プラットフォーム；  
１０２  タワー構造物；  １０４  地面；  １０６  ヨー枢動軸；  
１１２、１１４  可変ピッチ・ブレード；  １１８  ローター・ハブ；  
１４６  減衰ロジック；  １４８  ピッチ・コマンド・ロジック。
【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５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月28日(2008.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン・タワー内の少なくとも１つの不要運動振動数成分を減衰する装置であって、
ローター・ブレード・ピッチ・コマンド信号を発生するピッチ・コマンド・ロジックと、
タワー加速度測定結果を使用し、モデル・ベースの推定器を使用して前記少なくとも１つの加速度振動数成分を推定するタワー減衰ロジックと、
前記タワー減衰ロジックの出力には前記少なくとも１つの成分推定に基づく集団ピッチ変調が含まれ、
前記タワー減衰ロジックおよび前記ピッチ・コマンド・ロジックに接続された組合せロジックであって、前記組合せロジックの出力は、前記少なくとも１つの風力タービン・タワー運動振動数成分の減衰を含む、前記ローター・ブレードのピッチを指令することができる組合せブレード・ピッチ・コマンドである、組合せロジックと
を備える装置。
【請求項２】
前記運動振動数成分は、前記ピッチ変調における発現から抑制されるべき少なくとも１つの振動数を含み、
前記タワー減衰ロジックは、タワー加速度測定結果を前記推定器とともに使用し、抑制されるべき前記少なくとも１つの加速度成分を推定し、
抑制は、前記集団ピッチ変調に抑制されるべき前記少なくとも１つの推定を含めないことにより実行される
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの振動数成分は、タワー共振を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記モデルは、二次減衰共振である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記減衰ロジックは、さらに、前記少なくとも１つの振動数成分推定に基づき前記集団ピッチ変調を移相する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ピッチ・コマンドを使用して風力タービンのローター・ブレードのピッチを制御する風力タービン・タワーにおいて、タワー加速度測定結果を使用して前記測定結果の中の不要信号も抑制しながらタワー共振運動を減衰する方法であって、
Ａ．タワー加速度を測定するステップと、
Ｂ．前記加速度測定結果をモデル・ベースの推定器とともに使用してタワー共振加速度および不要加速度を推定するステップと、
Ｃ．前記タワー共振加速度推定を使用してタワー運動を減衰するブレード・ピッチ共振変調を行うステップと、
Ｄ．前記ブレード・ピッチ共振変調と前記ピッチ・コマンドとを組み合わせて、組合せピッチ・コマンドを形成するステップと、
Ｅ．前記組合せピッチ・コマンドを使用して前記ローター・ブレードのピッチを制御し、不要運動を抑制しながら前記風力タービン・タワー共振運動を減衰するステップと
を含む方法。
【請求項７】
Ｃ．前記不要加速度推定を使用して前記不要運動を減衰するブレード・ピッチ不要変調を行うことと、
Ｄ．ブレード・ピッチ不要コマンドを組み合わせて前記組合せピッチ・コマンドを形成すること
とをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップＢにおいて、二次減衰モデルは、前記タワー共振および不要加速度を推定するために使用される請求項６に記載の方法。
【国際調査報告】
2010514978.tif 000035
2010514978.tif 000036
2010514978.tif 000037