(57)【要約】  本発明は、浮体式風力タービンにおける安全システムを動作させる方法及び機器に関する。浮体式風力タービンは１つ又は複数のセンサー２０２、２０３を備え、前後方向における上記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号がセンサー２０２から受信される。また、左右方向における上記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号がセンサー２０３から受信される。上記前後方向傾斜信号及び上記左右方向傾斜信号のいずれか又は双方に基づいて、浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体式風力タービンにおいて安全システムを動作させる方法であって、前記浮体式風力タービンは１つ又は複数のセンサーを備え、該方法は、
前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信するステップと、
左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信するステップと、
前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更するステップと、
を含む、浮体式風力タービンにおいて安全システムを動作させる方法。
【請求項２】
前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号を所定の閾値と比較するステップと、
前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号に基づいて前記浮体式風力タービンに対する全体的な傾斜度信号を求めるステップと、
前記浮体式風力タービンに対する前記全体的な傾斜度信号を所定の閾値と比較するステップと、
前記全体的な傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更する前記ステップは、前記浮体式風力タービンのシャットダウンを開始するステップを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記センサーは第１の傾斜度計と第１の加速度計とを備え、前記方法は、
前記前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第１の傾斜度信号を前記第１の傾斜度計から受信するステップと、
前記前後方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第１の加速度信号を前記第１の加速度計から受信するステップと、
前記受信される第１の傾斜度信号及び前記第１の加速度信号に基づいて前記前後方向傾斜度信号を求めるステップと、
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記センサーは第２の傾斜度計と第２の加速度計とを更に備え、前記方法は、
前記左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第２の傾斜度信号を前記第２の傾斜度計から受信するステップと、
前記左右方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第２の加速度信号を前記第２の加速度計から受信するステップと、
前記受信される第２の傾斜度信号及び前記第２の加速度信号に基づいて前記左右方向傾斜度信号を求めるステップと、
を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記前後方向傾斜度信号を求めるステップは、
前記第１の加速度信号に定ゲインを乗算するステップと、
前記定ゲインを乗算された前記第１の加速度信号を前記第１の傾斜度信号から減算するステップと、
を更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記左右方向傾斜度信号を求めるステップは、
前記第２の加速度信号に定ゲインを乗算するステップと、
前記定ゲインを乗算された前記第２の加速度信号を前記第２の傾斜度信号から減算するステップと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす履歴の状態のうちの１つ又は複数に基づいて前記定ゲインを求めるステップを更に含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
浮体式風力タービンであって、
１つ又は複数のセンサーと、
前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信するように構成される第１のプロセッサと、
左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信するように構成される第２のプロセッサと、
前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更するように構成される第３のプロセッサと、
を備える、浮体式風力タービン。
【請求項１１】
前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号を所定の閾値と比較するように構成される第４のプロセッサを更に備え、
前記第３のプロセッサは、前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するように更に構成される、請求項１０に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１２】
前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号に基づいて前記浮体式風力タービンに対する全体的な傾斜度信号を求めるように構成される第５のプロセッサと、
前記浮体式風力タービンに対する前記全体的な傾斜度信号を所定の閾値と比較するように構成される第６のプロセッサと、
を更に備え、
前記第３のプロセッサは、前記全体的な傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するように更に構成される、請求項１０に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１３】
前記第３のプロセッサは、前記浮体式風力タービンのシャットダウンを開始することによって前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１４】
前記センサーは第１の傾斜度計と第１の加速度計とを備え、前記第１のプロセッサは、
前記前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第１の傾斜度信号を前記第１の傾斜度計から受信し、
前記前後方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第１の加速度信号を前記第１の加速度計から受信し、
前記受信される第１の傾斜度信号及び前記第１の加速度信号に基づいて前記前後方向傾斜度信号を求める、
ように更に構成される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１５】
前記センサーは第２の傾斜度計と第２の加速度計とを備え、前記第２のプロセッサは、
前記左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第２の傾斜度信号を前記第２の傾斜度計から受信し、
前記左右方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第２の加速度信号を前記第２の加速度計から受信し、
前記受信される第２の傾斜度信号及び前記第２の加速度信号に基づいて前記左右方向傾斜度信号を求める、
ように更に構成される、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１６】
前記第１のプロセッサは、
前記第１の加速度信号に定ゲインを乗算し、
前記定ゲインを乗算された前記第１の加速度信号を前記第１の傾斜度信号から減算する、
ように更に構成される、請求項１４に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１７】
前記第２のプロセッサは、
前記第２の加速度信号に定ゲインを乗算し、
前記定ゲインを乗算された前記第２の加速度信号を前記第２の傾斜度信号から減算する、
ように更に構成される、請求項１５に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１８】
前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす履歴の状態のうちの１つ又は複数に基づいて前記定ゲインを求めるように構成される第７のプロセッサを更に備える、請求項１６又は１７に記載の浮体式風力タービン。
【請求項１９】
コンピュータープログラム製品であって、
前後方向における浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信することと、
左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信することと、
前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更することと、
を実行するコンピューター可読実行可能コードを含む、コンピュータープログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力タービン安全システムに関し、より詳細には浮体式風力タービン安全システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギーを効果的に利用して発電する風力タービンは、従来の発電方法に対する代替的なエネルギー源としてますます一般的になりつつある。好適な電力量を発電するために、風力タービンは、風力発電所と呼ばれる大規模な群にしてまとめて併設されることが多い。風力発電所は、数十の風力タービンから数百の風力タービン、又は更には将来的に数千まで、規模が様々であってもよい。
【０００３】
従来、風力発電所は、利用可能な風力エネルギーが安定した発電に用いられるのに好適である陸上の区域に設置されてきた。しかし、更なるウィンドファームが建設されるにつれ、安定した発電レベルを可能にするのに適した風の流れがもたらされる（例えば、風の流れが、丘陵、森林、建造物等によって影響されない）陸上の好適な利用可能場所は少なくなる。
【０００４】
したがって、現在ウィンドファームを洋上に、例えば、海洋、海、湖等に設置する動向がある。このことは、ウィンドファームが居住区域及び障害物から離れているので、風の流れが通常は遮られることがないという点でいくつかの利点を有する。
【０００５】
現行では、風力タービンは非常に大型かつ重量の大きい構造体であり、安定した基礎を必要とする。このことは、陸上に設置される風力タービンにとって通常、問題ではないが、洋上に設置される風力タービンにとっては課題を与える。
【０００６】
浅い水域において各風力タービンは、海底に載置されるか、又は海底において基礎を有する場合がある。しかし、実際は、タービンを海底に載置することは、例えば、３０メートルの水深までの比較的浅い水域においてしか可能でない。しかし、３０メートルまでの水深は通常、岸に近く、大都市の近くに位置する洋上の場所の大半、例えば、米国東海岸では、海底は１００ｍよりも深い深度に極めて急激に落ち込む傾向がある。
【０００７】
それゆえ、風力タービンを海底に載置することができない場所か、又は海底に基礎を設けることが可能ではない岸近くの場所に風力タービンを浮体させることを可能にしたいという要望がある。
【０００８】
したがって、浮体式プラットフォーム上に風力タービンを載置する動向がある。
【０００９】
浮体式風力タービンは、例えば、風、風力タービンが起動するときの付加的な力、波及び水の動き等の浮体式風力タービンに作用する様々な力を受ける。風力タービンを実質的に直立姿勢に保持し、安全許容範囲内に維持することは重要である。浮体式プラットフォームは、通常、プラットフォームの動きが安全許容範囲内にあることを確実にするために、プラットフォームの動きを監視する機構を有している。
【００１０】
しかしながら、本発明者らは、プラットフォーム安全システムとは独立して、又はプラットフォーム安全システムと協働して稼働する安全制御システムをタービンそれ自体に組み込む必要性を認識した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した必要性及び不都合点のうちのいくつか又は全てに、少なくとも部分的に対処することを目的とする。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、浮体式風力タービンにおいて安全システムを動作させる方法であって、前記浮体式風力タービンは１つ又は複数のセンサーを備え、該方法は、前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信するステップと、左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信するステップと、前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更するステップと、を含む、浮体式風力タービンにおいて安全システムを動作させる方法が提供される。
【００１３】
したがって本発明は、風力タービンの傾斜度に基づいて浮体式風力タービンの動作パラメーターが変更される浮体式風力タービンにおいて、実施される安全システムを好都合に可能にする。１つ又は複数のセンサーは、風力タービンの傾斜度を測定することができる任意のセンサー（複数の場合もある）、例えば、ロールセンサー及び／又はチルトセンサーとすることができ、その目的のための別個の装置とするか、又は光検出及び測距（ＬｉＤＡＲ）装置等の他の装置と組み合わせるか若しくはその一部とすることができる。
【００１４】
本方法はハードウェア、ソフトウェア又はそれらの任意の組合せとすることができる。本方法は浮体式風力タービン内の１つ又は複数のコントローラーによって実施することができる。
【００１５】
風力タービンに対して、前後方向は（ハブ及びブレードが載置されている）ナセルの正面からの線に沿った前方方向／後方方向とみなすことができる。したがって、ナセルがヨーイングすると、前後方向は、常にナセルの正面に対する前方方向／後方方向とみなされるようにナセルに追随する。
【００１６】
左右方向は、前後方向に直交する方向とみなすことができ、ここでもまた、ナセルがヨーイングすると、その左右方向はナセルに追随する。
【００１７】
本方法は、前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号を所定の閾値と比較するステップと、前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するステップと、を更に含むことができる。
【００１８】
したがって、前後方向及び／又は左右方向における風力タービンの傾斜度を所定の閾値と比較して、風力タービンの動作パラメーターを変更するか否かを判断することができる。所定の閾値は、浮体式風力タービンに対してあらかじめ規定された安全限界とすることができる。閾値は垂直面又は水平面からの角度とすることができる。
【００１９】
本方法は、前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号に基づいて前記浮体式風力タービンに対する全体的な傾斜度信号を求めるステップと、前記浮体式風力タービンに対する前記全体的な傾斜度信号を所定の閾値と比較するステップと、前記全体的な傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するステップと、を更に含むことができる。
【００２０】
したがって、本方法は、前後方向傾斜度信号及び左右方向傾斜度信号の双方を結合又は評価することによって、風力タービンの全体的な傾斜度値を求めることができる。次に、風力タービンの全体的な傾斜度を所定の閾値と比較して、風力タービンの動作パラメーターを変更するか否かを判断することができる。所定の閾値は、浮体式風力タービンに対してあらかじめ規定された安全限界とすることができる。閾値は垂直面又は水平面からの角度とすることができる。
【００２１】
この所定の閾値は、風力タービンの傾斜度に対して、或る境界形状を規定することもできる。例えば、風力タービンの動きは楕円形の経路を反映するか又は楕円形の経路に対応するので、境界は楕円形状を規定することができる。したがって、傾斜度を規定された境界と比較して、風力タービンがあらかじめ規定された安全限界より大きく傾斜しているか否かを判断することができる。
【００２２】
この所定の閾値は、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに影響を及ぼす状態、力等に基づいて変更することができ、例えば、予測データ、状態のモデル、履歴のデータ、風力タービンが配置されたときの実際のデータ等のうちの１つ又は複数に基づくことができる。
【００２３】
本方法は、所定の閾値を変更するステップを更に含むことができる。この所定の閾値は、風力タービンのロケーションで風力タービンに影響を及ぼす状態及び力に応じて、又は季節変動に起因して、いつでも変更することができる。この所定の閾値は、風力タービン内のコントローラーによって、自動的に変更することができる。この場合、コントローラーは、適切な所定の閾値を自動的に選択するために、所定の閾値及び状態のルックアップテーブルを参照することができる。
【００２４】
本方法は、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす履歴の状態のうちの１つ又は複数に基づいて所定の閾値を求めるステップを更に含むことができる。
【００２５】
前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更する前記ステップは、前記浮体式風力タービンのシャットダウンを開始するステップを更に含む。
【００２６】
したがって、風力タービンの傾斜度が所定の閾値より大きい場合、安全上の理由で、風力タービンの動作パラメーターを変更し、風力タービンがより大きく傾斜し、究極的には転覆することを防止することができ、この動作パラメーターを変更することは浮体式風力タービンのシャットダウンを開始することを含むことができる。付加的に又は代替的に、風力タービンの他の動作パラメーターを変更して、例えば、ピッチ制御システムを介してタービンブレードのピッチを変更して風力タービンにかかる負荷／力を減少させること、ヨー制御システムを介してナセルの方向を変更して風力タービンにかかる負荷／力を減少させること等によって、風力タービンの傾斜を阻止することができる。
【００２７】
前記センサーは第１の傾斜度計と第１の加速度計とを備えることができ、前記方法は、前記前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第１の傾斜度信号を前記第１の傾斜度計から受信するステップと、前記前後方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第１の加速度信号を前記第１の加速度計から受信するステップと、前記受信される第１の傾斜度信号及び前記第１の加速度信号に基づいて前記前後方向傾斜度信号を求めるステップと、を含むことができる。
【００２８】
センサーは、チルトセンサー、又は前後方向における傾斜度を求めるための他のセンサーとすることができる。センサーは、傾斜度計及び加速度計を含むことができる。傾斜度信号は、前後方向における浮体式風力タービンの傾斜度を示す傾斜度計から受信することができる。浮体式風力タービンは、浮体式風力タービンに作用する力及び動きに起因して、静止していないか又は定速度で動いている場合があり、傾斜度はその示度である。したがって、傾斜度計によって測定される傾斜度は理論的な傾斜度とすることができる。浮体式風力タービンに作用する力及び動きを考慮に入れるために、次に前後方向における加速度に関連する加速度信号を加速度計から受信する。このとき、前後方向における浮体式風力タービンの真の傾斜度に対応する前後方向傾斜度信号（又は、その高精度の近似値）は、受信される前後方向における傾斜度信号及び加速度信号に基づいて求めることができる。
【００２９】
前記センサーは第２の傾斜度計と第２の加速度計とを更に備えることができ、前記方法は、前記左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第２の傾斜度信号を前記第２の傾斜度計から受信するステップと、前記左右方向における前記浮体式風力タービンの加速度信号を示す第２の加速度を前記第２の加速度計から受信するステップと、前記受信される第２の傾斜度信号及び前記第２の加速度信号に基づいて前記左右方向傾斜度信号を求めるステップと、を含むことができる。
【００３０】
センサーは、ロールセンサー、又は左右方向における傾斜度を求めるための他のセンサーとすることができる。センサーは、傾斜度計及び加速度計を含むことができる。傾斜度信号は、左右方向における浮体式風力タービンの傾斜度を示す傾斜度計から受信することができる。浮体式風力タービンに作用する力及び動きに起因して、浮体式風力タービンは静止していないか又は定速度で動いている場合があり、傾斜度はその示度である。したがって、傾斜度計によって測定される傾斜度は理論的な傾斜度であると考えることができる。浮体式風力タービンに作用する力及び動きを考慮に入れるために、次に左右方向における加速度に関連する加速度信号を加速度計から受信する。このとき、左右方向における浮体式風力タービンの真の傾斜度に対応する左右方向傾斜度信号（又は、その高精度の近似値）は、受信された左右方向における傾斜度信号及び加速度信号に基づいて求めることができる。
【００３１】
第１の傾斜度計及び第２の傾斜度計は、同一の傾斜度計とすることができるか、又は異なる傾斜度計とすることができる。同様に、第１の加速度計及び第２の加速度計は、同一の加速度計とすることができるか、又は異なる加速度計とすることができる。
【００３２】
前記前後方向傾斜度信号を求めるステップは、前記第１の加速度信号に定ゲインを乗算するステップと、前記定ゲインを乗算された前記第１の加速度信号を前記第１の傾斜度信号から減算するステップと、を更に含むことができる。
【００３３】
前記左右方向傾斜度信号を求めるステップは、前記第２の加速度信号に定ゲインを乗算するステップと、前記定ゲインを乗算された前記第２の加速度信号を前記第２の傾斜度信号から減算するステップと、を更に含むことができる。
【００３４】
風力タービンが配置、又は設置されるロケーションにおける風力タービンの要件に対し、安全システムを効果的に調整するために、加速度信号に定ゲインを乗算することができる。このことは重要な利点をもたらす。なぜならば定ゲインは、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに影響を及ぼす状態、力等に基づいて調整することができるか、又は例えば、予測データ、状態のモデル、履歴のデータ、風力タービンが配置されたときの実際のデータ等のうちの１つ又は複数に基づくことができるからである。
【００３５】
本方法は、定ゲインを調整するステップを更に含むことができる。定ゲインは、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに影響を及ぼす状態及び力に応じて、又は季節変動に起因して、いつでも微調整及び変更することができる。定ゲインは風力タービン内のコントローラーによって自動的に微調整することもできる。この場合、コントローラーは、適切な定ゲインを自動的に選択するために、定ゲイン及び状態のルックアップテーブルを参照することができる。
【００３６】
本方法は、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす履歴の状態のうちの１つ又は複数に基づいて前記定ゲインを求めるステップを更に含むことができる。
【００３７】
本方法は、第１の傾斜度信号、第２の傾斜度信号、第１の加速度信号、第２の加速度信号、前後方向傾斜度信号、及び左右方向傾斜度信号のうちの１つ又は複数をフィルタリングするステップを更に含むことができる。
【００３８】
安全システムの精度を高めるため及び／又は種々の信号の望まれていないか又は必要でない成分の影響を減少させるために、安全システムにおける信号は、ローパスフィルター及び／又はハイパスフィルターによってフィルタリングすることができる。しかしながら、フィルターを使用することによって、浮体式風力タービンの傾斜度を求めるプロセス内に遅延又は遅れが生じる場合がある。したがって、フィルターの設計には、フィルターによって生じる遅延が、安全システムと、真の傾斜度が閾値を超えたときに実質的に遅れることなく風力タービンをシャットダウンする能力とに対して有害でないことを確実にすることを考慮に入れる必要がある。
【００３９】
１つ又は複数のセンサーは第３の加速度計を更に備えることができ、本方法は、ｚ軸（すなわち、垂直平面）における加速度を示す第３の加速度信号を受信するステップと、この第３の加速度信号に基づいて前後方向傾斜度信号及び／又は左右方向傾斜度信号を求めるステップとを更に含むことができる。
【００４０】
ｚ軸における加速度は小さく、低い周波数のものである場合があり、したがって、安全システムの精度及び効率に対する影響は小さい。しかしながら、浮体式風力タービンが設置されている地点の水の動きに起因して、浮体式風力タービンもまた垂直平面内で移動するので、ｚ軸における加速度を考慮に入れることは有利である場合がある。したがって、垂直方向における加速度にも基づいて浮体式風力タービンの傾斜度を求めることによって安全システムの精度を改善することができる。
【００４１】
第１の加速度計、第２の加速度計及び第３の加速度計は同一の加速度計とすることができるか、異なる傾斜度計とすることができるか、又はそれらの任意の組合せとすることができる。例えば、加速度計が三軸加速度計である場合、３軸のそれぞれに対する加速度信号をこの加速度計によって提供することができる。
【００４２】
本発明の第２の様態によれば、浮体式風力タービンであって、１つ又は複数のセンサーと、前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信するように構成される第１のプロセッサと、左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信するように構成される第２のプロセッサと、前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更するように構成される第３のプロセッサと、を備える浮体式風力タービンが提供される。
【００４３】
本発明の第３の態様によれば、前後方向における浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号をセンサーから受信する手段と、左右方向における浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号をセンサーから受信する手段と、前後方向傾斜度信号及び左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更する手段とを備える浮体式風力タービンが提供される。
【００４４】
本発明を実施する手段は、１つ若しくは複数のコントローラー又は１つ若しく複数のプロセッサとすることができ、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組合せとすることができる。
【００４５】
前記浮体式風力タービンは、前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号を所定の閾値と比較するように構成される第４のプロセッサを更に備えることができ、前記第３のプロセッサは、前記前後方向傾斜度信号及び／又は前記左右方向傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するように更に構成される。
【００４６】
前記浮体式風力タービンは、前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号に基づいて前記浮体式風力タービンに対する全体的な傾斜度信号を求めるように構成される第５のプロセッサと、前記浮体式風力タービンに対する前記全体的な傾斜度信号を所定の閾値と比較するように構成される第６のプロセッサと、を更に備えることができ、前記第３のプロセッサは、前記全体的な傾斜度信号が前記所定の閾値より大きい場合、前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更するように更に構成される。
【００４７】
前記第３のプロセッサは、前記浮体式風力タービンのシャットダウンを開始することによって前記浮体式風力タービンの前記動作パラメーターを変更することができる。
【００４８】
前記センサーは、第１の傾斜度計と第１の加速度計とを備えることができ、前記第１のプロセッサは、前記前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第１の傾斜度信号を前記第１の傾斜度計から受信し、前記前後方向における前記浮体式風力タービンの加速度を示す第１の加速度信号を前記第１の加速度計から受信し、前記受信される第１の傾斜度信号及び前記第１の加速度信号に基づいて前記前後方向傾斜度信号を求めるように更に構成することができる。
【００４９】
前記センサーは、第２の傾斜度計と第２の加速度計とを備えることができ、前記第２のプロセッサは、前記左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す第２の傾斜度信号を前記第２の傾斜度計から受信し、前記左右方向における前記浮体式風力タービンの加速度信号を示す第２の加速度を前記第２の加速度計から受信し、前記受信される第２の傾斜度信号及び前記第２の加速度信号に基づいて前記左右方向傾斜度信号を求めるように更に構成することができる。
【００５０】
前記第１のプロセッサは、前記第１の加速度信号に定ゲインを乗算し、前記定ゲインを乗算された前記第１の加速度信号を前記第１の傾斜度信号から減算するように更に構成することができる。
【００５１】
前記第２のプロセッサは、前記第２の加速度信号に定ゲインを乗算し、前記定ゲインを乗算された前記第２の加速度信号を前記第２の傾斜度信号から減算するように更に構成することができる。
【００５２】
前記浮体式風力タービンは、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び前記浮体式風力タービンに影響を及ぼす履歴の状態のうちの１つ又は複数に基づいて前記定ゲインを求めるように構成される第７のプロセッサを更に備えることができる。
【００５３】
浮体式風力タービンは、第１の傾斜度信号、第２の傾斜度信号、第１の加速度信号、第２の加速度信号、前後方向傾斜度信号及び左右方向傾斜度信号のうちの１つ又は複数をフィルタリングするように構成される１つ又は複数のフィルタリング手段を備えることができる。
【００５４】
１つ又は複数のセンサーは第３の加速度計を備えることができ、浮体式風力タービンは、ｚ軸（すなわち、垂直平面）における加速度を示す第３の加速度信号を受信するように構成される第８のプロセッサを更に備えることができる。第２のプロセッサ及び／又は第３のプロセッサは、第３の加速度信号に基づいてそれぞれ前後方向傾斜度信号及び／又は左右方向傾斜度信号を求めるように更に構成することができる。
【００５５】
第１の加速度計、第２の加速度計及び第３の加速度計は、同一の加速度計とすることができるか、異なる加速度計とすることができるか、又はそれらの任意の組合せとすることができる。例えば、加速度計が三軸加速度計である場合、３軸のそれぞれに対する加速度信号をこの加速度計によって提供することができる。
【００５６】
浮体式風力タービンは、本発明の特徴、プロセス及び機能のうちの任意のもの又は全てを実施することができるように構成することができる任意の手段、機器、ソフトウェア若しくはハードウェア、又はそれらの任意の組合せを更に含むことができる。
【００５７】
第１のプロセッサから第８のプロセッサは、同一のプロセッサとすることができるか、異なるプロセッサとすることができるか、又はそれらの任意の組合せとすることができる。
【００５８】
本発明の第４の態様によれば、コンピュータープログラム製品であって、前後方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す前後方向傾斜度信号を前記センサーから受信することと、左右方向における前記浮体式風力タービンの傾斜度を示す左右方向傾斜度信号を前記センサーから受信することと、前記前後方向傾斜度信号及び前記左右方向傾斜度信号のいずれか又は双方に基づいて前記浮体式風力タービンの動作パラメーターを変更することと、を実行するコンピューター可読実行可能コードを含む、コンピュータープログラム製品が提供される。
【００５９】
単に例として添付図面を参照しながら、これより本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】浮体式風力タービンの概略図である。
【図２】本発明の多くの実施形態に係る浮体式風力タービンのナセルの簡略化した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１を参照すると、浮体式風力タービン１０１は、とりわけ、浮体式プラットフォーム１０２と浮体式プラットフォーム１０２上の風力タービン１０３とを備えることができる。
【００６２】
図１では、浮体式プラットフォーム１０２が簡略化及び一般化された１つのボックスとして示されている。というのは、現在、浮体式プラットフォームのいくつかの設計が存在しており、今後更に設計され得るからである。本発明の実施形態は、任意のタイプ又は設計の浮体式プラットフォーム１０２とともに動作することができる。例えば、既知の浮体式プラットフォーム１０２は、ブイ型のプラットフォーム、相互結合された浮揚性柱状体等を含むことができる。
【００６３】
浮体式プラットフォーム１０２は、そのプラットフォームの動きが、要求されるか又は定められた安全限界内にあることを確実なものにする安全システムを備えることができる。例えば、プラットフォーム１０２はセンサー及び或る形態のアクティブバラストシステム等を備えることができる。一方、プラットフォームに作用する多様な力に応じたプラットフォーム１０２の応答は、緩慢である場合がある。例えば、プラットフォームにおけるアクテイブバランスシステムの場合、バラストがプラットフォームに逆方向の力を作用するようにアクティブに移動するのに約３０分を要する場合がある。さらに、プラットフォームに対する（例えば、垂直からの傾斜度に関する）安全許容範囲は、風力タービンの安全許容範囲と異なる場合がある。
【００６４】
したがって、風力タービンがプラットフォーム安全システムに依存せず、補正するための対処、例えば、風力タービンの動作状態を変更すること、特に風力タービンのシャットダウン動作を開始することが必要であることを独自に判断又は特定することができるように、プラットフォームにおける任意の安全システムに加えて又は任意の安全システムと協働する追加の安全システムが必要である。
【００６５】
上記で検討したように、浮体式風力タービン１０１にとって、風力タービン内に１つ又は複数の安全システムを（浮体式風力タービン１０１のプラットフォーム１０２内の任意の安全システムとは別に又はそれに加えて）備えて、風力タービン１０３が安全限界を超えて傾斜した場合に風力タービン１０３をシャットダウンさせるか、又は風力タービン１０３の動作パラメーターを変更することを可能にすることは有益である。
【００６６】
安全システムは、風力タービン１０３の前後方向（fore-aft direction）及び左右方向への傾斜度を求める機構を備える。風力タービンに対して、前後方向は（ハブ及びブレードが搭載されている）ナセルの正面からナセルの背面への線に沿って前方方向／後方方向である。したがって、ナセルがヨーイングすると前後方向はナセルに追随するので、前後方向は常に前方方向／後方方向であるとみなされる。
【００６７】
左右方向は、前後方向に直交する方向であり、ここでもまた、ナセルがヨーイングすると、その左右方向もナセルに追随する。
【００６８】
風力タービンは水上に浮いているので、安全システムは、浮体式風力タービンの真の傾斜度を求める、又は特定するために、力及び動き（例えば、波力／波動、風力、動作中の力等）を考慮に入れなければならない。
【００６９】
図２は、本発明の多くの実施形態に係るナセル２０１の簡略化した概略図を示しており、浮体式風力タービンのナセル２０１は、１つ又は複数のセンサー、例えば、チルトセンサー２０２及びロールセンサー２０３を備え、これらのセンサーを用いて浮体式風力タービンの前後方向及び左右方向のそれぞれの傾斜度を求めることができる。
【００７０】
前後方向及び左右方向における傾斜度を測定する１つのセンサーの場合、又は風力タービンの傾斜度を求めることができる複数のセンサーのセットの場合がある。
【００７１】
前後方向及び左右方向の真の傾斜度（風力タービンに作用する力を考慮に入れて）は、ナセル内のセンサー２０２、２０３からの前後方向傾斜度信号及び／又は左右方向傾斜度信号に対応させることができるか、又は風力タービンに作用する力及び動き（例えば、波力、風力等）を考慮するために、前後方向傾斜度信号及び／又は左右方向傾斜度信号を更に処理することを必要とする場合もある。
【００７２】
次に、真の傾斜度を用いて、例えば安全性の理由のため風力タービンをシャットダウンするように風力タービンのパラメーターを変更するか否かを判断すること、又は特定することができる。特に、浮体式風力タービンが垂直又は水平から所定の閾値より多く傾斜した場合、安全性の理由のためにその風力タービンをシャットダウンするか、又は風力タービンの他の動作パラメーター（例えば、ヨー制御システム、ピッチ制御システム等）を変更しなければならない。
【００７３】
この所定の閾値は、本発明の安全システムの目的のための任意の適切な閾値とすることができる。
【００７４】
例えば所定の閾値は、前後方向における傾斜度（前後方向傾斜度）に対して１つの閾値と、左右方向における傾斜度（左右方向傾斜度）に対して１つの閾値とすることができる。したがって、この例では、前後方向及び／又は左右方向における垂直又は水平のいずれかからの傾斜度を或る閾値と比較して、風力タービンをシャットダウンすべきか否かを判断することができる。これらの方向のそれぞれに対して異なる閾値とすることもできるし、それらを同じ閾値とすることもできる。閾値は、垂直又は水平からの角度とすることができる。
【００７５】
閾値は、上記の例のように単一の値とすることもできるし、代替的に例えば、楕円形状の境界を定めることもできる。前後方向における傾斜度は、風力タービンの傾斜度の単一の結合値を求めるために、左右方向における傾斜度と結合させるか、又は左右方向における傾斜度と併せて評価することができ、この単一の結合値は、次に、風力タービンが許される安全限界より大きく傾斜しているか否かを判断するために所定の楕円状境界と比較することができる。
【００７６】
理解されるように、風力タービンが垂直又は水平から傾斜しているか否かを判断するのに用いられるこの所定の閾値は、離散値である場合もあるし、或る形状の境界を定める場合もある任意の適切な所定の閾値とすることができる。
【００７７】
この所定の閾値は、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに影響を及ぼす状態、力等に基づいて変更することができ、例えば、予測データ、状態のモデル、履歴のデータ、風力タービンがかつて配置された際の実際のデータ等のうちの１つ又は複数に基づくことができる。
【００７８】
この所定の閾値は、そのロケーションで風力タービンに影響を及ぼす状態及び力に応じて、又は季節変動に起因して、いつでも変更することができる。この所定の閾値は、風力タービン内のコントローラーによって、自動的に変更することができる。この場合、コントローラーは、適切な所定の閾値を自動的に選択するために、所定の閾値及び状態のルックアップテーブルを参照することができる。所定の閾値を求めることは、付加的に又は代替的に、浮体式風力タービンに影響を及ぼす予測される状態、浮体式風力タービンに影響を及ぼす実際の状態、及び浮体式風力タービンに影響を及ぼした過去の状態のうちの１つ又は複数に基づくことができる。
【００７９】
単一の傾斜度値（前後方向傾斜度、左右方向傾斜度又はそれらの組合せ）を閾値と比較して、傾斜度が閾値より大きいか否か及び風力タービンの動作パラメーターが変化したか否かを判断することができる。一方、安全システムの効率性及び実効性を増大させるために、所定の期間にわたって傾斜度が閾値より大きいことを追加でチェックすることができる。実施形態は安全システムのためのものなので、所定の期間は例えば、１秒、２秒、３秒等とすることができ、風力タービンが所定の安全限界より大きく傾斜している場合に補正動作を開始することができる程度に十分短く、しかも、誤った測定によって動作、例えばシャットダウン動作を不必要に開始しない程度に十分長いことが好ましい。
【００８０】
したがって、多くの実施形態において、風力タービンの傾斜度は、１つ又は複数のセンサーから求めることができ、以下の実施形態では、これらのセンサーは風力タービン内のチルトセンサー２０２及び／又はロールセンサー２０３である。次に、風力タービンが、風力タービンの動作に関して安全である状態よりも大きく垂直（又は水平）から傾斜している場合、風力タービンがシャットダウンされるべきか否か又は他の動作パラメーターを変更するべきか否かを特定するために、センサーからの測定値を処理することができる。
【００８１】
チルトセンサー２０２及びロールセンサー２０３は、風力タービンのナセル内に位置するのが好ましいが、本発明の目的に対して適切な、風力タービン内の任意の地点に設置することができる。チルトセンサー及びロールセンサーは、ナセルを支持するタワーの中央に沿って設置されることが好ましい。
【００８２】
チルトセンサー２０２及びロールセンサー２０３は、風力タービンが水上に浮いていて多様な力及び動きを受けている間に、風力タービンの前後方向及び左右方向における真の傾斜度を求める目的に適した種々のセンサーを用いて実施することができる。
【００８３】
しかしながら、本実施態様は風力タービンの安全システムのためのものなので、この実施態様はロバストでありかつ信頼性の高いものでなければならない。したがって、多くの実施形態において、チルトセンサー２０２及びロールセンサー２０３は、ロバストでありかつ信頼性の高い傾斜度計２０６、２０８及び加速度計２０５、２０７を用いて実施される。
【００８４】
風力タービンのナセル２０１は、相当量の機器、機械類、エレクトロニクス、流体機器等を備え、これらは、図２では、参照を容易にし簡約化するために省略されている。
【００８５】
ナセル２０１は、とりわけ、加速度計２０５及び傾斜度計２０６を備えるチルトセンサー２０２と、加速度計２０７及び傾斜度計２０８を備えるロールセンサー２０３と、少なくとも１つのコントローラー２０４とを備える。チルトセンサー２０２、ロールセンサー２０３及び少なくとも１つのコントローラー２０４は、浮体式風力タービンの安全システムを形成する。
【００８６】
この例では、チルトセンサー２０２、ロールセンサー２０３、及びコントローラー２０４が風力タービンのナセル２０１内に示されている。しかしながら、理解されるように、安全システムの構成部品は、風力タービンのタワー内、風力タービンのハブ内、又は本発明の多くの実施形態の目的に適した、風力タービン内の他の任意の場所に設置することができる。
【００８７】
これらの実施形態において、チルトセンサー及びロールセンサーは、それぞれ傾斜度計と加速度計とを備えることができる。代替的に、二軸（又は三軸）加速度計が実装される場合は、単一の加速度計を利用して２つの方向（前後方向及び左右方向）のそれぞれにおける、浮体式風力タービンの傾斜度を求めることができる。同様に、傾斜度計が二軸における傾斜度を測定できる場合、単一の傾斜度計を利用して２つの方向（前後方向及び左右方向）のそれぞれにおける、浮体式風力タービンの傾斜度を求めることができる。したがって、理解されるように、チルトセンサー及びロールセンサーは、別個の傾斜度計及び加速度計から構成するか、又は傾斜度計及び／又は加速度計のいずれか一方若しくは、双方を共用することができる。
【００８８】
ここで図２を参照して、チルトセンサー２０２の動作を説明する。チルトセンサー２０２を利用して前後方向における真の傾斜度（例えば、真の前後方向傾斜度）を求める。理解されるように、ロールセンサー２０３の動作は、チルトセンサー２０２の動作と実質的に同一であるが、左右方向における真の傾斜度（例えば、真の左右方向傾斜度）を求めるのに用いられる。
【００８９】
チルトセンサー２０２を形成する加速度計２０５及び傾斜度計２０６は、実質的に同一場所に設置されるか、又は実質的に互いに近接して並置されることが好ましく、ナセルを支持するタワーの中央に沿って設置されることが好ましい。コントローラー２０４は、風力タービン内の同一場所に設置することができるか若しくは、任意の適切な位置に設置することができるか、風力タービン制御システムの一部分とすることができるか、風力タービンの別個の制御ボックス内に設置することができるか、又は風力タービンから離れた、例えば、別個の制御センター内に設置することができる。
【００９０】
通常、傾斜度計２０６は、傾斜度計が取り付けられた本体の傾斜度を求めるために、２つの直交する方向における加速度を測定し、正味の加速度の向きを固定軸と比較する。通常、傾斜度計センサーが静止しているか、又は一定速度で移動している（したがって、傾斜度計センサーが取り付けられた本体が静止しているか、又は一定速度で移動している）とき、求められた正味の加速度の固定軸に対する角度は、傾斜度計センサーが取り付けられている本体の傾斜度に対応する。
【００９１】
しかしながら、風力タービンは多様な動き及び力、例えば、風力、プラットフォームを介した波動力、風力タービンの動作時の力等を受けるので、風力タービンは実質的に静止していることもなければ、一定速度で移動していることもない。したがって、風力タービンのナセルに取付けられた傾斜度計２０６によって測定される、前後方向における理論的な傾斜度は、浮体式風力タービンに影響を及ぼす動き及び力に起因して、通常、実質的な垂直位置（又は水平位置）からの風力タービンの実際の前後方向傾斜度又は真の前後方向傾斜度に対応しない。
【００９２】
浮体式風力タービンの真の前後方向傾斜度を求めるために、加速度計２０５を傾斜度計２０６とともに用いて、これにより、コントローラー２０４が風力タービンに作用するか、又は影響を及ぼす（及び、それにより傾斜度計２０６に影響を及ぼす）動き及び力を考慮して、風力タービンの真の前後方向傾斜度（又はその良好な近似）を求めることができるようにする。
【００９３】
加速度計２０５は、実質的に傾斜度計２０６に近接して位置すること又は設置されることが好ましく、それにより、加速度計２０５により測定される前後方向における加速度が、前後方向傾斜度を測定している傾斜度計２０６に影響を及ぼしている前後方向における加速度に対応するようになる。
【００９４】
コントローラー２０４は、傾斜度計２０６から前後方向傾斜度信号を受信し、この前後方向傾斜度信号は、ナセルの傾斜度の測定値を含む。傾斜度計２０６は、所定の時間間隔で前後方向傾斜度を測定することができる。例えば、傾斜度計２０６は、１００ミリ秒ごと〜２００ミリ秒ごとに前後方向傾斜度を測定することができる。理解されるように、傾斜度測定の間の時間間隔は、本発明の目的に適切な任意の時間間隔とすることが可能である。特に、傾斜度測定は、実質的にリアルタイムか又は風力タービンが特定の傾斜度に到達する数秒、例えば、１秒、２秒、３秒以内にコントローラー２０４がナセル２０１の真の前後方向傾斜度を求めることが可能であるように行われなければならない。
【００９５】
傾斜度計２０６からの前後方向傾斜度信号は、傾斜度計２０６又はコントローラー２０４によってフィルタリングされている。傾斜度信号がフィルタリングされる場合、傾斜度信号におけるタワーの動きの影響を減少させるために、フィルターはローパスフィルターとすることができる。また、傾斜度信号はフィルタリングされない場合もあり、この例の場合、フィルタリングされない前後方向傾斜度信号がコントローラー２０４によって用いられる。
【００９６】
以下で説明するように、風力タービンのナセルの実際の又は真の傾斜度を求めるか、又は特定するのを援助するために、成分をフィルタリング除去するか、信号から或る特定の影響を減少させるか、又は信号を平滑する目的で、フィルターを本プロセスの様々な部分に適用することができる。しかしながら、理解されるように、フィルターはいずれも、真の傾斜度を求めるプロセスにおいて遅延を生じさせる。したがって、或る特定の信号をフィルタリングすることと、真の傾斜度をナセルが特定の傾斜度に到達するまでの妥当な時間フレーム内に求めること及びその傾斜度を判断することとの間にトレードオフが存在する。
【００９７】
コントローラー２０４は、受信した前後方向傾斜度信号の測定値又は前後方向傾斜度信号のフィルタリングされた信号に基づいて、風力タービンの理論的な前後方向傾斜度を求めることができる。しかしながら、上記で検討したように、風力タービンは、特に浮体式プラットフォーム上に載置されているとき、風力タービンの動きの影響に起因して、静止してもいないし一定速度で移動もしていないので、風力タービンの理論的な前後方向傾斜度は真の前後方向傾斜度ではない。
【００９８】
したがって、本発明の多くの実施形態において、コントローラー２０４は、加速度計２０５から前後方向加速度信号を更に受信する。前後方向加速度信号はナセルの加速度測定値を含んでおり、この場合、加速度測定値は所定の時間間隔で取得される。この例では、所定の時間間隔は４０ミリ秒とすることができるが、当業者であれば理解することができるように、加速度計２０５の測定値又はデータを取得する頻度は、本発明の目的に対して適切な任意のものとすることができる。
【００９９】
ナセルの真の前後方向傾斜度（又はその高精度の近似値）を求める観点から、傾斜度計２０６に影響を及ぼす最大の加速度は、タワーの動きからその結果として得られる加速度であり、したがって、傾斜度計２０６によって取得される傾斜度測定値の誤差に対して最も大きく寄与することとなる。したがって、この例では、タワーの動きに起因する加速度を抽出するために、受信された前後方向加速度信号は、ハイパスフィルターを通してフィルタリングされる。したがって、このフィルタリングは、受信した前後方向加速度信号からプラットフォーム等の他の要因の加速度の影響を除去するか又は減少させることとみなすことができる。フィルタリングは、加速度計２０５、コントローラー２０４又は他の回路類によって実行することができる。
【０１００】
傾斜度計２０６からの前後方向傾斜度信号について上記で検討したように、フィルタリング信号によってプロセス内に遅延が生じる。したがって、前後方向加速度信号をフィルタリングするためのフィルターは、要件に応じて省略される場合もあるし、含まれる場合もあるが、この例では、前後方向加速度信号はフィルタリングされる。
【０１０１】
次に、フィルタリングされた前後方向加速度信号に定ゲインを乗算することができる。
【０１０２】
フィルタリングされた前後方向加速度信号に乗算する定ゲインを選択することによって、風力タービンが配置されるか又は設置されるロケーションにおける風力タービンの要件に対して安全システムを調整することを効果的に可能にする。これによって、重要な利点がもたらされる。なぜならば、定ゲインは、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに影響を及ぼす状態、力等に基づいて調整することができ、例えば、予測データ、状態のモデル、履歴のデータ、風力タービンが配置されたときの実際のデータ等のうちの１つ又は複数に基づくことができるからである。さらに、定ゲイン値は、浮体式風力タービンの耐用期間の間に浮体式風力タービンが直面する状態に応じて微調整及び変更することができる。
【０１０３】
特定の風力タービンに対して用いる定ゲインを選択することは或るトレードオフを表す。なぜならば、より大きな定ゲインは、浮体式風力タービンに対して激しい乱気流状態及び／又は高い波の状態において真の傾斜度の高精度の近似値を提供することになり、一方で、より小さなゲインは、定常風状態及び／又はごく僅かの波の状態において真の傾斜度の高精度の近似値を提供することになるからである。
【０１０４】
定ゲインは、真の傾斜度の最良の近似値を求めることを可能にする任意の適切なゲインとすることができる。定ゲインは、風力タービンが配置されることになるロケーションにおいて風力タービンが受けるか又は受けると予測される条件に応じて１〜５の間になることが予見される。定ゲインは、風力タービンのロケーションにおいて風力タービンに作用する状態及び力に応じて、又は季節の変動に起因していつでも微調整及び変更することができる。定ゲインは、風力タービン内のコントローラーによって自動的に微調整することもできる。この場合、コントローラーは、適切な定ゲインを自動的に選択するために、定ゲイン及び状態のルックアップテーブルを参照することができる。
【０１０５】
真の前後方向傾斜度（又は、その高精度の近似値）は、コントローラー２０４によって、受信された（定ゲインを乗算されている）フィルタリング済前後方向加速度信号を受信された前後方向傾斜度信号から減算することにより求めることができる。
【０１０６】
次に、真の前後方向傾斜度信号を平滑するために、求められた真の前後方向傾斜度信号をフィルター、例えば、ローパスフィルターにかけることができる。しかしながら、理解されるように、フィルターによってプロセス内に遅延が生じることについて上記で検討した場合と同様の理由に起因して、真の前後方向傾斜度信号をフィルタリングすることはオプションである。この例では、真の前後方向傾斜度信号は、その信号を平滑して安全システムの精度を改善するためにフィルタリングされる。真の前後方向傾斜度信号をフィルタリングすることによって、多くの偽りのトリガーを減少させ、安全システムをよりロバストで効率のよいものにすることができる。
【０１０７】
真の前後方向傾斜度信号は垂直からの風力タービンのナセルの真の前後方向傾斜度に対応し、真の前後方向傾斜度は、コントローラー２０４が真の前後方向傾斜度を閾値と比較して、風力タービンのナセルが前後方向において所定の安全限界より大きい角度で垂直から傾斜しているか否かを判断することを可能にする。結果の信号と閾値とを比較することによってナセルが前後方向において所定の安全限界より大きく、例えば、垂直から１２度傾斜していることが示された場合（ただし、理解されるように、所定の安全限界は風力タービンの安全性のための任意の適切なものとすることができる）、コントローラー２０４は、風力タービンの安全シャットダウンを開始又はトリガーすることができ、警報を発することができ、及び／又は、風力タービンの動作パラメーターを変更し、例えばタービンブレードのピッチを変更して風力タービンを傾斜させる可能性がある風力タービンの負荷／力を減少させることができる。
【０１０８】
コントローラーは、いくつかの後続の連続する真の前後方向傾斜度を閾値と更に比較することができ、これにより、風力タービンが所定の期間にわたって閾値より大きく傾斜していることを判断することができる。所定の期間は１秒、２秒、３秒等とすることができる。所定の期間は、風力タービンが傾斜しており、これが偽りの測定ではないことを確実にするのに十分な長さであるが、風力タービンが所定の安全限界より大きく傾斜している場合に、適切な補正動作をとることができるのに十分な短さでなければならない。
【０１０９】
コントローラー２０４は、ナセルの真の前後方向傾斜度の記録（ログ）を維持若しくは保持することができるか、又はその情報を外部のシステムに提供することができ、これにより、真の前後方向傾斜度データを解析して、安全システムが最適にかつ効率的に動作していることを確実にすることができる。また、ログを用いて、定ゲインを微調整することができるか否か、又は微調整すべきであるか否かを解析することもできる。
【０１１０】
上記の説明において、真の前後方向傾斜度が求められ、閾値と比較される。完璧な安全システムとするために、真の左右方向傾斜度も求められ、閾値と比較されるべきである。
【０１１１】
実施形態の多くにおいて、左右方向傾斜度は、傾斜度計２０８及び加速度計２０７を備えるロールセンサー２０３を介して測定される。真の左右方向傾斜度は、真の前後方向傾斜度を求めることに対して上記で説明した方法と実質的に同一の方法で求め、閾値と比較することができるので、簡略化のため、繰り返すことはしない。
【０１１２】
したがって、本発明の実施形態は、風力タービンの傾斜度が閾値を超えているか否かを特定するために、風力タービン、特に浮体式風力タービンの真の傾斜度を求めることを可能にする安全システムを説明し、ここで、閾値は、動作を継続することが安全でないとみなされ、風力タービンがシャットダウンされるように指示される角度とすることができる。
【０１１３】
安全システムは、チルトセンサー及びロールセンサーを利用して、（動き及び風力タービンに作用する力を考慮に入れて）風力タービンの真の傾斜度を求め、真の傾斜度を閾値と比較することによって、風力タービンをシャットダウンする必要があるか否かを特定する。さらに、多くの実施形態は、ロバストと、十分にテストされた、比較的価格効率のよい２つのセンサー（例えば、傾斜度計及び加速度計）を優位に利用している。それらのセンサーは、ロバストと効率のよい安全システムとを生成するために、チルトセンサー及びロールセンサーを実装している。
【０１１４】
上述した実施形態では、前後方向及び左右方向における真の傾斜度が求められ、個別に閾値と比較されて、いずれか又は双方の方向における真の傾斜度が許容される安全限界より大きいか否かが特定される。代替的に又は付加的に、２つの方向における真の傾斜度は、結合されて風力タービンの全体的な単一の真の傾斜度を生成することができ、次に、この真の傾斜度は、閾値（この閾値は個別の値とすることもできるし、楕円形状等の境界を規定することもできる）と比較される。
【０１１５】
実施形態の多くにおいて、加速度計をロールセンサー／チルトセンサーの一部として、又はこれらのセンサーに加えて提供することができる場合、加速度計は垂直方向、すなわちｚ軸方向における加速度を更に測定することができ、風力タービンの（前後方向及び左右方向における）真の傾斜度を求めることも垂直方向における加速度測定値に基づくことができる。通常、ｚ軸における加速度は小さく、低い周波数のものであり、したがって、安全システムの精度及び効率に対する影響は小さい。しかしながら、浮体式風力タービンが設置されている地点の水の動きに起因して浮体式風力タービンもまた垂直平面内で移動するので、ｚ軸における加速度を考慮に入れることは有利である。したがって、垂直方向における加速度にも基づいて真の傾斜度を求めることによって安全システムの精度を改善することができるが、これは処理要件に対する追加のオプションであり、真の傾斜度（又は、その高精度の近似値）を、実質的にリアルタイムで又はタービンが所与の傾斜度に到達する数秒以内に求めることを確実にすることが重要である。
【０１１６】
上述の実施形態の多くにおいて、風力タービンのナセルの前後方向及び左右方向における真の傾斜度（又は、その高精度の近似値）を求めることは安全システムに利用される。換言すれば、真の傾斜度を求めることを用いて、垂直からの傾斜度が大きくなりすぎて設定された安全限界値を超えたとき、風力タービンをシャットダウンするべきか否かを特定する。一方、理解されるように、傾斜に対抗するために、風力タービンの制御において真の傾斜度を求めることを利用して、例えば、動作パラメーター（例えば、ピッチ制御システム）を変更することができる。代替的に又は付加的に、プラットフォームが風力タービンの傾斜度に対抗するようにバラストの移動を開始するアクティブバラストシステムを組み込んでいる場合、真の傾斜度を用いてプラットフォームへの入力を提供することができる。
【０１１７】
本発明の多くの実施形態の別の利点は、安全センサーを調整することができることであり、このことによって、あらゆる状態において作動することができ、風力タービンが配置されるロケーションに対して最適な安全システムを提供することができる。安全システムは、前後方向及び左右方向における加速度信号と乗算される定ゲインを変更することによって調整することができる。履歴のデータ、予測データ、モデル化されたデータ及びライブデータのうちの任意の組合せに基づいて、各個別の浮体式風力タービン又は共同設置された浮体式風力タービン群に対して定ゲインの値を変更することによって、安全システムを最適化し、調整することができる。
【０１１８】
実施形態は主に安全システムに関するので、真の傾斜度は実質的にリアルタイムか又は少なくともその傾斜度に到達後の所定の期間内に求められることが好ましい。例えば、所定の期間は１秒、２秒、３秒等とすることができる。
【０１１９】
当業者であれば理解するように、フィルター技法は、信号に適用しないか、いくつかの信号に適用するか、又は全ての信号に適用することができ、フィルターの機能及び使用法に応じて、適切なフィルターを利用することができる。上述したように、フィルターを使用することによって風力タービンの真の傾斜度を求めるプロセス内に遅延が生じる。
【０１２０】
したがって、フィルターの設計には、フィルターによって生じる遅延が、安全システムと、真の傾斜度が閾値を超えたときに実質的に遅れることなく風力タービンをシャットダウンする能力とに対して有害でないことを確実にすることを考慮に入れる必要がある。
【０１２１】
実施形態の多くにおける様々な信号に適用されるフィルターは、真の傾斜度を求める精度を改善するのに用いることができるが、こうしたフィルターがなくても真の傾斜度の近似値を求めることができるので、フィルターを用いることは単に好ましいだけである。浮体式風力タービンの真の傾斜度を求める精度を改善するために、フィルターの設計及びフィルターの実施形態に応じて、（安全システムにおいて有害な遅延が生じないように）任意の信号の組合せをフィルタリングすることができる。
【０１２２】
本発明の好ましい実施形態を図示及び記載したが、このような実施形態は、単に例として記載されていることが理解される。添付特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの変形、変更、及び置換が当業者により想到される。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨及び範囲内にある全ての変更形態又は均等形態を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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