(57)【要約】本発明は、風力発電装置の運転管理のための制御装置を有する風力発電装置と、運転管理のための制御装置を有する風力発電装置の制御方法とに関するものである。風から最大限可能なエネルギを取り出すために、制御装置は、風力発電装置の建設位置の高さ及び／又は風力発電装置の高さを考慮する。本発明にかかる方法はまた、空気密度を検出し、空気密度から誘導され空気密度に相当する信号を制御装置に伝送する。空気密度は、運転管理において、制御装置によって考慮される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の位置で測定及び／又は入力された統計的な空気密度データを用いる風力発電装置の制御方法であって、
上記空気密度データを、発電機、より詳しくは発電機のモーメントを制御するのに用いるようになっている方法。
【請求項２】
制御装置に連結されるとともに風力発電装置のロータに連結された発電機を備えている風力発電装置の制御方法であって、
風力発電装置の領域内の空気密度データを検出及び／又は設定するための手段を設け、確定及び／又は設定された空気密度データを発電機の制御に考慮するようになっている方法。
【請求項３】
風力発電装置の発電機の運転管理のための制御装置を備えた風力発電装置であって、
空気密度データを検出及び／又は設定するための手段が設けられ、検出及び／又は設定された空気密度に関連するデータが制御装置内で処理されるようになっている風力発電装置。
【請求項４】
風力発電装置の発電機によって供給されるべき電力を伴った電力データ、とくに発電機に供給される励起電力が、検出又は設定された空気密度に関するデータを考慮して設定されるようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
空気密度を検出するための測定装置（１６、１８）が設けられ、該測定装置が制御装置（２０）に接続されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の風力発電装置。
【請求項６】
上記測定装置（１６、１８）が、風力発電装置の位置における空気の圧力（１６）及び温度（１８）を検出するための少なくとも１つの装置を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の風力発電装置。
【請求項７】
それぞれの空気密度に対応する値又はデータが、入力手段により予め決定可能であり、かつ制御装置内に格納されるようになっていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１つに記載の風力発電装置。
【請求項８】
上記制御装置が、空気密度データを風力発電装置の制御プログラムとともに処理するマイクロプロセッサを備えていることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１つに記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の運転管理のための制御装置を有する風力発電装置と、運転管理のための制御装置を有する風力発電装置の制御方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、風に含まれる運動エネルギの一部を電気エネルギに変換する。このため、風力発電装置は、風から運動エネルギを取り出して回転エネルギに変換するロータを有している。
【０００３】
特許文献１は、風力発電装置と、その操作方法とを開示している。この装置ないしは方法においては、運転管理システムは、センサに基づいて、風力発電装置のところで、空気密度の存在下で、空気密度の減少でもって、風力発電装置を高レベルで運転停止させる速度を設定する。それゆえ、通常レベルの空気密度である場合は、運転停止速度は、その予め決められた値を想定（assume）し、運転停止速度は空気密度が低いときには高くなる。
【０００４】
風力発電装置の制御装置内には、該風力発電装置の制御手段が、風速に依存する、求められたロータ速度に基づいて関連する発電機の電力を求めることを可能にする電力特性を格納している。風力発電装置が生成することが予定されている発電機の電力は、必要な励起電力を生じさせ、次にはこれから発電機のモーメントを生じさせる。この必要な発電機のモーメントを生成するために、ロータは、そのドライブトレーン（drive train）により、少なくともその回転モーメント生じさせなければならない。
【０００５】
風力発電装置の電力Ｐは、風力発電装置のロータの周回路を流れるエネルギの量に対応し、次の式にしたがって、ロータの円形表面の面積に対応する横断面の面積Ｆに応じて上昇する。
Ｐ＝１／２ρｖ３Ｆ［Ｗ］
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８４４２５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
任意の風速ｖと、ロータの予め決められた円形表面の面積Ｆとから、上記の式は、空気密度ρについてのエネルギ量の依存性を与える。もしエネルギの量があまりにも低いと、ロータは上記モーメントを付与することができず、したがって、過度に高い発電機のモーメントのゆえに、ロータ速度は低下する。
【０００７】
本発明の目的は、最大限可能なエネルギ量となるように、すなわち最大限可能な電力を常時生成することができるように、風力発電装置の運転を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、請求項１に記載された特徴を有する方法と、請求項２に記載された特徴を有する風力装置ないしは風力発電装置（wind power installation）とによって達成される。
【０００９】
従前の風力発電装置においては、特徴曲線（characteristic curve）に加えて、高速運転変数λ（high-speed running variable）も予め決められている。ここで、高速運転変数は、風速とロータブレードの先端部の周速の指数（quotient）とに対応する。すでに説明したとおり、電力特性（power characteristic）が、対応する空気密度に整合（match）しないときには、制御装置内で固定されている高速運転変数λには偏差（deviation）が生じる。
【００１０】
本発明においては、制御装置は、風力発電装置の建設位置の高さ及び／又は風力発電装置の高さ、すなわち風力発電装置の位置における周囲の空気密度を計算に入れる（考慮する）。
【００１１】
本発明は、空気密度は、高さが増加するのに伴って低下するといった知見に基づいている。計測基準（reference scale）は、常に、海面位置であるノーマルゼロ（ＮＺ）である。風力発電装置がＮＺより高いところに建設される場合、その位置が高いほど、これに伴って空気密度が低くなり、これに伴って風に含まれるエネルギが少なくなる。
【００１２】
本発明においては、ＮＺからの風力発電装置の建設位置の高さを計算に入れているが、これは、この低い空気密度が電力特性に考慮されるということを意味するので、とくに有利である。このように、ロータ速度と任意の高速運転変数λとに関連づけられた、風力発電装置によって生成されるべき電力は、適切に順応（adapt）される（すなわち、低減される）。このため、制御装置により導入される励起電力によって、発電機のモーメントは、ロータによって与えられるトルクを超えることはない。このように、電力特性により確立（establish）される効率のレベルが維持され、風から最大のエネルギを取り出すことができる。
【００１３】
本発明のとくに好ましい実施態様においては、風力発電装置の建設位置の高さ及び／又は風力発電装置の高さは、順応されることができる。すなわち、適切なパラメータが、スイッチや配置パラメータなどの適切な設定手段によりやりとりされる、位置とは独立した制御を行うことができる。
【００１４】
本発明の好ましい発展形においては、風力発電装置は、空気密度を検出するための測定装置、とくに好ましくは空気の圧力と温度とを検出するための測定装置を備えている。空気密度は、これらの２つの項目のデータから決定することができる。このように、制御装置が、測定装置によって取得されたデータからこれらのパラメータを自動的に求めるのに伴って、パラメータの設定を先行させる（forego）ことが可能となる。
【００１５】
好ましい実施の形態においては、制御装置は、少なくとも１つのマイクロプロセッサを備えている。このため、風力発電装置の制御は、制御ソフトウエアに基づいて実行することができる。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、次の特徴を備えた方法によって達成される。
ａ）空気密度が検出される。
ｂ）空気密度から誘導され、空気密度に相当する（represent）信号が制御装置に伝送される。
ｃ）運転管理において制御装置によって空気密度が考慮される。
【００１７】
ステップａ）において、空気の圧力及び温度を検出することができ、ステップｂ）において、予め決められたアルゴリズムに従って、空気密度に相当する信号を空気の圧力及び温度から誘導することができる。
本発明の有利な発展形は、従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を、より詳しく説明する。添付の図面は、本発明にかかる風力発電装置の単純化されたブロック回路図を示している。
【００１９】
図１は、ロータ１０と、発電機１２と、ロータと発電機との間の動力伝達部１４（force transmission）と、空気の圧力を検出するための装置１６と、温度を検出するための装置１８と、マイクロプロセッサを有する制御装置２０とを備えた風力発電装置を示している。
【００２０】
空気の圧力を検出するための装置１６は、接続手段２２（connection）により制御装置２０に接続されている。温度を検出するための装置１８は、接続手段２４により制御装置２０に接続されている。そして、ロータの速度（回転速度）は、接続手段２６により制御装置２０に伝送されるようになっている。これらの接続手段としては、例えば、流電接続手段（galvanic connection）又は無線接続手段などのその他の適切な接続手段を用いることができる。
【００２１】
伝送された情報の項目（item）から、制御装置２０は、予め決められた電力データに基づいて、発電機によって供給されるべき電力を求め（ascertain）、接続手段２８により、発電機１２に供給される励起電力を操作する（influence）。
【００２２】
ここで、制御装置２０の運転モードは、次の手法で予め決定することができる。すなわち、空気の圧力又は温度の変化から求めることができる空気密度の変化は、それらが予め決められた量を超えたとき、及び／又は、これらの変化が予め決められた時間で求められたときにだけ、制御装置２０によって考慮される。
【００２３】
空気密度を検出することに代えて、各位置（site）において、空気密度に関連する値を予め決めておくことも可能であるということが理解されるであろう。ここで、例えば、風力発電装置又は風力発電装置のロータハブのＮＺからの高さを考慮してもよい。対応する仕様（manner）において、予め決められた高さにおける対応する空気密度に関連する平均値を予め決め、これを制御装置に格納しておくことも可能である。したがって、本発明では、風力発電装置の各電力特性もまた、風力発電装置の位置において対応する空気密度に適合させられることになる。これは、風力発電装置の効率のレベルを、常に、最大限可能な値に維持することを可能にする。とくに、空気密度がかなりの程度で変動するとき、又は風力発電装置がＮＺから数百メートルの位置に建設されているときには、たとえ電力特性が最初にＮＺから００の高さの位置で求められた場合でも、常に、最大限可能な値に維持することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる風力発電装置の単純化されたブロック回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ロータ、１２  発電機、１４  動力伝達部、１６  空気の圧力を検出するための装置、１８  温度を検出するための装置、２０  制御装置、２２  接続手段、２４  接続手段、２６  接続手段、２８  接続手段。
【国際公開パンフレット】
2004521225.tif 000002
2004521225.tif 000003
2004521225.tif 000004
2004521225.tif 000005
2004521225.tif 000006
2004521225.tif 000007
2004521225.tif 000008
2004521225.tif 000009
2004521225.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月28日(2003.10.28)
【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】
風力発電装置の位置で測定及び／又は入力された統計的な空気密度データを用いる発電機を備えた風力発電装置の制御方法であって、
風力発電装置の発電機を、空気密度データを処理する制御装置によって制御し、かつ、発電機の電力のデータ、とくに発電機に供給される励起電力を、空気密度に依存して設定するようになっていることを特徴とする方法。
【請求項２】
発電機と、風力発電装置の発電機の運転管理のための制御装置とを備えていて、空気密度データを検出及び／又は設定するための手段が設けられ、検出及び／又は設定された空気密度データが制御装置内で処理されるようになっている風力発電装置であって、
風力発電装置の発電機によって供給されるべき電力を伴った電力データ、とくに発電機に供給される励起電力が、検出又は設定された空気密度に関するデータを考慮して設定されることができるようになっていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
空気密度を検出するための測定装置（１６、１８）が設けられ、該測定装置が制御装置（２０）に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
上記測定装置（１６、１８）が、風力発電装置の位置における空気の圧力（１６）及び温度（１８）を検出するための少なくとも１つの装置を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
それぞれの空気密度に対応する値又はデータが、入力手段により予め決定可能であり、かつ制御装置内に格納されるようになっていることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載の風力発電装置。
【請求項６】
上記制御装置が、空気密度データを風力発電装置の制御プログラムとともに処理するマイクロプロセッサを備えていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１つに記載の風力発電装置。
【国際調査報告】
2004521225.tif 000011
2004521225.tif 000012
2004521225.tif 000013
2004521225.tif 000014
2004521225.tif 000015
2004521225.tif 000016