(57)【要約】  風速計や他の別個の風速測定装置を使用せずに風速を正確に決定することによって失速制御式風力タービンの有効性を改善する方法及びシステム。風速は、他の方法の中でも、所定のＴＳＲ範囲における動作中失速制御式風力タービンに対するマッピングＴＳＲモデルを追跡し、最大所望電力レベルに達した際に所望の風速範囲に関してマッピングされたランプ移行時のＲＰＭ（制御がＲＳに移行する）に追従することによってランプスタート時のＲＰＭ値を減少させ、所望のＲＰＭレベルに達したときに、電力と共にＲＰＭを高め、且つ／又はロータの定期的アンローディングを使用することによって決定されてもよい。風速情報は、風力タービンパラメータを制御するために利用されてもよい。
2010507044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータを制御する方法であって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定する段階と、
失速制御機能付き風力タービンのモデルから、周速比（ＴＳＲ）を予測するためのモデルマッピングを用いて、前記動作中のタービンの風速を決定する段階と、
決定された風速又は選択された風速に達したときに、前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記動作中のタービンの風速を決定する段階が、更に、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを変更する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記決定された風速を、追加入力に基づいて修正する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記追加入力は、空気温度、高度及びブレード慣性から構成されるグループから選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
強風速度において、前記動作中のタービンは、低負荷で動作し続ける、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
強風速度状態において、前記動作中のタービンは動作を停止する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータを制御する方法であって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定する段階と、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを監視して、前記動作中のタービンの風速を決定する段階と、
決定された風速又は選択された風速に達したときに、前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御する段階とを含む方法。
【請求項８】
前記動作中のタービンの風速を決定する段階は、更に、
所望の風速範囲に関するランプスタート（ＲＳ）制御をマッピングする段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータを制御するシステムであって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定する手段と、
失速制御機能付き風力タービンのモデルから、周速比（ＴＳＲ）を予測するためのモデルマッピングを用いて、前記動作中のタービンの風速を決定する手段と、
決定された風速又は選択された風速に達したときに、前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御する手段とを含むシステム。
【請求項１０】
前記動作中のタービンの風速を決定する前記手段は、更に、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを変更する手段を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記決定された風速を追加入力に基づいて修正する手段を更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記追加入力は、空気温度、高度及びブレード慣性から構成されるグループから選択される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
強風速度において、前記動作中のタービンは低負荷で動作し続ける、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
強風速度状態において、前記動作中のタービンは動作を停止する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータを制御するシステムであって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定する手段と、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを監視して、前記動作中のタービンの風速を決定する手段と、
決定された風速又は選択された風速に達したときに、前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御する手段とを備えたシステム。
【請求項１６】
前記動作中のタービンの風速を決定する手段は、更に、
所望の風速範囲に関するランプスタート（ＲＳ）制御をマッピングする手段を備えた、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータをコンピュータに制御させるために記憶された制御ロジックを備えたコンピュータにより使用可能な記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定するための第１のコンピュータ可読プログラムコード手段と、
失速制御機能付き風力タービンのモデルから、周速比（ＴＳＲ）を予測するためのモデルマッピングを用いて、前記動作中のタービンの風速を決定する第２のコンピュータ可読プログラムコード手段と、
決定された風速又は選択された風速に達したときに、前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御するための第３のコンピュータ可読プログラムコード手段とを含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
前記動作中のタービンの風速を決定するための前記第２のコンピュータ可読プログラムコード手段が、更に、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを変更するための第４のコンピュータ可読プログラムコード手段を含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
前記決定された風速を追加入力に基づいて修正する第４のコンピュータ可読プログラムコード手段を更に含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２０】
前記追加入力は、空気温度、高度、及びブレード慣性から構成されるグループから選択される、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２１】
強風速度において、前記動作中のタービンは低負荷で動作し続ける、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
高風速状態において、前記動作中のタービンは動作を停止する、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２３】
動作中失速制御機能付き風力タービンのパラメータをコンピュータに制御させるために記憶された制御ロジックを備えたコンピュータにより使用可能な記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、
特定のＴＳＲにおける動作中失速制御機能付き風力タービンの電力出力と毎分回転数（ＲＰＭ）とを測定する第１のコンピュータ可読プログラムコード手段と、
ピーク電力に達した際に、前記ピーク電力を維持するのに必要な前記ＲＰＭを監視して前記動作中のタービンの風速を決定する第１のコンピュータ可読プログラムコード手段と、
前記動作中のタービンに係る負荷が減少するように、前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭとから構成されるグループから前記動作中のタービンの前記電力出力と前記動作中のタービンのＲＰＭを選択することで、前記動作中のタービンの風速を制御する第１のコンピュータ可読プログラムコード手段とを含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項２４】
前記動作中のタービンの風速を決定するための前記第２のコンピュータ可読プログラムコード手段は、更に、
所望の風速範囲に関するランプスタート（ＲＳ）制御をマッピングするための第４のコンピュータ可読プログラムコード手段を含む、請求項２３に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、風力タービンの分野に関し、詳細には、風速をコスト効率よく導出し、そのような情報を使用して、生成される年間エネルギーが少ない場合に強風での負荷を制限することによって、失速制御式風力タービンの生産性と費用効果を改善する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００６年１０月２０日に出願された「Method and System for Deriving Wind Speed in a Stall Controlled Wind Turbine」と題する米国仮特許出願番号６０／８５３，０３６号の利点を主張する。本願は、また、２００６年７月１７日に出願された「Wind Turbine and Method of Manufacture」と題する米国特許出願番号１１／４８７，３９２号と、２００６年７月１７日に出願された「Stall Controller and Triggering Condition Control Features for a Wind Turbine」と題する米国特許出願番号１１／４８７，３４３号とに関連する。上記出願のそれぞれの内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
既存の風力タービンに関する問題は、風力タービンのコストを最適化するため且つ生産性と関連した理由のために、一般に負荷を最小にしなければならないことである。ほとんどの大型風力タービンは、例えば風力タービンの近くの場所又は風力タービン上に配置された風速計を使用することによってそのような負荷の問題に対処している。風速計は、生産性が低い風況での負荷を制限するために風速に応じて風力タービンの動作を調整できるように風の速度を決定することを可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、既存の小型の失速調整式風力タービンと関連した課題は、例えば、そのようなタービンが強風状態に応じて失速域に陥ったときに、風速計が風速を決定できなくなることである。例えば、固定ＲＰＭ失速制御式風力タービンの場合は、風速が大きくなるときに、風力タービンによって生成される電力が、タービンの毎分回転数（ＲＰＭ）の変化なしに、最大レベル（本明細書では「ピーク電力」と区別なしに使われる）まで高まる。しかしながら、風速が引き続き、ピーク電力が生成される速度より大きくなるとき、風力タービンの出力は、実際には、タービンの空力学的特性によって減少する。このピーク電力後に電力が減少するという結果は、電力の減少には、風速が上昇する場合と低下する場合があることを意味する。先行技術では、別個の風速計なしにそのような条件下で風速を決定する既知の方法やシステムは存在しない。
【０００５】
詳細には、失速調整式風力タービン設計では、エーロフォイルの効率が最も高い角度がある（即ち、エーロフォイルが、空気抵抗を超える最大揚力を有する）。エーロフォイルのピッチが、最も効率の高い角度より大きくなると、揚力が増大し続けるが、空気抵抗がより早く増大し、その結果いつか失速することになる。失速時、揚力は増大し続けないが空気抵抗は増大し続ける。その結果、角度が変化し続けるときにエーロフォイルの効率はますます低下することになる。風力タービン設計者の観点からは、このピッチを「周速比」又は「ＴＳＲ」の点で説明することが有用な場合がある。
【０００６】
更に他の問題は、特により小型の風力タービンの場合に、風速計と受け取った風速計情報を利用するように設計された機能のコストが、幾つかの対象とする用途（例えば、低コスト居住用）では法外に高くなる場合があり、また風速計の使用と関連した複雑さが、例えば、コスト、動作又は信頼性に有害な場合があることである。更に、風速計が小型風力タービンに取り付けられた場合は、例えばタービンの動作が風速示度に干渉する場合があるため、条件によっては風速計から生成される情報が不正確になる場合がある。また、風速計は、故障したり、ある条件下で不正確な結果を生成したりする場合がある。
【０００７】
風速計が故障した場合、風力タービンは、強風状態によって破損される可能性がある。更に、いくつかの小型風力タービンの用途では、風速計が風力タービンと別個に配置される場合に、別個の塔や他の取り付け装置が必要な場合があり、これにより、経済的問題、審美的問題、地域設定問題、又は他の問題が起こる可能性がある。
【０００８】
そのような風力タービン用途の制御問題に関して、一定ＲＰＭの風力タービンでの電力を制限するために既存の方法が有効な場合があるが、そのような既存の手法は、いくつかの他の負荷問題（例えば、塔上の基本曲げモーメント、タービンプロペラシャフト上の主負荷、ブレード上のフラップ状曲げモーメント）を十分に制限しない場合がある。例えば、いくつかの動作状態では、そのような負荷が、電力とＲＰＭとから独立している場合がある。そのような状態では、例えば、負荷は、風速の増大と共に増大し続けることがある。しかしながら、風速が既知の場合はそのような状態での負荷を制御することができる。これにより、風力タービンと関連するコストを削減することができる（例えば、そのような大きい負荷に対応するために必要な付加的な強度、剛性若しくは他の特徴、又は受風面積を大きくするためにより大きなロータを使用する必要性と関連したコストを削減することができる）。
【０００９】
高負荷状態が存在する典型的な状況は、以下の通りである。風力タービンの動作がピーク電力にあり、電力とＲＰＭとが既知である。電力が減少し（どのような変化状態でもピーク電力から減少するはずである）、風速に関する情報が測定されない場合は、電力減少が風速の増大によるものか風速の減少によるものか分からない。結果として、失速制御式風力タービンの既存の技術分野では、例えば、ＲＰＭと電力情報だけからでは風速を決定することができない。
【００１０】
従って、当該技術分野では、（例えば、強風での負荷を減少させるか又は生産性を高めることによって）失速制御式風力タービンの生産性を高めるかコストを削減するために、失速制御式風力タービンの風速を導出するコスト効率が高く正確な方法及びシステムの必要性が満たされていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、風速計や他の別個の風速測定装置を使用せずに、失速制御式風力タービンの風速を正確に決定する方法及びシステムを提供することによって、前述の問題やその他の問題も克服する。風速情報を使用して小型風力タービンの費用効果を高めることができる。本発明の実施形態により、風速は、所定のＴＳＲ範囲内で動作中の失速制御式風力タービンに対するマッピングＴＳＲモデルを追従又は追跡することによって決定されてもよい。更に、風速は、最大所望電力レベルに達したときのランプスタート時のＲＰＭ値を減少させ、また所望風速範囲のためのマッピングされたランプ移行時のＲＰＭ（制御がＲＳに移行する）に追従することによって決定されてもよい。更に、風速は、所望のＲＰＭレベルに達したときに、電力と共にＲＰＭを高めることによって決定されてもよい。更に、風速は、本発明の実施形態により、ロータの定期的アンローディングを使用することによって決定されてもよい。
【００１２】
本発明の実施形態の方法及びシステムを使用して風速情報を取得する１つの利点は、（例えば、風速読み取りによって）風力タービンのユーザに風速情報を提供できることである。より重要なことには、本発明の実施形態は、風速情報を使用することによって風力タービン上の一定の負荷を制御することにより関連風力タービンパラメータを制御することを可能にする。
【００１３】
本発明の更に他の利点及び新規な機能は、部分的には以下の説明で述べられ、また部分的には以下の検討又は本発明の実施による学習によって当業者により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態で使用可能な例示的な風力タービンの断面図である。
【図２】本発明の実施形態の方法及びシステムに関連する特徴を含む様々な風力タービン構成要素の代表的なブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による動作方法の例示的な流れ図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による動作方法の例示的な流れ図である。
【図４】本発明の実施形態で使用可能な様々な構成要素並びにその代表的機能の代表的な系統図である。
【図５】発明の例示的な実施形態に従って使用するための例示的な風力タービンにおける特定のＴＳＲでの風速と電力の関係の例示的な図形的マッピングである。
【図６】本発明の例示的な実施形態に従って使用するための例示的な風力タービンにおける特定のＴＳＲでの風速と電力の関係の例示的な図形的マッピングである。
【図７】本発明の例示的な実施形態に従って使用するための例示的な風力タービンにおける特定のＴＳＲでの風速と電力の関係の例示的な図形的マッピングである。
【図８】本発明の例示的な実施形態に従って使用するための例示的な風力タービンにおける特定のＴＳＲでの風速と電力の関係の例示的な図形的マッピングである。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、風速が増加した場合の「ランプスタート」時のＲＰＭ、電力出力、及び「ランプ移行時のＲＰＭ」の変化を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、本発明の例示的な実施形態による風速とＲＰＭとの関係、風速と電力との関係及び風速とＴＳＲとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、本発明の例示的な実施形態による風速とロータＲＰＭの関係及び時間とロータ電力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。
【００１６】
そこで図２を参照すると、本発明の方法及びシステムに関連する特徴を含む様々な風力タービン構成要素の代表的なブロック図が示される（図１には、本発明の実施形態で使用可能な例示的風力タービンの断面図が示される）。図２に示したように、風力タービン２０は、データベース等のデータレポジトリ２３を含むか又はデータレポジトリ２３にアクセスすることができるプロセッサ２２を含むかそのようなプロセッサ２２に結合される。風力タービン２０は、必要に応じて、温度センサ２１を備えるか又は温度センサ２１に結合される。
【００１７】
図３Ａは、本発明の一実施形態の１つの動作方法の例示的な流れ図を示し、この実施形態では、周速比のマッピング（ＴＳＲマッピング）を使用して風速を決定することができる。一実施形態において、本発明の方法及びシステムは、モデル風力タービンがその「エネルギー消費効率」又は「ＣＰ」の関数として動作するＴＳＲの実験的な使用や又は他の方法で決定されたマッピング範囲の使用を含む。図３Ａに示したように、３０２で、モデル失速制御式風力タービンのモデルマッピングＴＳＲが作成されるか又は得られる。そのようなマッピングを作成するために、例えば風速を測定する風速計を、（例えば、測定されたブレードＲＰＭに基づいて）風先端速度を測定するための装置と関連して使用して、識別された各ＴＳＲに関する周速比を作図することができる。当該のそのような比率は、例えば、最高効率で生じる風速の比率から電力を制限しなければならない風速の比率を含む。概して、そのようなＴＳＲは、最高効率ＴＳＲより低い。例えば、最高効率（ＣＰ）は、ＴＳＲの７分１で生じる。失速を調整するには、ＴＳＲを小さくして負荷を小さくしなければならない。この調整は、全てのＴＳＲがタービンが停止するＴＳＲまで低下する状況、又はタービンが動作する最高風速（例えば、ＴＳＲが１に等しくなるとき）が生じる状況を含むことがある。マッピングモデルは、例えば実験的又は他の方法（例えば、モデリングによって）で３０２で得られるか又は作成されてもよい。
【００１８】
再び図３Ａを参照すると、３０４で、特定のＴＳＲで動作する動作中の動作中失速制御機能付き風力タービンの電力とＲＰＭが測定される。３０６でマッピングモデルを基準として識別された各ＴＳＲを追跡することによって、３０８で動作中のタービンの風速が決定される。ピーク電力に達したとき、制御が一定電力に変更され、３１０で、その電力を維持するのに必要なＲＰＭが監視される。電力出力情報とタービンのＲＰＭが測定され、３０６でマッピングモデルに従うことによって、３０８で風速情報が決定される（例えば、マイクロプロセッサによって実行される一連の命令として体系化されてもよい）。所定のＴＳＲのマッピングされた結果に追従することによって、電力が増大する場合には、風速が増大するはずであり、またマッピングモデルによって、風速を実質的に正確に知りそれに従い、次に新しい所望のＴＳＲに移行することができる。しかしながら、ＴＳＲが追跡され（tracked）ない場合（本明細書では「追従される（followed）」と区別なく使用される）、同一の電力とＲＰＭポイントで異なる解がある場合があるので、測定された電力とＲＰＭから風速を決定することができない。しかしながら、ＴＳＲを追跡又は追従する場合は、既知の状態を維持することができ、それにより風速を導出することができる。
【００１９】
３０８で決定された風速は、必要に応じて、３１２で、温度や動作高度等の付加的な入力に基づいて修正されてもよい。決定された風速又は選択された風速に達したときは、３１４で、動作タービンの電力出力及び／又は動作タービンのＲＰＭが制御されてもよい。
【００２０】
次に図３Ｂを参照すると、本発明の一実施形態の第２の動作方法の例示的な流れ図が示され、ここでＴＳＲマッピング３２０を使用して、図３Ａと関連して前に述べたように、２つの追加パラメータのマッピングにより風速を決定することができる。
【００２１】
第１の追加パラメータは、変数「ランプスタート」（ＲＳ）であり、第２の追加パラメータは、「ランプ移行時のＲＰＭ」（ＲＰＭ−Ｒ）である。図９に、風速が大きい場合のこれらのパラメータのそれぞれの変化を示す。ＲＳパラメータ９０２は、可変変数「ランプスタート」制御時のＲＰＭである。「ランプスタート」は、ＲＰＭを制御するために電力９０４を急激に増加させる制御が開始されたときのＲＰＭである。例えば、ＲＳが１２０ワット／ＲＰＭの値に設定された場合、ＲＰＭが約３２０の値に達したときに、電力９０４を１２０ワット／ＲＰＭ増加させる制御が開始される。このＲＳ値９０２は、電力がプリセット最大所望電力レベルを超えた場合に減少する。図９に示した例では、プリセット最大電力レベルは、約２４００ワットに設定される。図９に示したように、約１０ｍ／秒〜１７ｍ／秒の風速の場合、ＲＳ９０２は、プリセットされた所望の２４００ワットの設定を維持するために制御によって押し下げられる。
【００２２】
第２の追加のパラメータ「ランプ移行時のＲＰＭ」（ＲＰＭ−Ｒ）９０６は、制御がＲＳ９０２に移行するときのＲＰＭを表わす。この例では、ＲＳ値は、約１３．５ｍ／秒で約１５ＲＰＭに達する。従って、制御を維持するのに必要な電力は、１５×１２０ワット即ち１８００ワットを追加する必要がある。次に、この変数は、所望の風速範囲に関してマッピングされる。
【００２３】
図３Ｂを再び参照すると、ＲＳ  ＲＰＭが選択され、所望のＲＰＭに達すると、電力は、特定のＲＳ／ＲＰＭだけ増加する。最大所望電力レベルに達すると、３２４で、最大所望電力レベルを維持するためにＲＳパラメータが小さくなる。３２６で、ＲＳとランプ移行ＲＰＭが、所望範囲に関してマッピングされる。この実施形態では、風速を、変数「ＲＳ」と「ランプ移行時のＲＰＭ」の平均値によって選択又は決定することができる。
【００２４】
次に図３Ｃを参照すると、本発明の一実施形態の第２の動作方法の例示的な流れ図が示され、この図では、図３Ｂに関して前に述べたように風速が決定され、違いは、図１０Ａ〜図１０Ｃに示したようにプリセットＲＰＭに達した後でＲＰＭが電力と共に増大することである。図１０Ａは、風速とＲＰＭの関係を示し、線１００２は、所望電力２．１７ｋＷ生成するようにロータのＲＰＭを手動で設定することを表す。この例の所望出力２．１７ｋＷを生成する風速値とＲＰＭ値との関係を下の表１に表わす。
【００２５】
【表１】
2010507044.tif 000003
【００２６】
約３２０ＲＰＭのＲＳ値で始まる図１０Ａを再び参照すると、ＲＳのＲＰＭは、ＲＰＭによって３８０まで上昇させることができる。
【００２７】
本発明の一実施形態による第４の例示的なシステム及び方法は、図３Ｄに示したように、ロータの定期的アンローディングを利用する。図１１Ａから図１１Ｃは、強風と弱風の関係においてロータがアンローディングにどのように応じるかを示す。この方法は、例えば確信がないときに動作領域内の風速を調べるために使用される。
【００２８】
失速制御式風力タービンの風速を決定するために前述の方法をそれぞれ単独又は組み合わせで使用できることは当業者に明らかであろう。
【００２９】
所望の電力レベルに達すると、前述の方法のうちのいずれかにより風速（例えば、増加又は減少）が分かる／決定されるので、より速い風速でタービンを動作させる費用効率を決定することができる。例えば、タービンの製造業者は、タービンが所定の風速（例えば、２５ｍ／秒）より強い風速で動作することが望ましいが、その風速は希にしか起きないので、その速度での高い負荷に耐えるためにタービンの頑強性を高めることは費用効率が悪いと判断する場合がある。従って、２５ｍ／秒を超える風速の電力出力は減少されてもよく、又は風速が低くなるまでタービンは動作しないように停止されてもよい。タービンが停止される場合、タービンは設定時間（例えば、２時間）だけ停止される場合もあり、或いは風速を監視し続けるために低い負荷で動作し続けることが望ましい場合もある。タービンが短期間停止された場合、風速が通常動作を再開するのに十分に低いかどうかが判定されるまで、風速を監視することができる安全な低負荷モードで動作を再開することが望ましい場合がある。代替として、単純に、強風であるが小さい負荷で動作を維持することが望ましい場合がある。
【００３０】
図５から図８は、本発明の実施形態に従って使用するための例示的な風力タービンにおける特定のＴＳＲの風速と電力の関係の例示的なマッピンググラフを示す。
【００３１】
本発明の幾つかの実施形態では、ＴＳＲが極めて小さいとき（ＴＳＲ＝１等）に小さい負荷の極めて強い風で動作する方法及びシステムが使用されてもよい。極めて低いＴＳＲは、ロックされたロータと類似の負荷を示す。しかしながら、この低速動作は、例えば図３Ａに関して前に述べた方法でマッピングされてもよく、再開風速を選択することができ且つタービンがこの変数によって制御されるように確実に風速を測定することができる。
【００３２】
また、空気密度と風力タービンの設置高度も風速の決定に影響を及ぼす場合がある。従って、マッピングの精度を更に高め且つ失速をいつ増減するかをより正確に決定できるようにするために、例えば、空気密度を決定する入力高度と共に、入力として空気温度検出（例えば、風力タービンに組み込まれるか本発明の実施方法を実行する処理装置に他の方法で結合された温度センサによる）を含んでもよい。
【００３３】
本発明の様々な実施形態の方法及びシステムの精度を更に高めるのに役立つ別の入力は、風力タービンのブレードの慣性に関する情報である。例えば、一般に、ＲＰＭ及び／又は他の風力タービン動作特性の関数としてブレード慣性を実験環境でモデリングして、そのような風力タービン動作特性に関する慣性方程式を作成することができる。実験的手法の代替又は追加として、ソフトウェア（例えば、ＦＡＳＴ）によるモデリングを使用してもよい。更に、慣性情報を使用して、例えば、ブレードの慣性の変化による運動エネルギーを風速の変化によるエネルギーから分離できるようにすることによって、風速を高精度に決定することができる。例えば、ＲＰＭのわずかな変化が生じることを可能にしまた慣性マッピング情報の使用と関連して様々な動作因子を測定することによって、風力タービン動作における任意の時点での慣性の影響を決定することができる。
【００３４】
空気密度、高度、ブレード慣性のような追加入力を使用することにより得られるより正確な結果は、本発明の１つの用途が、極端な状況（例えば、強風）における風力タービン動作を制御することであるような幾つかの実施形態では有効であるが、そのような追加入力の使用によって実現される追加精度は、状況により必要がない場合がある。
【００３５】
本発明の例示的な実施形態により風速を決定する前述の方法の他に、必要に応じて前述の追加入力のいずれかを使用することによって風速を所望の精度で決定した後、風力タービンの電力を制御して効率を最大にすることができる。
【００３６】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせを使用して実施されてもよく、１つ又は複数のコンピュータシステムや他の処理システムで実施されてもよい。一実施形態では、本発明は、本明細書で述べる機能を実行することができる１つ又は複数のコンピュータシステムを対象とする。図４にそのようなコンピュータシステム２００の一例を示す。
【００３７】
コンピュータシステム２００は、プロセッサ２０４等の１つ又は複数のプロセッサを有する。プロセッサ２０４は、情報通信基盤２０６（例えば、通信バス、クロスオーバーバー又はネットワーク）に接続される。この例示的なコンピュータシステムに関して様々なソフトウェアの実施形態が示される。この詳細を読んだ後、当業者には、他のコンピュータシステム及び／又はアーキテクチャを使用して本発明を実施する方法が明かになるであろう。
【００３８】
コンピュータシステム２００は、表示装置２３０上に表示するために情報通信基盤２０６（又は、図示していないフレームバッファ）から図形、文字、他のデータを転送するディスプレイインタフェース２０２を備えることができる。コンピュータシステム２００は、また、主記憶装置２０８（好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を備えてもよく、また補助記憶装置２１０を備えてもよい。補助記憶装置２１０は、フロッピディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ等である例えばハードディスクドライブ２１２や取り外し式記憶ドライブ２１４を備えてもよい。取り外し式記憶ドライブ２１４は、取り外し式記憶装置２１８に対して既知の方法で読み書きする。取り外し式記憶装置２１８は、フロッピディスク、磁気テープ、光ディスク等であり、取り外し式格納ドライブ２１４に読み書きされる。取り外し式記憶装置２１８は、コンピュータソフトウェア及び／又はデータが記憶されたコンピュータ可用記憶媒体を有する。
【００３９】
代替の実施形態では、補助記憶装置２１０は、コンピュータプログラムや他の命令をコンピュータシステム２００にロードすることを可能にする他の類似の装置を備えてもよい。そのような装置には、例えば、取り外し式記憶装置２２２とインタフェース２２０がある。そのような装置の例には、プログラムカートリッジ、及びカートリッジインタフェース（ビデオゲーム装置内にあるものなど）、取り外し式メモリチップ（消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）又はプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）等）と関連ソケット、及びソフトウェアとデータを取り外し式記憶装置２２２からコンピュータシステム２００に転送することを可能にする他の取り外し式記憶装置２２２及びインタフェース２２０がある。
【００４０】
コンピュータシステム２００は、また、通信インタフェース２２４を備えてもよい。通信インタフェース２２４は、コンピュータシステム２００と外部装置との間でソフトウェアとデータを転送することを可能にする。通信インタフェース２２４の例には、モデム、ネットワークインタフェース（イーサネットカード等）、通信ポート、パーソナルコンピュータメモリカードインターナショナルアソシエーション（ＰＣＭＣＩＡ）スロット及びカード等がある。通信インタフェース２２４を介して転送されるソフトウェアとデータは、信号２２８の形式であり、この信号は、電子信号、電磁気信号、光信号、又は通信インタフェース２２４によって受け取ることができる他の信号でよい。これらの信号２２８は、通信経路（例えば、チャネル）２２６を介して通信インタフェース２２４に提供される。この経路２２６は、信号２２８を伝え、ワイヤ又はケーブル、光ファイバ、電話線、セルラーリンク、無線周波数（ＲＦ）リンク及び／又は他の通信チャネルを使用して実施されてもよい。この文書において、用語「コンピュータプログラム媒体」と「コンピュータ可用媒体」は、一般に、取り外し式記憶ドライブ２１４、ハードディスクドライブ２１２に組み込まれたハードディスク、信号２２８等の媒体を指すために使用される。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム２００にソフトウェアを提供する。本発明は、そのようなコンピュータプログラム製品を対象とする。コンピュータシステム２００の様々な変形を利用して本発明の実施形態を首尾良く実施できることを当業者は理解するであろう。例えば、有線通信インタフェースと無線通信インタフェースは同じように首尾良く使用される。
【００４１】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる）は、主記憶装置２０８及び／又は補助記憶装置２１０に記憶される。また、高度等の「設定ポイント」及び他の技術者入力又は調整可能パラメータ又は有効な調整可能パラメータを設定しメモリに記憶させることもできる。無線通信インタフェース２２４を介してコンピュータプログラム（性能が更新され改良されたバージョン等）を受け取ることもできる。そのようなコンピュータプログラムは、実行されたとき、コンピュータシステム２００が、本明細書で述べるように本発明の機能を実行することを可能にする。詳細には、コンピュータプログラムは、実行されたとき、プロセッサ２０４が本発明の機能を実行することを可能にする。従って、そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム２００のコントローラを表わす。
【００４２】
本発明がソフトウェアを使用して実現される実施形態では、ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に記憶され、取り外し式記憶ドライブ２１４、ハードドライブ２１２又は通信インタフェース２２４を使用してコンピュータシステム２００にロードされてもよい。制御ロジック（ソフトウェア）は、プロセッサ２０４によって実行されたとき、プロセッサ２０４に、本明細書に記載されているような本発明の機能を実行させる。別の実施形態では、本発明は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のハードウェア構成要素を使用するハードウェアで実施される。本明細書で述べる機能を実行するハードウェア状態マシンの実施態様は、当業者には明らかにであろう。
【００４３】
更に別の実施形態では、本発明は、ハードウェアとソフトウェア両方の組み合わせを使用して実施される。
【００４４】
本発明を好ましい実施形態と関連して説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく前述の好ましい実施形態を変形し改良できることは当業者によって理解されるであろう。本明細書の検討又は本明細書に開示した本発明の実践から、他の実施形態が当業者に明らかであろう。明細及び示した例は単なる例として検討され、本発明の真の範囲は以下の請求項によって示される。
【符号の説明】
【００４５】
２００  コンピュータシステム
２０２  ディスプレイインタフェース
２０４  プロセッサ
２０６  情報通信基盤
２０８  主記憶装置
２１０  補助記憶装置
２１２  ハードディスクドライブ
２１４  取り外し式記憶ドライブ
２１８  取り外し式記憶装置
２２０  インタフェース
２２２  取り外し式記憶装置
２２４  通信インタフェース
２２６  通信経路
２３０  ディスプレイ
【図１】
2010507044.tif 000004
【図２】
2010507044.tif 000005
【図３Ａ】
2010507044.tif 000006
【図３Ｂ】
2010507044.tif 000007
【図４】
2010507044.tif 000008
【図５】
2010507044.tif 000009
【図６】
2010507044.tif 000010
【図７】
2010507044.tif 000011
【図８】
2010507044.tif 000012
【図９】
2010507044.tif 000013
【図１０】
2010507044.tif 000014
【図１１】
2010507044.tif 000015
【国際調査報告】
2010507044.tif 000016