(57)【要約】【課題】長く、かつ、軽量構造のロータブレードを有する風力発電装置を制御する方法を提供する。【解決手段】本発明は、調節可能なブレード角を有するロータブレード（４０）を有する風力発電装置を制御する方法に関し、風速（ＶＷ）が定格風速（ＶＮ）になるまで部分負荷モード（Ｔ）で前記風力発電装置を動作させ、前記部分負荷モード（Ｔ）では、固定された部分負荷角（αＴ）が前記ブレード角（α）に設定されるステップと、風速（ＶＷ）が前記定格風速（ＶＮ）を超えると全負荷モード（Ｖ）で前記風力発電装置を動作させ、前記全負荷モード（Ｖ）では、前記ブレード角（α）が、風速（ＶＷ）の増加に伴って増大され、かつ、前記部分負荷角（αＴ）を超える値を有するステップと、を含み、所定の動作状態から開始する前記部分負荷モード（Ｔ）では、前記ブレード角（α）は前記部分負荷角（αＴ）と比べて低減される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調節可能なブレード角を有するロータブレード（４０）を有する風力発電装置を制御する方法であって、
風速（ＶＷ）が定格風速（ＶＮ）になるまで部分負荷モード（Ｔ）で前記風力発電装置を動作させ、前記部分負荷モード（Ｔ）では、固定された部分負荷角（αＴ）が前記ブレード角（α）に設定されるステップと、
風速（ＶＷ）が前記定格風速（ＶＮ）を超えると全負荷モード（Ｖ）で前記風力発電装置を動作させ、前記全負荷モード（Ｖ）では、前記ブレード角（α）が、風速（ＶＷ）の増加に伴って増大され、かつ、前記部分負荷角（αＴ）を超える値を有するステップと、
を含み、
所定の動作状態から開始する前記部分負荷モード（Ｔ）では、前記ブレード角（α）は前記部分負荷角（αＴ）と比べて低減される、
方法。
【請求項２】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、ブレード長手方法軸に関する少なくとも１つの前記ロータブレードの捩じれ関数、及び／又は、ブレード負荷関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、パワーが回転速度の関数として設定され、
所定の回転速度、及び／又は、所定のパワーからスタートしたときに、前記ブレード角（α）が前記部分負荷角（αＴ）と比べて、調節される、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ブレード角（α）は、前記回転速度又は前記パワーの関数として、前記回転速度がさらに増加する、又は、前記パワーがさらに増加するように、調節され、特に、前記ブレード角（α）は、前記全負荷モード（Ｖ）に達する前の前記部分負荷角（αＴ）にリセットされる、
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、非常に高く負の値をとるように、減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
前記風速（ＶＷ）が増加するときに、前記ブレード角（α）は、
前記部分負荷モード（Ｔ）において、最初は、ロアレンジで、前記部分負荷角（αＴ）を有し、
前記部分負荷モード（Ｔ）において、アッパーレンジで、前記部分負荷角（αＴ）と比べて減少し、
前記全負荷モード（Ｖ）において、前記部分負荷角（αＴ）と比べて増加する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の方法。
【請求項７】
前記アッパーレンジ（Ｉ）に続く前記部分負荷モード（Ｔ）において、第３レンジ（ＩＩＩ）が、前記全負荷モードに続き、かつ、前記ブレード角（α）が少なくとも前記部分負荷角（αＴ）まで増加するように、設定される、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記部分負荷モード（Ｔ）におけるアッパーレンジ（Ｉ）又は前記アッパーレンジ（Ｉ）において、前記ブレード角（α）は、前記パワーの関数、及び／又は、所定の勾配を有する前記回転速度の関数、及び／又は、前記パワー又は前記回転速度の所定の関係の関数として、減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、空気の少なくとも１つの関数、特に、空気密度の関数、及び／又は、風の特性の関数、特に、突風（a gustiness of the wind）の関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
測定手段は、少なくとも１つの前記ロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように設けられ、このように検出された前記捩じれは、前記ブレード角（α）を調節するための基準として用いられ、特に、前記ブレード角（α）は、検出された前記捩じれが高くなるにつれ、より鋭くなるように調節される、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
前記風力発電装置は、複数のロータブレード、特に、３つのロータブレードを有し、各ロータブレードは、個別に、及び／又は、回転周期的に、特に、個々のブレード角（α）又は設定点が、すべてのロータブレードと同じ基本角度、及び、各ロータブレードと比べて個別に設定された追加角を構成するように、調節される、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
最小ブレード角（αｍｉｎ）は、前記部分負荷角（αＴ）より小さく設定され、前記ブレード角（α）は、各ロータブレードと比べて個別に、この最小ブレード角（αｍｉｎ）まで調節可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一に記載の方法を実施するために準備された風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節（調整）可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を制御する方法に関する。また、本発明は、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置は一般的に知られている。ブレード角の調節は、当業界ではドイツ語で一般的にピッチェン（ピッチング、Pitchen）とも呼ばれている。このような風力発電装置の従来の制御概念は、例えば、欧州特許０８４７４９６号から知ることができる。前記特許によれば、風力発電装置は、風速が定格（名目）風速（Nennwindgeschwindigkeit）になるまで、固定されたブレード角を有する部分負荷モードで動作する。このブレード角では、風力発電装置が最適に動作すると仮定している。この部分負荷モードでは、風力発電装置は、風速が増加するにつれてより多くの電力を出力するように、一定のブレード角に操作される。この目的のために、回転速度電力特性曲線が規則的に記憶される。制御では、現在の回転速度を検出し、かつ、記憶された特性曲線に従って出力を適切に調節するように、操作することができる。したがって、風力発電装置は、固定された空気力学的操作点で操作する。しかしながら、回転速度が増加又は減少する場合、風力発電装置がこの１つの操作点を再び見つけるまで、それに応じて電力を調節する。
【０００３】
この部分負荷モードは、この点で定格風速まで達し、定格風速に達すると、定格電力ＰＮ及び定格回転速度ｎＮにも規則的に達する。
【０００４】
風がさらに上昇する場合、特に、定格風速を超える場合、ブレード角、すなわちピッチ角（pitched）が調節される。少なくとも１つのロータブレード、今日では少なくとも３つあるロータブレードは、風速が上昇するにつれて、徐々に、すなわち連続的に、ストール位置（feathered position）に旋回される。電力及び回転速度は、この場合、一定に、特に、通常は定格値ＰＮ及びｎＮに維持される。風速が依然としてより急激に上昇する場合、特に、限界風速を超えて上がる場合、回転速度ｎ及び電力Ｐも同様に減少させる必要があり、この場合、ブレード角はそれに応じて非常に急傾斜になる。あるいは、制限速度でスイッチを切ることができる。
【０００５】
定格風速を超えて限界速度までのこの範囲は、全負荷モードとも呼ばれる。限界速度又は限界風速を超える領域は、嵐領域と呼ばれることもある。
【０００６】
この制御は、少なくとも部分負荷モード及び全負荷モードの制御に関して必要とされるものであり、装置が調節可能なロータブレードを有する限り、多くの風力発電装置において用いられ、おそらく世界のほとんどの風力発電装置において、実装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２０１４／００１７０７９Ａ１
【特許文献２】ＥＰ０８４７４９６Ｂ１
【特許文献３】ＥＰ２５３０３０２Ａ１
【特許文献４】ＷＯ２０１１／１３４４７３Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２０１２／００７００４Ａ２
【特許文献６】ＷＯ２０１６／１０１９６１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
問題は、特に、風力発電装置のサイズが大きくなるにつれて、ロータブレードの長さが増加し、かつ、軽量構造となるため、計算と測定を単純化するために剛性があるロータブレードを想定（仮定）することは、もはや適切ではない。このため、上述の制御概念は、多くの場合、もはや容易に適用できないことである。
【０００９】
また、それ以外に、軽量構造のこのように長いロータブレードでは、従来の安定性の考慮では、その適用において限界に達する可能性がある。例えば、ENERCON社の風力発電装置Ｅ-１２６を参照すると、ロータ直径が約１２６ｍを有し、かくてゴンドラ直径を引いた後の長さがほぼ６０ｍのロータブレードを有する。この世界最大級の風力発電装置の１つである風力発電装置では、ロータブレードは多くの部品からできており、ロータハブに近い内側領域に鋼製部分を有する。その結果、ある程度の剛性が達成され、この内側部分は、軽量構造に対する最も高い要求を満たす必要がない、繊維強化プラスチック製の外側ブレード部分を支持することもできる。このような風力発電装置に対する経験では、より軽い構造のロータブレードを有する風力発電装置に容易に移行することができない。
【００１０】
独国特許商標庁は、本出願に関する優先権主張出願において、以下の先行技術を調査した：ＵＳ２０１４／００１７０７９Ａ１、ＥＰ０８４７４９６Ｂ１、ＥＰ２５３０３０２Ａ１、ＷＯ２０１１／１３４４７３Ａ１、ＷＯ２０１２／００７００４Ａ２及びＷＯ２０１６／１０１９６１Ａ１。
【００１１】
かくて、本発明は、上記の問題の少なくとも１つに対処することを課題（目的）とする。特に、軽量構造の長いロータブレードの挙動、特に、従来の制御方法よりもより良く考慮された挙動を、考慮に入れた解決策を提供することが望まれる。少なくとも、従前の知識と比べた代替案を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、請求項１に係る方法が提供される。このように、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を、基礎に置く。これは、部分負荷モード又は全負荷モードにおいて、風速に依存して操作される。或る定格風速までの風速に対する部分負荷モードでは、固定された部分負荷角が提供され、これは、例えば、固定値（一定値）として実施することができ、以下で部分負荷角とも称される。
【００１３】
定格風速を超えると、風力発電装置は全負荷モードで操作される。この際、ブレード角は、風速が増加するにつれて増大し、部分負荷角よりも大きな値（複数）を有する。場合により、これは直ちに全負荷モードの初期領域で成立する必要はない。
【００１４】
今、この目的のために、部分負荷モードにおいて、所定の操作状態からスタートしたときに、部分負荷角に対して、ブレード角を小さくすることが、補足的に提案される。
【００１５】
ここでは、部分負荷角が小さく、かつ、ストール位置（ないし停止位置：Fahnenstellung）での角度が大きいという、ブレード角の定義に基づいている。また、この定義は、前記文献の欧州特許第０８４７４９６号に基礎を有する。この定義によれば、ストール位置の方向における部分負荷角の調節は、ブレード角の拡大でもある。しかしながら、今や、部分負荷モードにおいて、所定の操作状態からスタートして、ブレード角を減少させる、すなわち換言すれば、それをストール位置からさらに遠ざける（weg）ように回転することが提案される。
【００１６】
所定の操作点は、例えば、所定の回転速度及び／又は所定の電力とすることができ、この所定の回転速度値、及び／又は、所定の電力値に達したときに調節（Verstellung）を行うことができる。このブレード角の調節は、連続的に、又は、少なくともフランク部（flank）ないし傾斜部（Rampe）でも行うことができる。したがって、所定の操作状態に達した場合、ブレード角の突然の調節を行う必要がない。ブレード角を以前よりもさらに低い値に調節することができ、いくつかの好ましい例を挙げると、例えば、ブレード角を２°、３°、４°又は５°に調節することができる。
【００１７】
ここでは、ロータブレードはもはやほぼ剛性があると見ることができないが、操作中に、特に、風による負荷の結果として、変化し、特に、捩じれる、という知見に基づいている。しかしながら、これは、例えば、曲がりを伴って一緒に生じ、かつ、相互作用することも起こり得る。（但し）この変化は完全に可逆的であるものと想定される。
【００１８】
特に、低風速の範囲内、すなわち、所定の操作状態に達する前に、ブレード角は、低い負荷しか受けず、かつ、ブレードのいかなる変化も無視することができる、ことが想定される。もし風がその後増加し、風力発電装置が依然として部分負荷モードにあるとすると、この単純な説明を基礎として用いるために、例えば、ブレードが捩じれることがある。
【００１９】
ロータブレードは、それがロータハブに固定されるブレード根元部を有する。ブレード根元部は、ロータハブの内側にあり、それゆえロータの回転軸（の側）にある。反対側では、ロータブレードは外側にブレード先端部を有する。例として引用された捩じれ（Torsion）が生じている間、ロータブレードは、このようにロータブレードの根元部の領域におけるブレード角に対してロータブレードの先端部の領域においてブレード角が変化する。ブレード角の調節駆動、すなわち、いわゆるピッチ駆動も存在するので、ロータブレードの角度の調節の基礎としてのブレード角の測定は、通常、根元エリアで行われる。
【００２０】
今、根元領域においてブレード角を調節することによって、ブレード先端部のブレード角の変化を相殺することができる。簡単に言えば、部分負荷モードにおいて、対応して高い風負荷で、ブレード先端の領域におけるブレード角は、ストール位置の方向に押され（強制され）て増大され、かつ、反対方向にブレード角を調節することによって、すなわち、ブレード角の減少によって、相殺することができる。
【００２１】
ここでは、電力の非常に重要な部分がロータの外側領域で生成され、風力発電装置の可能な限り最良の操作が保証されるべきである、という知見に基づいている。それによってブレード根元部の領域におけるロータブレードの位置が悪化しても、それは、ブレード先端部の領域において、少なくともブレード先端部に向かうロータブレードの最も外側におけるブレードの最良の可能な調節よりも重要ではない。
【００２２】
この異なるブレード角へのこの区別は、それによってブレード角の定義、特に、根元領域におけるブレードの位置を変更することなく、説明のために用いられる、という予防策として指摘される。最後に、捩じれにもかかわらず、ブレード全体は、根元領域のブレード角の調節によって調節される。
【００２３】
したがって、一形態によれば、部分負荷角に対して（gegenueber）、即ち、そのブレード長手方向軸についての少なくとも１つのロータブレードの捩じれに応じて、ブレード角を調節することも提案される。ここでは、例えば、ロータブレードの捩じれを測定することができ、前記捩じれ測定は、ブレード角制御システムへの入力（Eingang）を形成することができる。ここでも、部分負荷モードにおけるブレード角は、最初に、変化しない、特に、部分負荷角のままにすることができる。ここでは、複数、特に、３つのロータブレードを有する風力発電装置の場合、それにもかかわらず、（ある）ブレードの捩じれのみが検出され、これに基づいて、すべてのブレードのブレード角が提案どおりに変更されることができる。個々のロータブレードのそれぞれのブレード角を個別に調節することによって、最適化を達成することができる。しかし、これは通常は予期される費用のため好ましい解決策ではないが、除外されるべきことではない。
【００２４】
ロータブレードのこの捩じれは、一形態に従って提案される他の操作パラメータによって決定することができる。例えば、回転速度電力特性曲線に加え、経験に基づいて確立された捩じれも記憶することができる。このような記憶された捩じれ曲線は、例えば、予め記録することができ、又は、装置毎に一度決定することができる。また、例えば、風速又は空気密度及び湿度を含む、現在の風又は空気の他の特性などのさらなるパラメータを組み込むことも考慮事項である。風のせん断（Wind-Shear）とも呼ばれる高さに対する風速の変化は、このような風の特性にも属する。考慮に入れることができる風の１つの特性は、ウインドビア（Wind Veer）とも呼ばれる高さに対する風向きの変化でもある。
【００２５】
ロータブレードの捩じれは、ロータブレードに沿って分布した複数の測定センサを用いることによっても検出することができる。
【００２６】
調節は、ブレード負荷に応じて行われることが好ましい。このようなブレード負荷は、この目的のため、例えば、測定により検出することができる。１つの可能性は、歪みゲージ（DMS）によってロータブレードの曲がりないし撓み（Biegung）を検出し、検出された曲がりから負荷についての結論を導く。曲げから負荷についての結論を導くためには、関連するロータブレード、又は、関連するロータブレードタイプに対して以前に記録された関係を用いることができる。たとえ負荷測定が長手方向軸に沿った延びに関連しているとしても、このような負荷は、仮定される捩じれについての帰結を提供することができる。ここでは、そのような長手方向の負荷が対応する強い風によって引き起こされ、同じ風が捩じれをも生成する、という知見に基づいている。
【００２７】
一形態によれば、部分負荷モードにおいて、電力は、回転速度の関数として設定される。これは、例えば、既知の回転速度／電力特性曲線に基づいて行うことができる。部分負荷モードにおけるこのタイプの制御に関して、所定の回転速度から始まり、部分負荷角に対して、ブレード角を調節すること、即ち、それを減少させることが、今、提案される。電力が回転速度の関数として設定されるという事実は、ロータブレードの捩じれを含む風力発電装置の状態について真に信頼できる言明を可能にする各操作点を確立する、ことを意味する。したがって、この場合には、確立された回転速度からロータブレードの捩じれについて非常によく結論を導くことができ、対応してブレード角の調節を行うことができる。同じことが電力にも当てはまり、回転速度／電力特性曲線を介する制御の際、風力発電装置の状態について導かれた結論を同様に可能にする。
【００２８】
さらに増加する回転速度、又は、さらに増加する電力を伴うときに、ブレード角は、回転速度の関数、又は、電力の関数として調節されることが好ましくは提案される。したがって、回転速度がこの所定の回転速度を超えてさらに増加し続ける場合、ブレード角をさらに調節することが提案される。対応する調節は、ブレード角を所定の電力を超えて調節するときにも提案される。
【００２９】
特に、全負荷モードへの到達の前にブレード角を部分負荷角に戻し調節（リセット）する、ことが提案される。
【００３０】
特に、これに係る制御、好ましくは他の形態に係る制御は、固定された部分負荷角が記憶されている（hinterlegt）ことを前提とする。このように、これは、部分負荷モードにおける制御の開始位置（ないし状態）及び基礎（ないし基準状態）を形成する。今や、特定の基準に応じて、そこからの偏差が目標として比較される。全負荷モードが達成され、かつ、さらに風速が増加し続ける場合、ブレード角は増加され、特に、ストール位置の方向に増加する。部分負荷モードにおいて低減されたブレード角の部分負荷角へのリセットは、このように既にストール位置に調節されており、好ましくは、部分負荷モードの終了時になされることが提案される。かくて、全負荷モードにおいて、ブレード角は、風速がさらに増加するにつれて、ストール位置の方向にさらに調節することができる。
【００３１】
一形態によれば、ブレード角を非常に強く減少させて部分負荷角を負の値とする、ことが提案される。例えば、部分負荷角は、５°の値を有することができ、ブレード角は、部分負荷モードで−２°の値に減少させることができる。もう１つの極端でない例として、部分負荷角が３°の値を有し、ブレード角が部分負荷モードで−１°の値に減少させることがある。この形態の背景は、このように強い程度にさえブレード角の減少が有意義であることが判明したことである。特に、対応する大きさのオーダーの捩じれが発生し、ロータブレードの反対方向の調節にもかかわらず、ロータブレードのこの捩じれが維持される程度に強い程度でありうる。また、この形態は、本発明によるロータブレード角の減少が、特に、不正確さの補償などの他の理由によるブレード角の最小限の調節を超えている、という事実を強調している。
【００３２】
好ましくは、部分負荷モードを少なくとも２つの領域、特に、下部領域と上部領域に分割する方法が提案される。下部領域は風速の低い方であり、上部領域は風速が高い方である。部分負荷モードでは、部分負荷角が下部領域で使用され、すなわち、調節はされない。次いで、部分負荷モードの上部領域でのみ、部分負荷角に対してブレード角が低減される。その後に続く全負荷モードでは、ブレード角は部分負荷角に対して増加する。このように、少なくとも３つの領域が明確に特定されており、すなわち、部分負荷モードの低部領域ではブレード（角）の捩じれが依然として役割を果たさない。かくて、部分負荷モードの上部領域では、ブレード角の捩じれが役割を果たし、かつ、相殺される、ことが提案される。最後に、全負荷モードでは、対応する強い風による装置の負荷を低減するために、ブレード角の増加が提案される。したがって、部分負荷モードの上部領域では、上昇（増大）する風で、部分負荷角が、全負荷モードの方向と逆の方向に向けられた方向に少なくとも部分的に調節されるように注意しなければならない。
【００３３】
ここで、部分負荷モードの上部領域におけるブレード角の減少は、全負荷モードに正確に近づけて実行する必要はなく、全負荷モードにおいても、部分負荷モードを上回るブレード角度の増加は、部分負荷モードの上部領域に直接に続いて直ちに実行される必要はない。好ましくは、部分負荷モードの上部領域と全負荷モードとの間の遷移領域は、ブレード角が部分負荷角に対して減少した値から部分負荷角に対して増加した値に、好ましくは、風速に依存して、移行することが提案される。
【００３４】
特に、ブレード角は、部分負荷モードの終わりに、かくて、部分負荷モードの上部範囲の終了時に、既に増加することが提案される。好ましくは、この目的のために、部分負荷モードの一部として、部分負荷動作の上部範囲と全負荷モードとの間に設けられる部分負荷モードの第３領域を定義することが提案される。好ましくは、部分負荷モードのこの第３領域は、全負荷モードへの遷移領域として用いられる。
【００３５】
部分負荷モードにおけるこの第３領域に関して、ブレード角は、部分負荷モードの第３領域で、特に風速の増加に伴って、増加することが提案される。
【００３６】
そのような遷移領域は、設ける必要はないが、定格風速の範囲内にあってもよい。一変形例によれば、ブレード角は、定格風速から小さなブレード角まで減少させ、次いで、風速がさらに増加すると、この小さなブレード角から部分負荷角までの値まで増加させることができる。その後、又は、この目的のため、回転速度制御は、ブレード角を調節して回転速度を制御し、即ち、風速の増加とともにブレード角を増加させ、定格回転速度又は別の回転速度値を維持できるようにするため、ブレードの調節を引き継ぐことができる。
【００３７】
好ましくは、部分負荷モードでは、部分負荷モードの上部範囲のいずれの場合において、ブレード角度が電力の関数として調節され、一方、全負荷モードでは、ブレード角度は回転速度の関数として調節される。
【００３８】
一形態によれば、ブレード角の減少は、所定の関係に基づいて、特に、回転速度の関数、及び／又は、電力の関数として、変更されることが提案される。この関係は、勾配によって予め決定することができることが好ましい。
【００３９】
その結果、このブレード角の減少が急激には行われず、徐々に行われる状況を達成することが特に容易である。ロータブレードの捩じれ挙動に関する以前に決定された知見も、この勾配に組み込むことができる。
【００４０】
このような回転速度又は電力に依存するブレード角の変化は、勾配（複数）、適切な機能、又は、記憶されたテーブル、いわゆるルックアップテーブルによって、実現することができる。ルックアップテーブルを用いても、適切に多くの値を用いることによる簡単な方法で準連続的な変化を達成することができる。
【００４１】
一形態によれば、部分負荷モードでのブレード角を、風の関数、特に、突風の関数に応じて、部分負荷角に対して調節することが提案される。
【００４２】
このように、突風、付加的又は代替的に、その方法でも支配的風の突風頻度を組み込むことが提案される。数秒以内、例えば、最大２０秒かつ少なくとも３秒以内に測定された１分間の平均風速が少なくとも３ｍ／秒を超えた場合、１つの突風を定義することが可能である。突風は、１０分間の平均に対する現在の風速の比較に関して定義することもでき、例えば、１．７ｍ／ｓの範囲をわずかに超えても突風とみなすことができる。このようにして、突風を検出することができ、それゆえ突風をカウントすることもでき、その頻度、すなわち時間間隔当たりの発生を決定することもできる。
【００４３】
その結果、ブレード角の減少は、支配的風の負荷、又は、それによる局所的な迎角の変化に起因してロータブレードの捩じれを相殺することが好ましい。特に、以前の説明は、いくつかの名前付きの例外を除いて、理想的、特に、一定の風条件を想定している。実際、風の挙動はより複雑であり、例えば、風は、多かれ少なかれ激しい突風を持つことがある。特に、激しい突風がある場合、風が非常に強く、風力発電装置が部分負荷モード中に非常に高速で回転し、それに対応して高い電力を生成する危険性がある。上述の少なくともいくつかの形態は、ブレード角を減少させることができる。
【００４４】
しかしながら、高い電力を伴うこの前記高速回転が高い突風をもたらす場合、ロータブレードが、少なくともある程度、再び捩じれて戻ることができる非常に弱い風の領域が存在する。特に、ブレードが突風のために突然捩じれが戻り、ピッチ制御が最初に反応せず、したがって負のブレード角が存在する場合、局部的な有効迎角をさらに増加させ、流れの分離の危険性がある。このため、強い突風の場合、ピッチ角の低減は、緩和されるべきである。
【００４５】
したがって、突風の関数としてブレード角の前記調節が提案される。特に、より慎重に、言い換えると、これまで以上に、風が巨大であるほど、全てのブレード角度の低減を行うことが提案される。一方、突風が低い場合には、部分的な平穏期間のリスクも低いので、ブレード角の低減は、高い突風の場合よりも急激に行うことができる。
【００４６】
高速回転風などの風の他の特性も考慮される。そのような場合、ブレード角の減少はあまり急激でないようにすべきである。
【００４７】
好ましくは、風が理想的な風の特性からより高く逸脱するほど、全てのブレード角をより小さく減少することが提案される。好ましくは、この目的のために、例えば、０〜１の値を想定できる安定係数が提案され、いくつかの例を挙げると、１の値が安定、すなわち理想的な風を示し、０の値があらゆる点で不安定な風、すなわち高い突風、激しい方向変化、高せん断力及び高い方向転換を示す。ブレード角の減少は、この安定係数に依存する。特に、突風を考慮しない、理想的に設けられたブレード角の調節では、安定係数を乗算することが提案される。
【００４８】
好ましくは、部分負荷モードにおけるブレード角は、空気の少なくとも１つの特性の関数としての部分負荷角に対して調節されることが提案される。例えば、調節は、空気密度の関数として、特に、空気密度が低いほど、ブレード角が小さくなるように提供することができる。この目的のために、空気密度が低いほど、有効ブレード角が増加することが判明している。
【００４９】
これに加えて、又は、代えて、ブレード角の減少を取り消す反転ポイントを予め定義することができる。好ましくは、この反転ポイントは、風の特性の関数として選択される。特に、高い突風がある場合には、風速の関数として早めに反転ポイントを設定する。
【００５０】
これに加えて、又は、代えて、部分負荷モードの上部領域から部分負荷モードの第３領域への遷移は、風の特性の関数として変更することができる。これは、ブレード角の減少が再び取り消されたときにも最終的に影響を与える。その結果、ブレード角の減少を全体的に少なくすることも可能である。
【００５１】
ここでは、特に、反転ポイントを移動するとき、又は、上から第３領域の境界を移動するときに、弱い風は、必ずしもそうではないが、通常、その挙動がより安定する傾向があることに注意が必要である。これに対応して、より強い風、すなわち、より強い又は速い風速の場合よりも弱い風の場合には、ブレード角の減少が、有利であるか、それほど重要でないことがある。
【００５２】
一形態によれば、少なくとも１つのロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように測定手段が設けられ、このように検出された捩じれがブレード角を調節するための基準として用いられることが提案される。特に、ブレード角か、検出された捩じれが大きくなるほど、より急激に調節されることが提案される。
【００５３】
捩じれを検出することにより、ブレード角の低減の基準として用いることができる信頼できる測定を想定することができる。このように、そのようなセンサを提供するための費用の増加を正当化することができる。捩じれに関するこのような検出値は、他の目的のため、風力発電装置の制御の基礎として用いられることが好ましい。
【００５４】
このような捩じれの検出は、例えば、歪みゲージを介して、又は、各ブレード、ゴンドラ、又は、風力発電装置のプロペラハブ上の対応するカメラによって光学的に行うことができる。また、高感度の加速度センサは、これを基礎として絶対捩じれを計算するために、捩じれ運動を検出することが好ましい。
【００５５】
一改良によれば、風力発電装置は、複数のロータブレード、特に、３つのロータブレードを有し、各ロータブレードは、個々に、かつ、追加的に又は代替的に、周期的回転で調節されることが提案される。その結果、各ロータブレードが他のロータブレードとは異なる位置にあり、したがってロータの回転の結果として常に変化する他の風条件に規則的に従うという事実を考慮に入れることができる。結果として、それを考慮に入れることができる。好ましくは、各ロータブレードの個々のブレード角又はその設定値は、すべてのロータブレードについて同じ基本角度と、各ロータブレードの個別に設けられる追加角度と、からなることが、各ロータブレードに対して提案される。このように、すべてのロータブレードの基本角度を使用することによって、風力発電装置の基本機能性を確保することができる。
【００５６】
それぞれの追加角度を変更することによって、改善を実施することができる。特に、部分負荷において、基本角度として部分負荷角を使用することができ、それぞれの場合に追加角度を形成するか、又は、追加角度の一部を形成することによって、提案されたブレード角の低減を実施することができる。ここで、ブレード角の減少は、全てのブレードについて同じ追加角度の成分を形成することを考慮する価値がある。特に、一形態に従って提案された各ロータブレードに対して個別に捩じれが検出された場合には、その関数として個々のロータブレードごとに個別のブレードの低減を行うことができる。この個々のブレードの減少は、この追加角度によって実現することができる。
【００５７】
基本角度と追加角度からのブレード角の構成は、風力発電装置のすべてのロータブレードと同じにすることができる。それゆえ、ロータブレード角は、個別に調節されず、一緒に又は同時に調節される。
【００５８】
一形態によれば、最小ブレード角が、提供され、すなわち、特に、制御又は他の技術で特定され、実施されることが提案される。この最小ブレード角は、部分負荷角よりも小さく、かつ、ブレード角をこの最小ブレード角よりも小さくすることができないように、ブレード角の下限を形成する。適切であれば、上述したように、ブレードを個々に調節することができるが、これは特定の最小ブレード角までしか行うことができない。結果として、同時に個々の調節が可能でありながら、全体的なブレード角の過度な低減を達成することができる。
【００５９】
本発明は、上述した形態の少なくとも１つによる方法を用いるように準備された風力発電装置も提案される。好ましくは、この後の制御は、風力発電装置の寸法設定において既に考慮されており、結果として、特に軽量なロータブレードを使用することができ、それ以外の場合は使用できないか、うまく使用できない可能性がある。
【００６０】
以下、例として、実施形態を用いて、添付図面を参照して、より詳細に、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】風力発電装置を示した斜視図。
【図２】ブレード角の可能なバリエーションを説明するための模式図。
【図３】可能な電力曲線を説明するための模式図。
【図４】可能な捩じれを説明するためのロータブレードの輪郭を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は、タワー１０２及びゴンドラ１０４を有する風力発電装置１００を示す。３つのロータブレード１０８及びプロペラハブ１１０を有するロータ１０６が、ゴンドラ１０４上に配置される。ロータ１０６は、運転中に風によって回転するように設定され、結果としてゴンドラ１０４内の発電機を駆動する。
【００６３】
図２及び図３は、風速ＶＷの関数としてブレード角α及び電力Ｐの可能なバリエーションを説明している。両方の図は、横軸に風速ＶＷを示し、横軸は図２及び図３の両方で同じである。この点で、図３の電力Ｐの表現は、図２の対応するブレード角αに割り当てられ、この割り当ては単に模式的であり、定量的ではない。
【００６４】
図２において、ブレード角αについてのベース曲線２は、破線で示されている。また、ブレード角αに関する改善曲線４は、実線で示されている。改善曲線４は、多くのセクションでベース曲線２と一致しており、説明の都合上、これらの２つの曲線は、単に、小さな距離で示されている。代替曲線６は、点線で表され、この代替曲線６は、そうでない部分では、ブレード角αの改善曲線４に対応する。
【００６５】
ベース曲線２からスタートし、風力発電装置は、最初に固定された部分負荷角αＴを有するスイッチオン風速ＶＥでスタートする。風が上昇すると、この角度は定格風速ＶＮまで維持される。定格風速ＶＮに到達すると、ブレードを風から外に、すなわち風速がさらに上昇するにつれて徐々に回転させる。これは、ブレード角αが少しずつ増加することを意味する。単なる例として、ストール位置は、角度の最後の値をαＦとして示されている。
【００６６】
このように、このベース曲線２は、部分負荷モードＴにおける部分負荷角αＴの値を持つ一定のブレード角αを示し、次いで、全負荷モードＶについての増加値を示している。完全のために、嵐領域Ｓに対するブレード角度のより急激な上昇が示されており、シャットダウン風速ＶＡで、最終的にストール位置、すなわち角度αＦに達するまで、このように限界風速ＶＧに到達した後に、ブレード角をより急激に増加させる。ここでは、図２に示すように、これが、シャットダウン風速ＶＡで正確に起こり、かつ、実際にストール位置に到達したかどうかは、重要ではない。
【００６７】
改善曲線４として、実線で表された曲線を提案する。この目的のために、改善して明確にするために、同じことを実現しなければならない制御の方向としても、部分負荷モードＴを３つのセクションＩ、ＩＩ、ＩＩＩに細分する。ここで、セクションＩは部分負荷モードの下部領域を示し、セクションＩＩは部分負荷モードの上部領域を示し、セクションＩＩＩは最終的に風速に基づいて、上部領域ＩＩの上にある部分負荷モードの第３領域を示す。これらのセクションは、領域と同義に指定することもできる。定格風速ＶＮである第３領域ＩＩＩの終わりでは、全負荷モードＶが始まる。
【００６８】
下部領域Ｉでは、改善曲線４がベース曲線２と一致する。上部領域ＩＩの開始時に、風負荷が非常に強く、ブレードが著しく捩じれ、それにしたがってブレード角αの減少によって相殺されると仮定する。この形態のブレード角αは、風速ＶＷの増加に伴って直線的に減少する。この減少は、ブレード角αが負になるまで進行する。次いで、ここでは対応する負の値を有する所定の最小ブレード角αｍｉｎに達し、ブレード角αはさらに減少せず、部分負荷モードの上部領域ＩＩの終わりまでこの負の値を維持する。
【００６９】
部分負荷モードＴの上部領域の終わりに、風速ＶＷが定格風速ＶＮに達するときに達する部分負荷角αＴまで風を増加させながら直線的にブレード角を再度増加させる。それにしたがって、この形態では、部分負荷モードの第３領域ＩＩＩにおいて、部分負荷角までのブレード角の線形増加が提案される。
【００７０】
定格風速ＶＮに達すると、改善曲線４のブレード角は部分負荷角αＴを再び有し、このポイントでベース曲線２の特性曲線に再び達する。改善曲線４のさらなるコースは、図２に対応して示されるベース曲線２のさらなるコースに対応することができる。
【００７１】
改善曲線４に対する代替曲線６として、部分負荷モードＴから全負荷モードＶへの繊維領域の偏差が提案される。したがって、点線の特性曲線６で示すように、定格風速ＶＮに達成する前に、部分負荷角の値を超えるように、部分負荷モードの終わりに向かって、ここでは、特に、部分負荷モードの第３領域の終わりに向かって、ブレード角をすでに増加させる。このようにして、この臨界遷移領域で低い負荷に達することができる。この点について、ブレードの負荷が定格風速で最大になり得る点に留意しなければならない。すなわち、定格風速ではかなり強い風が既に存在するが、ロータブレードは、通常、一部でさえも風からまだ回転していない。それゆえ、ブレードはそこに最大の迎角を提供する。これは提案された代替曲線６によって改善することができる。この改善曲線６は、ベース曲線２及び／又は改良曲線４にわずかに高い風速で開く。
【００７２】
いずれにしても、図３は、図２に係るブレード角のそれぞれの曲線に関する可能な電力曲線を、少なくとも概略的に示している。
【００７３】
図３においても、ベース曲線３２が破線で示され、改善曲線３４が実線でプロットされている。また、代替曲線３６は、図３に点線の特性曲線として示されている。このように、これらの３つの曲線３２、３４及び３６は、図２に係るブレード角の曲線２、４及び６に対応し、ここでは電力が表示されるという違いがある。図２とは異なり、ベース曲線３２及び改善曲線３４に関し、ベース曲線３２は改善曲線３４と異なる場合のみ示される。
【００７４】
このように、原則として、ベース曲線３２及び改善曲線３４について、電力が始動風速ＶＥで接続し、かつ、低い値を持つことが分かる。電力は、部分負荷モードＴの終了時に、定格風速ＶＮで定格値ＰＮに達するまで、連続的に増加するが、常に、急激に増加する。この定格値は、全負荷モードＶに維持され、限界風速ＶＧで開始したときに減少し、かつ、嵐領域Ｓの終わりに向かって、シャットダウン風速ＶＡで０にすることができる低い値に達する。
【００７５】
図３は、ベース曲線３２が部分負荷モードＴの上部領域ＩＩの開始でずれている、すなわち、幾分低い電力を有することを示しているが、まず、このずれは電力値Ｐ１で始まることが分かる。このように、この電力値Ｐ１は、所定の電力として作用することができ、図２の改善曲線４に関して示されるブレード角の減少が始まる。
【００７６】
改善曲線３４の電力曲線が第２の所定の電力値Ｐ２に達すると、これは情報として評価するか、あるいは、部分負荷モードの上部領域ＩＩの終わりに達し、図２に示すようにブレード角を再び増加させるための基礎として使用することができる。したがって、部分負荷モードＴの第３領域ＩＩＩにおいて、ブレード角は再び増加し、定格風速で部分負荷角αＴに達する。したがって、ベース曲線３２及び改善曲線３４は、生成された電力Ｐに対して再び一致する。
【００７７】
この図３から、ブレード角の提案された減少によって電力収率を時々増加することができることが分かる。しかしながら、電力のコースでの利点は、追加の結果として得られる。特に、部分負荷モードＴの終わりに、電力の上昇が非常に急激である。これは、風速の小さな変化が、電力の大きな変化につながる可能性があることを意味する。実用的な実装では、これは回転速度の小さな変化が電力の急激な変化につながる可能性があることを意味する。これは、制御上の問題を引き起こす可能性があり、提案された減少、及び、その後のブレード角の再増加は、実際に選択された値にもよるが、この領域の電力Ｐのそれほど急激な上昇をもたらさない可能性がある。
【００７８】
電力Ｐに対する代替曲線３６を図３に示す。図３では、部分負荷モードＴから全負荷モードＶへの遷移領域において、改善曲線３４及び基本曲線３２に対して、電力が幾分低減され得ること示す。しかしながら、この目的のため、この特別な領域では、ブレードの負荷が低減され、また、電力Ｐの上昇が、制御の実施に有利となり得るこの領域で再び減少させることができる。
【００７９】
図４は、基本的に、ロータブレード４０の２つの輪郭４２及び４４を示している。第１の輪郭４２はブレード根元部に近く、第２の輪郭４４はブレード先端部に近い。ここでも、輪郭は、それらのサイズにおいて単に概略的に示されている。また、第２の輪郭４４に関し、静止輪郭４４’は、点線で示されている。第２の輪郭４４及び静止輪郭４４’は同一であり、第２の輪郭４４がロータブレード４０の捩じれのために静止輪郭４４’に対して回転するという違いがある。これは捩じれ角δとして示される。基準位置あわせとして、ここではスケルトン線４６、４６’及び４６＊を各輪郭の基礎として使用した。
【００８０】
いずれの場合においても、その静止位置、すなわち、既に工場で終了したときに、ロータブレード４０は、根元領域の第１の輪郭４２とブレード先端部に第２の輪郭４４との間の回転角βを有することが、図４から知ることができる。この点で、図４は、ロータブレード４０が使用される操作点を示し、風が捩じれに至る。したがって、第２の輪郭４４は、静止輪郭４４’、すなわち、静止位置の第２の輪郭４４に対して捩じれ角δだけ回転する。このように、ブレード４０は、ねじられ、δに係るこの角度偏差に導かれる。この状況は、図２に基づいて、例えば、上部領域ＩＩの終わり、又は、部分負荷モードＴの第３領域ＩＩＩの始まりでの状態に対応されることができる。
【００８１】
また、図４は、風負荷によるロータブレードのこの捩じれが、ストール位置αＦの方向に、特に、そのロータブレードの先端部の領域において、ロータブレード４０がさらに少し捩じれるようになることを示す。ストール位置におけるこの捩じれ回転は、ブレード角の増加であり、かくて、これに対抗するためにブレード角を減少させることが提案される。この減少方向は、図示するために、対応する矢印とともに図４に矢印αＶとして示されている。この矢印αＶの長さはここでは重要ではない。
【００８２】
このように、図４に示されているように、提案された方法によって、操作中のブレードの捩じれの結果としての効果に対抗（ないし相殺）することができる。この対抗作用（ないし相殺）は、図２に係るブレード角αの改善曲線４によって特に示されており、そこから原則的に生ずる電力曲線は、この点で図３から知ることができる。
【図１】
2018535354.tif 000003
【図２】
2018535354.tif 000004
【図３】
2018535354.tif 000005
【図４】
2018535354.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月10日(2018.7.10)
【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】
調節可能なブレード角を有するロータブレード（４０）を有する風力発電装置を制御する方法であって、
風速（ＶＷ）が定格風速（ＶＮ）になるまで部分負荷モード（Ｔ）で前記風力発電装置を動作させ、前記部分負荷モード（Ｔ）では、固定された部分負荷角（αＴ）が前記ブレード角（α）に設定されるステップと、
風速（ＶＷ）が前記定格風速（ＶＮ）を超えると全負荷モード（Ｖ）で前記風力発電装置を動作させ、前記全負荷モード（Ｖ）では、前記ブレード角（α）が、風速（ＶＷ）の増加に伴って増大され、かつ、前記部分負荷角（αＴ）を超える値を有するステップと、
を含み、
所定の動作状態から開始する前記部分負荷モード（Ｔ）では、前記ブレード角（α）は前記部分負荷角（αＴ）と比べて低減される、
方法。
【請求項２】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、ブレード長手方法軸に関する少なくとも１つの前記ロータブレードの捩じれ関数、及び／又は、ブレード負荷関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、パワーが回転速度の関数として設定され、
所定の回転速度、及び／又は、所定のパワーからスタートしたときに、前記ブレード角（α）が前記部分負荷角（αＴ）と比べて、調節される、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ブレード角（α）は、前記回転速度又は前記パワーの関数として、前記回転速度がさらに増加する、又は、前記パワーがさらに増加するように、調節される、
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ブレード角（α）は、前記全負荷モード（Ｖ）に達する前の前記部分負荷角（αＴ）にリセットされる、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、非常に高く負の値をとるように、減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の方法。
【請求項７】
前記風速（ＶＷ）が増加するときに、前記ブレード角（α）は、
前記部分負荷モード（Ｔ）において、最初は、ロアレンジで、前記部分負荷角（αＴ）を有し、
前記部分負荷モード（Ｔ）において、アッパーレンジで、前記部分負荷角（αＴ）と比べて減少し、
前記全負荷モード（Ｖ）において、前記部分負荷角（αＴ）と比べて増加する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
前記アッパーレンジ（Ｉ）に続く前記部分負荷モード（Ｔ）において、第３レンジ（ＩＩＩ）が、前記全負荷モードに続き、かつ、前記ブレード角（α）が少なくとも前記部分負荷角（αＴ）まで増加するように、設定される、
ことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記部分負荷モード（Ｔ）におけるアッパーレンジ（Ｉ）又は前記アッパーレンジ（Ｉ）において、前記ブレード角（α）は、前記パワーの関数、及び／又は、所定の勾配を有する前記回転速度の関数、及び／又は、前記パワー又は前記回転速度の所定の関係の関数として、減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、空気の少なくとも１つの関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、空気密度の関数、及び／又は、風の特性の関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記部分負荷モード（Ｔ）において、前記ブレード角（α）は、前記部分負荷角（αＴ）と比べて、突風（a gustiness of the wind）の関数として、調節される、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
測定手段は、少なくとも１つの前記ロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように設けられ、このように検出された前記捩じれは、前記ブレード角（α）を調節するための基準として用いられる、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブレード角（α）は、検出された前記捩じれが高くなるにつれ、より鋭くなるように調節される、
ことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記風力発電装置は、複数のロータブレードを有し、各ロータブレードは、個別に、及び／又は、回転周期的に、調節される、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一に記載の方法。
【請求項１６】
前記風力発電装置は、３つのロータブレードを有する、
ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
各ロータブレードは、個々のブレード角（α）又は設定点が、すべてのロータブレードと同じ基本角度、及び、各ロータブレードと比べて個別に設定された追加角を構成するように、調節される、
ことを特徴とする請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
最小ブレード角（αｍｉｎ）は、前記部分負荷角（αＴ）より小さく設定され、前記ブレード角（α）は、各ロータブレードと比べて個別に、この最小ブレード角（αｍｉｎ）まで調節可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか一に記載の方法を実施するために準備された風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節（調整）可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を制御する方法に関する。また、本発明は、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置は一般的に知られている。ブレード角の調節は、当業界ではドイツ語で一般的にピッチェン（ピッチング、Pitchen）とも呼ばれている。このような風力発電装置の従来の制御概念は、例えば、欧州特許０８４７４９６号から知ることができる。前記特許によれば、風力発電装置は、風速が定格（名目）風速（Nennwindgeschwindigkeit）になるまで、固定されたブレード角を有する部分負荷モードで動作する。このブレード角では、風力発電装置が最適に動作すると仮定している。この部分負荷モードでは、風力発電装置は、風速が増加するにつれてより多くの電力を出力するように、一定のブレード角に操作される。この目的のために、回転速度電力特性曲線が規則的に記憶される。制御では、現在の回転速度を検出し、かつ、記憶された特性曲線に従って出力を適切に調節するように、操作することができる。したがって、風力発電装置は、固定された空気力学的操作点で操作する。しかしながら、回転速度が増加又は減少する場合、風力発電装置がこの１つの操作点を再び見つけるまで、それに応じて電力を調節する。
【０００３】
この部分負荷モードは、この点で定格風速まで達し、定格風速に達すると、定格電力ＰＮ及び定格回転速度ｎＮにも規則的に達する。
【０００４】
風がさらに上昇する場合、特に、定格風速を超える場合、ブレード角、すなわちピッチ角（pitched）が調節される。少なくとも１つのロータブレード、今日では少なくとも３つあるロータブレードは、風速が上昇するにつれて、徐々に、すなわち連続的に、ストール位置（feathered position）に旋回される。電力及び回転速度は、この場合、一定に、特に、通常は定格値ＰＮ及びｎＮに維持される。風速が依然としてより急激に上昇する場合、特に、限界風速を超えて上がる場合、回転速度ｎ及び電力Ｐも同様に減少させる必要があり、この場合、ブレード角はそれに応じて非常に急傾斜になる。あるいは、制限速度でスイッチを切ることができる。
【０００５】
定格風速を超えて限界速度までのこの範囲は、全負荷モードとも呼ばれる。限界速度又は限界風速を超える領域は、嵐領域と呼ばれることもある。
【０００６】
この制御は、少なくとも部分負荷モード及び全負荷モードの制御に関して必要とされるものであり、装置が調節可能なロータブレードを有する限り、多くの風力発電装置において用いられ、おそらく世界のほとんどの風力発電装置において、実装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２０１４／００１７０７９Ａ１
【特許文献２】ＥＰ０８４７４９６Ｂ１
【特許文献３】ＥＰ２５３０３０２Ａ１
【特許文献４】ＷＯ２０１１／１３４４７３Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２０１２／００７００４Ａ２
【特許文献６】ＷＯ２０１６／１０１９６１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
問題は、特に、風力発電装置のサイズが大きくなるにつれて、ロータブレードの長さが増加し、かつ、軽量構造となるため、計算と測定を単純化するために剛性があるロータブレードを想定（仮定）することは、もはや適切ではない。このため、上述の制御概念は、多くの場合、もはや容易に適用できないことである。
【０００９】
また、それ以外に、軽量構造のこのように長いロータブレードでは、従来の安定性の考慮では、その適用において限界に達する可能性がある。例えば、ENERCON社の風力発電装置Ｅ-１２６を参照すると、ロータ直径が約１２６ｍを有し、かくてゴンドラ直径を引いた後の長さがほぼ６０ｍのロータブレードを有する。この世界最大級の風力発電装置の１つである風力発電装置では、ロータブレードは多くの部品からできており、ロータハブに近い内側領域に鋼製部分を有する。その結果、ある程度の剛性が達成され、この内側部分は、軽量構造に対する最も高い要求を満たす必要がない、繊維強化プラスチック製の外側ブレード部分を支持することもできる。このような風力発電装置に対する経験では、より軽い構造のロータブレードを有する風力発電装置に容易に移行することができない。
【００１０】
独国特許商標庁は、本出願に関する優先権主張出願において、以下の先行技術を調査した：ＵＳ２０１４／００１７０７９Ａ１、ＥＰ０８４７４９６Ｂ１、ＥＰ２５３０３０２Ａ１、ＷＯ２０１１／１３４４７３Ａ１、ＷＯ２０１２／００７００４Ａ２及びＷＯ２０１６／１０１９６１Ａ１。
【００１１】
かくて、本発明は、上記の問題の少なくとも１つに対処することを課題（目的）とする。特に、軽量構造の長いロータブレードの挙動、特に、従来の制御方法よりもより良く考慮された挙動を、考慮に入れた解決策を提供することが望まれる。少なくとも、従前の知識と比べた代替案を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、請求項１に係る方法が提供される。このように、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を、基礎に置く。これは、部分負荷モード又は全負荷モードにおいて、風速に依存して操作される。或る定格風速までの風速に対する部分負荷モードでは、固定された部分負荷角が提供され、これは、例えば、固定値（一定値）として実施することができ、以下で部分負荷角とも称される。
【００１３】
［形態１］
第１の視点において、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を制御する方法が提供される。前記方法において、
風速が定格風速になるまで部分負荷モードで前記風力発電装置を動作させ、前記部分負荷モードでは、固定された部分負荷角が前記ブレード角に設定されるステップと、
風速が前記定格風速を超えると全負荷モードで前記風力発電装置を動作させ、前記全負荷モードでは、前記ブレード角が、風速の増加に伴って増大され、かつ、前記部分負荷角を超える値を有するステップと、
を含む。
所定の動作状態から開始する前記部分負荷モードでは、前記ブレード角は前記部分負荷角と比べて低減される。
［形態２］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、ブレード長手方法軸に関する少なくとも１つの前記ロータブレードの捩じれ関数、及び／又は、ブレード負荷関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１記載の方法が提供される。
［形態３］
前記部分負荷モードにおいて、パワーが回転速度の関数として設定され、
所定の回転速度、及び／又は、所定のパワーからスタートしたときに、前記ブレード角が前記部分負荷角と比べて、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１又は２記載の方法が提供される。
［形態４］
前記ブレード角は、前記回転速度又は前記パワーの関数として、前記回転速度がさらに増加する、又は、前記パワーがさらに増加するように、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態３記載の方法が提供される。
［形態５］
前記ブレード角は、前記全負荷モードに達する前の前記部分負荷角にリセットされる、
ことを特徴とする少なくとも形態４記載の方法が提供される。
［形態６］
前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、非常に高く負の値をとるように、減少する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至５のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態７］
前記風速が増加するときに、前記ブレード角は、
前記部分負荷モードにおいて、最初は、ロアレンジで、前記部分負荷角を有し、
前記部分負荷モードにおいて、アッパーレンジで、前記部分負荷角と比べて減少し、
前記全負荷モードにおいて、前記部分負荷角と比べて増加する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至６のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態８］
前記アッパーレンジに続く前記部分負荷モードにおいて、第３レンジが、前記全負荷モードに続き、かつ、前記ブレード角が少なくとも前記部分負荷角まで増加するように、設定される、
ことを特徴とする少なくとも形態７記載の方法が提供される。
［形態９］
前記部分負荷モードにおけるアッパーレンジ又は前記アッパーレンジにおいて、前記ブレード角は、前記パワーの関数、及び／又は、所定の勾配を有する前記回転速度の関数、及び／又は、前記パワー又は前記回転速度の所定の関係の関数として、減少する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至８のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１０］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、空気の少なくとも１つの関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至９のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１１］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、空気密度の関数、及び／又は、風の特性の関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１０記載の方法が提供される。
［形態１２］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、突風（a gustiness of the wind）の関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１１記載の方法が提供される。
［形態１３］
測定手段は、少なくとも１つの前記ロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように設けられ、このように検出された前記捩じれは、前記ブレード角を調節するための基準として用いられる、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１２のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１４］
前記ブレード角は、検出された前記捩じれが高くなるにつれ、より鋭くなるように調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１３記載の方法が提供される。
［形態１５］
前記風力発電装置は、複数のロータブレードを有し、各ロータブレードは、個別に、及び／又は、回転周期的に、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１３のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１６］
前記風力発電装置は、３つのロータブレードを有する、
ことを特徴とする少なくとも形態１５記載の方法が提供される。
［形態１７］
各ロータブレードは、個々のブレード角又は設定点が、すべてのロータブレードと同じ基本角度、及び、各ロータブレードと比べて個別に設定された追加角を構成するように、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１５又は１６記載の方法が提供される。
［形態１８］
最小ブレード角は、前記部分負荷角より小さく設定され、前記ブレード角は、各ロータブレードと比べて個別に、この最小ブレード角まで調節可能である、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１７のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１９］
第２の視点においては、少なくとも形態１乃至１８のいずれか一に記載の方法を実施するために準備された風力発電装置が提供される。
【００１４】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本出願（特許請求の範囲を含む）において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。また、下記の実施形態は、あくまで例示であり、本発明を限定するものではない。
【００１５】
定格風速を超えると、風力発電装置は全負荷モードで操作される。この際、ブレード角は、風速が増加するにつれて増大し、部分負荷角よりも大きな値（複数）を有する。場合により、これは直ちに全負荷モードの初期領域で成立する必要はない。
【００１６】
今、この目的のために、部分負荷モードにおいて、所定の操作状態からスタートしたときに、部分負荷角に対して、ブレード角を小さくすることが、補足的に提案される。
【００１７】
ここでは、部分負荷角が小さく、かつ、ストール位置（ないし停止位置：Fahnenstellung）での角度が大きいという、ブレード角の定義に基づいている。また、この定義は、前記文献の欧州特許第０８４７４９６号に基礎を有する。この定義によれば、ストール位置の方向における部分負荷角の調節は、ブレード角の拡大でもある。しかしながら、今や、部分負荷モードにおいて、所定の操作状態からスタートして、ブレード角を減少させる、すなわち換言すれば、それをストール位置からさらに遠ざける（weg）ように回転することが提案される。
【００１８】
所定の操作点は、例えば、所定の回転速度及び／又は所定の電力とすることができ、この所定の回転速度値、及び／又は、所定の電力値に達したときに調節（Verstellung）を行うことができる。このブレード角の調節は、連続的に、又は、少なくともフランク部（flank）ないし傾斜部（Rampe）でも行うことができる。したがって、所定の操作状態に達した場合、ブレード角の突然の調節を行う必要がない。ブレード角を以前よりもさらに低い値に調節することができ、いくつかの好ましい例を挙げると、例えば、ブレード角を２°、３°、４°又は５°に調節することができる。
【００１９】
ここでは、ロータブレードはもはやほぼ剛性があると見ることができないが、操作中に、特に、風による負荷の結果として、変化し、特に、捩じれる、という知見に基づいている。しかしながら、これは、例えば、曲がりを伴って一緒に生じ、かつ、相互作用することも起こり得る。（但し）この変化は完全に可逆的であるものと想定される。
【００２０】
特に、低風速の範囲内、すなわち、所定の操作状態に達する前に、ブレード角は、低い負荷しか受けず、かつ、ブレードのいかなる変化も無視することができる、ことが想定される。もし風がその後増加し、風力発電装置が依然として部分負荷モードにあるとすると、この単純な説明を基礎として用いるために、例えば、ブレードが捩じれることがある。
【００２１】
ロータブレードは、それがロータハブに固定されるブレード根元部を有する。ブレード根元部は、ロータハブの内側にあり、それゆえロータの回転軸（の側）にある。反対側では、ロータブレードは外側にブレード先端部を有する。例として引用された捩じれ（Torsion）が生じている間、ロータブレードは、このようにロータブレードの根元部の領域におけるブレード角に対してロータブレードの先端部の領域においてブレード角が変化する。ブレード角の調節駆動、すなわち、いわゆるピッチ駆動も存在するので、ロータブレードの角度の調節の基礎としてのブレード角の測定は、通常、根元エリアで行われる。
【００２２】
今、根元領域においてブレード角を調節することによって、ブレード先端部のブレード角の変化を相殺することができる。簡単に言えば、部分負荷モードにおいて、対応して高い風負荷で、ブレード先端の領域におけるブレード角は、ストール位置の方向に押され（強制され）て増大され、かつ、反対方向にブレード角を調節することによって、すなわち、ブレード角の減少によって、相殺することができる。
【００２３】
ここでは、電力の非常に重要な部分がロータの外側領域で生成され、風力発電装置の可能な限り最良の操作が保証されるべきである、という知見に基づいている。それによってブレード根元部の領域におけるロータブレードの位置が悪化しても、それは、ブレード先端部の領域において、少なくともブレード先端部に向かうロータブレードの最も外側におけるブレードの最良の可能な調節よりも重要ではない。
【００２４】
この異なるブレード角へのこの区別は、それによってブレード角の定義、特に、根元領域におけるブレードの位置を変更することなく、説明のために用いられる、という予防策として指摘される。最後に、捩じれにもかかわらず、ブレード全体は、根元領域のブレード角の調節によって調節される。
【００２５】
したがって、一形態によれば、部分負荷角に対して（gegenueber）、即ち、そのブレード長手方向軸についての少なくとも１つのロータブレードの捩じれに応じて、ブレード角を調節することも提案される。ここでは、例えば、ロータブレードの捩じれを測定することができ、前記捩じれ測定は、ブレード角制御システムへの入力（Eingang）を形成することができる。ここでも、部分負荷モードにおけるブレード角は、最初に、変化しない、特に、部分負荷角のままにすることができる。ここでは、複数、特に、３つのロータブレードを有する風力発電装置の場合、それにもかかわらず、（ある）ブレードの捩じれのみが検出され、これに基づいて、すべてのブレードのブレード角が提案どおりに変更されることができる。個々のロータブレードのそれぞれのブレード角を個別に調節することによって、最適化を達成することができる。しかし、これは通常は予期される費用のため好ましい解決策ではないが、除外されるべきことではない。
【００２６】
ロータブレードのこの捩じれは、一形態に従って提案される他の操作パラメータによって決定することができる。例えば、回転速度電力特性曲線に加え、経験に基づいて確立された捩じれも記憶することができる。このような記憶された捩じれ曲線は、例えば、予め記録することができ、又は、装置毎に一度決定することができる。また、例えば、風速又は空気密度及び湿度を含む、現在の風又は空気の他の特性などのさらなるパラメータを組み込むことも考慮事項である。風のせん断（Wind-Shear）とも呼ばれる高さに対する風速の変化は、このような風の特性にも属する。考慮に入れることができる風の１つの特性は、ウインドビア（Wind Veer）とも呼ばれる高さに対する風向きの変化でもある。
【００２７】
ロータブレードの捩じれは、ロータブレードに沿って分布した複数の測定センサを用いることによっても検出することができる。
【００２８】
調節は、ブレード負荷に応じて行われることが好ましい。このようなブレード負荷は、この目的のため、例えば、測定により検出することができる。１つの可能性は、歪みゲージ（DMS）によってロータブレードの曲がりないし撓み（Biegung）を検出し、検出された曲がりから負荷についての結論を導く。曲げから負荷についての結論を導くためには、関連するロータブレード、又は、関連するロータブレードタイプに対して以前に記録された関係を用いることができる。たとえ負荷測定が長手方向軸に沿った延びに関連しているとしても、このような負荷は、仮定される捩じれについての帰結を提供することができる。ここでは、そのような長手方向の負荷が対応する強い風によって引き起こされ、同じ風が捩じれをも生成する、という知見に基づいている。
【００２９】
一形態によれば、部分負荷モードにおいて、電力は、回転速度の関数として設定される。これは、例えば、既知の回転速度／電力特性曲線に基づいて行うことができる。部分負荷モードにおけるこのタイプの制御に関して、所定の回転速度から始まり、部分負荷角に対して、ブレード角を調節すること、即ち、それを減少させることが、今、提案される。電力が回転速度の関数として設定されるという事実は、ロータブレードの捩じれを含む風力発電装置の状態について真に信頼できる言明を可能にする各操作点を確立する、ことを意味する。したがって、この場合には、確立された回転速度からロータブレードの捩じれについて非常によく結論を導くことができ、対応してブレード角の調節を行うことができる。同じことが電力にも当てはまり、回転速度／電力特性曲線を介する制御の際、風力発電装置の状態について導かれた結論を同様に可能にする。
【００３０】
さらに増加する回転速度、又は、さらに増加する電力を伴うときに、ブレード角は、回転速度の関数、又は、電力の関数として調節されることが好ましくは提案される。したがって、回転速度がこの所定の回転速度を超えてさらに増加し続ける場合、ブレード角をさらに調節することが提案される。対応する調節は、ブレード角を所定の電力を超えて調節するときにも提案される。
【００３１】
特に、全負荷モードへの到達の前にブレード角を部分負荷角に戻し調節（リセット）する、ことが提案される。
【００３２】
特に、これに係る制御、好ましくは他の形態に係る制御は、固定された部分負荷角が記憶されている（hinterlegt）ことを前提とする。このように、これは、部分負荷モードにおける制御の開始位置（ないし状態）及び基礎（ないし基準状態）を形成する。今や、特定の基準に応じて、そこからの偏差が目標として比較される。全負荷モードが達成され、かつ、さらに風速が増加し続ける場合、ブレード角は増加され、特に、ストール位置の方向に増加する。部分負荷モードにおいて低減されたブレード角の部分負荷角へのリセットは、このように既にストール位置に調節されており、好ましくは、部分負荷モードの終了時になされることが提案される。かくて、全負荷モードにおいて、ブレード角は、風速がさらに増加するにつれて、ストール位置の方向にさらに調節することができる。
【００３３】
一形態によれば、ブレード角を非常に強く減少させて部分負荷角を負の値とする、ことが提案される。例えば、部分負荷角は、５°の値を有することができ、ブレード角は、部分負荷モードで−２°の値に減少させることができる。もう１つの極端でない例として、部分負荷角が３°の値を有し、ブレード角が部分負荷モードで−１°の値に減少させることがある。この形態の背景は、このように強い程度にさえブレード角の減少が有意義であることが判明したことである。特に、対応する大きさのオーダーの捩じれが発生し、ロータブレードの反対方向の調節にもかかわらず、ロータブレードのこの捩じれが維持される程度に強い程度でありうる。また、この形態は、本発明によるロータブレード角の減少が、特に、不正確さの補償などの他の理由によるブレード角の最小限の調節を超えている、という事実を強調している。
【００３４】
好ましくは、部分負荷モードを少なくとも２つの領域、特に、下部領域と上部領域に分割する方法が提案される。下部領域は風速の低い方であり、上部領域は風速が高い方である。部分負荷モードでは、部分負荷角が下部領域で使用され、すなわち、調節はされない。次いで、部分負荷モードの上部領域でのみ、部分負荷角に対してブレード角が低減される。その後に続く全負荷モードでは、ブレード角は部分負荷角に対して増加する。このように、少なくとも３つの領域が明確に特定されており、すなわち、部分負荷モードの低部領域ではブレード（角）の捩じれが依然として役割を果たさない。かくて、部分負荷モードの上部領域では、ブレード角の捩じれが役割を果たし、かつ、相殺される、ことが提案される。最後に、全負荷モードでは、対応する強い風による装置の負荷を低減するために、ブレード角の増加が提案される。したがって、部分負荷モードの上部領域では、上昇（増大）する風で、部分負荷角が、全負荷モードの方向と逆の方向に向けられた方向に少なくとも部分的に調節されるように注意しなければならない。
【００３５】
ここで、部分負荷モードの上部領域におけるブレード角の減少は、全負荷モードに正確に近づけて実行する必要はなく、全負荷モードにおいても、部分負荷モードを上回るブレード角度の増加は、部分負荷モードの上部領域に直接に続いて直ちに実行される必要はない。好ましくは、部分負荷モードの上部領域と全負荷モードとの間の遷移領域は、ブレード角が部分負荷角に対して減少した値から部分負荷角に対して増加した値に、好ましくは、風速に依存して、移行することが提案される。
【００３６】
特に、ブレード角は、部分負荷モードの終わりに、かくて、部分負荷モードの上部範囲の終了時に、既に増加することが提案される。好ましくは、この目的のために、部分負荷モードの一部として、部分負荷動作の上部範囲と全負荷モードとの間に設けられる部分負荷モードの第３領域を定義することが提案される。好ましくは、部分負荷モードのこの第３領域は、全負荷モードへの遷移領域として用いられる。
【００３７】
部分負荷モードにおけるこの第３領域に関して、ブレード角は、部分負荷モードの第３領域で、特に風速の増加に伴って、増加することが提案される。
【００３８】
そのような遷移領域は、設ける必要はないが、定格風速の範囲内にあってもよい。一変形例によれば、ブレード角は、定格風速から小さなブレード角まで減少させ、次いで、風速がさらに増加すると、この小さなブレード角から部分負荷角までの値まで増加させることができる。その後、又は、この目的のため、回転速度制御は、ブレード角を調節して回転速度を制御し、即ち、風速の増加とともにブレード角を増加させ、定格回転速度又は別の回転速度値を維持できるようにするため、ブレードの調節を引き継ぐことができる。
【００３９】
好ましくは、部分負荷モードでは、部分負荷モードの上部範囲のいずれの場合において、ブレード角度が電力の関数として調節され、一方、全負荷モードでは、ブレード角度は回転速度の関数として調節される。
【００４０】
一形態によれば、ブレード角の減少は、所定の関係に基づいて、特に、回転速度の関数、及び／又は、電力の関数として、変更されることが提案される。この関係は、勾配によって予め決定することができることが好ましい。
【００４１】
その結果、このブレード角の減少が急激には行われず、徐々に行われる状況を達成することが特に容易である。ロータブレードの捩じれ挙動に関する以前に決定された知見も、この勾配に組み込むことができる。
【００４２】
このような回転速度又は電力に依存するブレード角の変化は、勾配（複数）、適切な機能、又は、記憶されたテーブル、いわゆるルックアップテーブルによって、実現することができる。ルックアップテーブルを用いても、適切に多くの値を用いることによる簡単な方法で準連続的な変化を達成することができる。
【００４３】
一形態によれば、部分負荷モードでのブレード角を、風の関数、特に、突風の関数に応じて、部分負荷角に対して調節することが提案される。
【００４４】
このように、突風、付加的又は代替的に、その方法でも支配的風の突風頻度を組み込むことが提案される。数秒以内、例えば、最大２０秒かつ少なくとも３秒以内に測定された１分間の平均風速が少なくとも３ｍ／秒を超えた場合、１つの突風を定義することが可能である。突風は、１０分間の平均に対する現在の風速の比較に関して定義することもでき、例えば、１．７ｍ／ｓの範囲をわずかに超えても突風とみなすことができる。このようにして、突風を検出することができ、それゆえ突風をカウントすることもでき、その頻度、すなわち時間間隔当たりの発生を決定することもできる。
【００４５】
その結果、ブレード角の減少は、支配的風の負荷、又は、それによる局所的な迎角の変化に起因してロータブレードの捩じれを相殺することが好ましい。特に、以前の説明は、いくつかの名前付きの例外を除いて、理想的、特に、一定の風条件を想定している。実際、風の挙動はより複雑であり、例えば、風は、多かれ少なかれ激しい突風を持つことがある。特に、激しい突風がある場合、風が非常に強く、風力発電装置が部分負荷モード中に非常に高速で回転し、それに対応して高い電力を生成する危険性がある。上述の少なくともいくつかの形態は、ブレード角を減少させることができる。
【００４６】
しかしながら、高い電力を伴うこの前記高速回転が高い突風をもたらす場合、ロータブレードが、少なくともある程度、再び捩じれて戻ることができる非常に弱い風の領域が存在する。特に、ブレードが突風のために突然捩じれが戻り、ピッチ制御が最初に反応せず、したがって負のブレード角が存在する場合、局部的な有効迎角をさらに増加させ、流れの分離の危険性がある。このため、強い突風の場合、ピッチ角の低減は、緩和されるべきである。
【００４７】
したがって、突風の関数としてブレード角の前記調節が提案される。特に、より慎重に、言い換えると、これまで以上に、風が巨大であるほど、全てのブレード角度の低減を行うことが提案される。一方、突風が低い場合には、部分的な平穏期間のリスクも低いので、ブレード角の低減は、高い突風の場合よりも急激に行うことができる。
【００４８】
高速回転風などの風の他の特性も考慮される。そのような場合、ブレード角の減少はあまり急激でないようにすべきである。
【００４９】
好ましくは、風が理想的な風の特性からより高く逸脱するほど、全てのブレード角をより小さく減少することが提案される。好ましくは、この目的のために、例えば、０〜１の値を想定できる安定係数が提案され、いくつかの例を挙げると、１の値が安定、すなわち理想的な風を示し、０の値があらゆる点で不安定な風、すなわち高い突風、激しい方向変化、高せん断力及び高い方向転換を示す。ブレード角の減少は、この安定係数に依存する。特に、突風を考慮しない、理想的に設けられたブレード角の調節では、安定係数を乗算することが提案される。
【００５０】
好ましくは、部分負荷モードにおけるブレード角は、空気の少なくとも１つの特性の関数としての部分負荷角に対して調節されることが提案される。例えば、調節は、空気密度の関数として、特に、空気密度が低いほど、ブレード角が小さくなるように提供することができる。この目的のために、空気密度が低いほど、有効ブレード角が増加することが判明している。
【００５１】
これに加えて、又は、代えて、ブレード角の減少を取り消す反転ポイントを予め定義することができる。好ましくは、この反転ポイントは、風の特性の関数として選択される。特に、高い突風がある場合には、風速の関数として早めに反転ポイントを設定する。
【００５２】
これに加えて、又は、代えて、部分負荷モードの上部領域から部分負荷モードの第３領域への遷移は、風の特性の関数として変更することができる。これは、ブレード角の減少が再び取り消されたときにも最終的に影響を与える。その結果、ブレード角の減少を全体的に少なくすることも可能である。
【００５３】
ここでは、特に、反転ポイントを移動するとき、又は、上から第３領域の境界を移動するときに、弱い風は、必ずしもそうではないが、通常、その挙動がより安定する傾向があることに注意が必要である。これに対応して、より強い風、すなわち、より強い又は速い風速の場合よりも弱い風の場合には、ブレード角の減少が、有利であるか、それほど重要でないことがある。
【００５４】
一形態によれば、少なくとも１つのロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように測定手段が設けられ、このように検出された捩じれがブレード角を調節するための基準として用いられることが提案される。特に、ブレード角か、検出された捩じれが大きくなるほど、より急激に調節されることが提案される。
【００５５】
捩じれを検出することにより、ブレード角の低減の基準として用いることができる信頼できる測定を想定することができる。このように、そのようなセンサを提供するための費用の増加を正当化することができる。捩じれに関するこのような検出値は、他の目的のため、風力発電装置の制御の基礎として用いられることが好ましい。
【００５６】
このような捩じれの検出は、例えば、歪みゲージを介して、又は、各ブレード、ゴンドラ、又は、風力発電装置のプロペラハブ上の対応するカメラによって光学的に行うことができる。また、高感度の加速度センサは、これを基礎として絶対捩じれを計算するために、捩じれ運動を検出することが好ましい。
【００５７】
一改良によれば、風力発電装置は、複数のロータブレード、特に、３つのロータブレードを有し、各ロータブレードは、個々に、かつ、追加的に又は代替的に、周期的回転で調節されることが提案される。その結果、各ロータブレードが他のロータブレードとは異なる位置にあり、したがってロータの回転の結果として常に変化する他の風条件に規則的に従うという事実を考慮に入れることができる。結果として、それを考慮に入れることができる。好ましくは、各ロータブレードの個々のブレード角又はその設定値は、すべてのロータブレードについて同じ基本角度と、各ロータブレードの個別に設けられる追加角度と、からなることが、各ロータブレードに対して提案される。このように、すべてのロータブレードの基本角度を使用することによって、風力発電装置の基本機能性を確保することができる。
【００５８】
それぞれの追加角度を変更することによって、改善を実施することができる。特に、部分負荷において、基本角度として部分負荷角を使用することができ、それぞれの場合に追加角度を形成するか、又は、追加角度の一部を形成することによって、提案されたブレード角の低減を実施することができる。ここで、ブレード角の減少は、全てのブレードについて同じ追加角度の成分を形成することを考慮する価値がある。特に、一形態に従って提案された各ロータブレードに対して個別に捩じれが検出された場合には、その関数として個々のロータブレードごとに個別のブレードの低減を行うことができる。この個々のブレードの減少は、この追加角度によって実現することができる。
【００５９】
基本角度と追加角度からのブレード角の構成は、風力発電装置のすべてのロータブレードと同じにすることができる。それゆえ、ロータブレード角は、個別に調節されず、一緒に又は同時に調節される。
【００６０】
一形態によれば、最小ブレード角が、提供され、すなわち、特に、制御又は他の技術で特定され、実施されることが提案される。この最小ブレード角は、部分負荷角よりも小さく、かつ、ブレード角をこの最小ブレード角よりも小さくすることができないように、ブレード角の下限を形成する。適切であれば、上述したように、ブレードを個々に調節することができるが、これは特定の最小ブレード角までしか行うことができない。結果として、同時に個々の調節が可能でありながら、全体的なブレード角の過度な低減を達成することができる。
【００６１】
本発明は、上述した形態の少なくとも１つによる方法を用いるように準備された風力発電装置も提案される。好ましくは、この後の制御は、風力発電装置の寸法設定において既に考慮されており、結果として、特に軽量なロータブレードを使用することができ、それ以外の場合は使用できないか、うまく使用できない可能性がある。
【００６２】
以下、例として、実施形態を用いて、添付図面を参照して、より詳細に、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】風力発電装置を示した斜視図。
【図２】ブレード角の可能なバリエーションを説明するための模式図。
【図３】可能な電力曲線を説明するための模式図。
【図４】可能な捩じれを説明するためのロータブレードの輪郭を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、タワー１０２及びゴンドラ１０４を有する風力発電装置１００を示す。３つのロータブレード１０８及びプロペラハブ１１０を有するロータ１０６が、ゴンドラ１０４上に配置される。ロータ１０６は、運転中に風によって回転するように設定され、結果としてゴンドラ１０４内の発電機を駆動する。
【００６５】
図２及び図３は、風速ＶＷの関数としてブレード角α及び電力Ｐの可能なバリエーションを説明している。両方の図は、横軸に風速ＶＷを示し、横軸は図２及び図３の両方で同じである。この点で、図３の電力Ｐの表現は、図２の対応するブレード角αに割り当てられ、この割り当ては単に模式的であり、定量的ではない。
【００６６】
図２において、ブレード角αについてのベース曲線２は、破線で示されている。また、ブレード角αに関する改善曲線４は、実線で示されている。改善曲線４は、多くのセクションでベース曲線２と一致しており、説明の都合上、これらの２つの曲線は、単に、小さな距離で示されている。代替曲線６は、点線で表され、この代替曲線６は、そうでない部分では、ブレード角αの改善曲線４に対応する。
【００６７】
ベース曲線２からスタートし、風力発電装置は、最初に固定された部分負荷角αＴを有するスイッチオン風速ＶＥでスタートする。風が上昇すると、この角度は定格風速ＶＮまで維持される。定格風速ＶＮに到達すると、ブレードを風から外に、すなわち風速がさらに上昇するにつれて徐々に回転させる。これは、ブレード角αが少しずつ増加することを意味する。単なる例として、ストール位置は、角度の最後の値をαＦとして示されている。
【００６８】
このように、このベース曲線２は、部分負荷モードＴにおける部分負荷角αＴの値を持つ一定のブレード角αを示し、次いで、全負荷モードＶについての増加値を示している。完全のために、嵐領域Ｓに対するブレード角度のより急激な上昇が示されており、シャットダウン風速ＶＡで、最終的にストール位置、すなわち角度αＦに達するまで、このように限界風速ＶＧに到達した後に、ブレード角をより急激に増加させる。ここでは、図２に示すように、これが、シャットダウン風速ＶＡで正確に起こり、かつ、実際にストール位置に到達したかどうかは、重要ではない。
【００６９】
改善曲線４として、実線で表された曲線を提案する。この目的のために、改善して明確にするために、同じことを実現しなければならない制御の方向としても、部分負荷モードＴを３つのセクションＩ、ＩＩ、ＩＩＩに細分する。ここで、セクションＩは部分負荷モードの下部領域を示し、セクションＩＩは部分負荷モードの上部領域を示し、セクションＩＩＩは最終的に風速に基づいて、上部領域ＩＩの上にある部分負荷モードの第３領域を示す。これらのセクションは、領域と同義に指定することもできる。定格風速ＶＮである第３領域ＩＩＩの終わりでは、全負荷モードＶが始まる。
【００７０】
下部領域Ｉでは、改善曲線４がベース曲線２と一致する。上部領域ＩＩの開始時に、風負荷が非常に強く、ブレードが著しく捩じれ、それにしたがってブレード角αの減少によって相殺されると仮定する。この形態のブレード角αは、風速ＶＷの増加に伴って直線的に減少する。この減少は、ブレード角αが負になるまで進行する。次いで、ここでは対応する負の値を有する所定の最小ブレード角αｍｉｎに達し、ブレード角αはさらに減少せず、部分負荷モードの上部領域ＩＩの終わりまでこの負の値を維持する。
【００７１】
部分負荷モードＴの上部領域の終わりに、風速ＶＷが定格風速ＶＮに達するときに達する部分負荷角αＴまで風を増加させながら直線的にブレード角を再度増加させる。それにしたがって、この形態では、部分負荷モードの第３領域ＩＩＩにおいて、部分負荷角までのブレード角の線形増加が提案される。
【００７２】
定格風速ＶＮに達すると、改善曲線４のブレード角は部分負荷角αＴを再び有し、このポイントでベース曲線２の特性曲線に再び達する。改善曲線４のさらなるコースは、図２に対応して示されるベース曲線２のさらなるコースに対応することができる。
【００７３】
改善曲線４に対する代替曲線６として、部分負荷モードＴから全負荷モードＶへの繊維領域の偏差が提案される。したがって、点線の特性曲線６で示すように、定格風速ＶＮに達成する前に、部分負荷角の値を超えるように、部分負荷モードの終わりに向かって、ここでは、特に、部分負荷モードの第３領域の終わりに向かって、ブレード角をすでに増加させる。このようにして、この臨界遷移領域で低い負荷に達することができる。この点について、ブレードの負荷が定格風速で最大になり得る点に留意しなければならない。すなわち、定格風速ではかなり強い風が既に存在するが、ロータブレードは、通常、一部でさえも風からまだ回転していない。それゆえ、ブレードはそこに最大の迎角を提供する。これは提案された代替曲線６によって改善することができる。この改善曲線６は、ベース曲線２及び／又は改良曲線４にわずかに高い風速で開く。
【００７４】
いずれにしても、図３は、図２に係るブレード角のそれぞれの曲線に関する可能な電力曲線を、少なくとも概略的に示している。
【００７５】
図３においても、ベース曲線３２が破線で示され、改善曲線３４が実線でプロットされている。また、代替曲線３６は、図３に点線の特性曲線として示されている。このように、これらの３つの曲線３２、３４及び３６は、図２に係るブレード角の曲線２、４及び６に対応し、ここでは電力が表示されるという違いがある。図２とは異なり、ベース曲線３２及び改善曲線３４に関し、ベース曲線３２は改善曲線３４と異なる場合のみ示される。
【００７６】
このように、原則として、ベース曲線３２及び改善曲線３４について、電力が始動風速ＶＥで接続し、かつ、低い値を持つことが分かる。電力は、部分負荷モードＴの終了時に、定格風速ＶＮで定格値ＰＮに達するまで、連続的に増加するが、常に、急激に増加する。この定格値は、全負荷モードＶに維持され、限界風速ＶＧで開始したときに減少し、かつ、嵐領域Ｓの終わりに向かって、シャットダウン風速ＶＡで０にすることができる低い値に達する。
【００７７】
図３は、ベース曲線３２が部分負荷モードＴの上部領域ＩＩの開始でずれている、すなわち、幾分低い電力を有することを示しているが、まず、このずれは電力値Ｐ１で始まることが分かる。このように、この電力値Ｐ１は、所定の電力として作用することができ、図２の改善曲線４に関して示されるブレード角の減少が始まる。
【００７８】
改善曲線３４の電力曲線が第２の所定の電力値Ｐ２に達すると、これは情報として評価するか、あるいは、部分負荷モードの上部領域ＩＩの終わりに達し、図２に示すようにブレード角を再び増加させるための基礎として使用することができる。したがって、部分負荷モードＴの第３領域ＩＩＩにおいて、ブレード角は再び増加し、定格風速で部分負荷角αＴに達する。したがって、ベース曲線３２及び改善曲線３４は、生成された電力Ｐに対して再び一致する。
【００７９】
この図３から、ブレード角の提案された減少によって電力収率を時々増加することができることが分かる。しかしながら、電力のコースでの利点は、追加の結果として得られる。特に、部分負荷モードＴの終わりに、電力の上昇が非常に急激である。これは、風速の小さな変化が、電力の大きな変化につながる可能性があることを意味する。実用的な実装では、これは回転速度の小さな変化が電力の急激な変化につながる可能性があることを意味する。これは、制御上の問題を引き起こす可能性があり、提案された減少、及び、その後のブレード角の再増加は、実際に選択された値にもよるが、この領域の電力Ｐのそれほど急激な上昇をもたらさない可能性がある。
【００８０】
電力Ｐに対する代替曲線３６を図３に示す。図３では、部分負荷モードＴから全負荷モードＶへの遷移領域において、改善曲線３４及び基本曲線３２に対して、電力が幾分低減され得ること示す。しかしながら、この目的のため、この特別な領域では、ブレードの負荷が低減され、また、電力Ｐの上昇が、制御の実施に有利となり得るこの領域で再び減少させることができる。
【００８１】
図４は、基本的に、ロータブレード４０の２つの輪郭４２及び４４を示している。第１の輪郭４２はブレード根元部に近く、第２の輪郭４４はブレード先端部に近い。ここでも、輪郭は、それらのサイズにおいて単に概略的に示されている。また、第２の輪郭４４に関し、静止輪郭４４’は、点線で示されている。第２の輪郭４４及び静止輪郭４４’は同一であり、第２の輪郭４４がロータブレード４０の捩じれのために静止輪郭４４’に対して回転するという違いがある。これは捩じれ角δとして示される。基準位置あわせとして、ここではスケルトン線４６、４６’及び４６＊を各輪郭の基礎として使用した。
【００８２】
いずれの場合においても、その静止位置、すなわち、既に工場で終了したときに、ロータブレード４０は、根元領域の第１の輪郭４２とブレード先端部に第２の輪郭４４との間の回転角βを有することが、図４から知ることができる。この点で、図４は、ロータブレード４０が使用される操作点を示し、風が捩じれに至る。したがって、第２の輪郭４４は、静止輪郭４４’、すなわち、静止位置の第２の輪郭４４に対して捩じれ角δだけ回転する。このように、ブレード４０は、捩じられ、δに係るこの角度偏差に導かれる。この状況は、図２に基づいて、例えば、上部領域ＩＩの終わり、又は、部分負荷モードＴの第３領域ＩＩＩの始まりでの状態に対応されることができる。
【００８３】
また、図４は、風負荷によるロータブレードのこの捩じれが、ストール位置αＦの方向に、特に、そのロータブレードの先端部の領域において、ロータブレード４０がさらに少し捩じれるようになることを示す。ストール位置におけるこの捩じれ回転は、ブレード角の増加であり、かくて、これに対抗するためにブレード角を減少させることが提案される。この減少方向は、図示するために、対応する矢印とともに図４に矢印αＶとして示されている。この矢印αＶの長さはここでは重要ではない。
【００８４】
このように、図４に示されているように、提案された方法によって、操作中のブレードの捩じれの結果としての効果に対抗（ないし相殺）することができる。この対抗作用（ないし相殺）は、図２に係るブレード角αの改善曲線４によって特に示されており、そこから原則的に生ずる電力曲線は、この点で図３から知ることができる。
【００８５】
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（特許請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調節が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択（必要により不選択）が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、本願に記載の数値及び数値範囲については、明記がなくともその任意の中間値、下位数値、及び、小範囲が記載されているものとみなされる。
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月12日(2018.7.12)
【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】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
各ロータブレードは、個々のブレード角（α）又は設定点が、すべてのロータブレードと同じ基本角度、及び、各ロータブレードに対して個別に設定された追加角を構成するように、調節される、
ことを特徴とする請求項１５又は１６記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
最小ブレード角（αｍｉｎ）は、前記部分負荷角（αＴ）より小さく設定され、前記ブレード角（α）は、各ロータブレードに対して個別に、この最小ブレード角（αｍｉｎ）まで調節可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
［形態１］
第１の視点において、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有する風力発電装置を制御する方法が提供される。前記方法において、
風速が定格風速になるまで部分負荷モードで前記風力発電装置を動作させ、前記部分負荷モードでは、固定された部分負荷角が前記ブレード角に設定されるステップと、
風速が前記定格風速を超えると全負荷モードで前記風力発電装置を動作させ、前記全負荷モードでは、前記ブレード角が、風速の増加に伴って増大され、かつ、前記部分負荷角を超える値を有するステップと、
を含む。
所定の動作状態から開始する前記部分負荷モードでは、前記ブレード角は前記部分負荷角と比べて低減される。
［形態２］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、ブレード長手方法軸に関する少なくとも１つの前記ロータブレードの捩じれ関数、及び／又は、ブレード負荷関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１記載の方法が提供される。
［形態３］
前記部分負荷モードにおいて、パワーが回転速度の関数として設定され、
所定の回転速度、及び／又は、所定のパワーからスタートしたときに、前記ブレード角が前記部分負荷角と比べて、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１又は２記載の方法が提供される。
［形態４］
前記ブレード角は、前記回転速度又は前記パワーの関数として、前記回転速度がさらに増加する、又は、前記パワーがさらに増加するように、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態３記載の方法が提供される。
［形態５］
前記ブレード角は、前記全負荷モードに達する前の前記部分負荷角にリセットされる、
ことを特徴とする少なくとも形態４記載の方法が提供される。
［形態６］
前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、非常に高く負の値をとるように、減少する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至５のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態７］
前記風速が増加するときに、前記ブレード角は、
前記部分負荷モードにおいて、最初は、ロアレンジで、前記部分負荷角を有し、
前記部分負荷モードにおいて、アッパーレンジで、前記部分負荷角と比べて減少し、
前記全負荷モードにおいて、前記部分負荷角と比べて増加する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至６のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態８］
前記アッパーレンジに続く前記部分負荷モードにおいて、第３レンジが、前記全負荷モードに続き、かつ、前記ブレード角が少なくとも前記部分負荷角まで増加するように、設定される、
ことを特徴とする少なくとも形態７記載の方法が提供される。
［形態９］
前記部分負荷モードにおけるアッパーレンジ又は前記アッパーレンジにおいて、前記ブレード角は、前記パワーの関数、及び／又は、所定の勾配を有する前記回転速度の関数、及び／又は、前記パワー又は前記回転速度の所定の関係の関数として、減少する、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至８のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１０］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、空気の少なくとも１つの関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至９のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１１］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、空気密度の関数、及び／又は、風の特性の関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１０記載の方法が提供される。
［形態１２］
前記部分負荷モードにおいて、前記ブレード角は、前記部分負荷角と比べて、突風（a gustiness of the wind）の関数として、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１１記載の方法が提供される。
［形態１３］
測定手段は、少なくとも１つの前記ロータブレードの長手方向軸の捩じれを検出するように設けられ、このように検出された前記捩じれは、前記ブレード角を調節するための基準として用いられる、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１２のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１４］
前記ブレード角は、検出された前記捩じれが高くなるにつれ、より鋭くなるように調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１３記載の方法が提供される。
［形態１５］
前記風力発電装置は、複数のロータブレードを有し、各ロータブレードは、個別に、及び／又は、回転周期的に、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１３のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１６］
前記風力発電装置は、３つのロータブレードを有する、
ことを特徴とする少なくとも形態１５記載の方法が提供される。
［形態１７］
各ロータブレードは、個々のブレード角又は設定点が、すべてのロータブレードと同じ基本角度、及び、各ロータブレードに対して個別に設定された追加角を構成するように、調節される、
ことを特徴とする少なくとも形態１５又は１６記載の方法が提供される。
［形態１８］
最小ブレード角は、前記部分負荷角より小さく設定され、前記ブレード角は、各ロータブレードに対して個別に、この最小ブレード角まで調節可能である、
ことを特徴とする少なくとも形態１乃至１７のいずれか一に記載の方法が提供される。
［形態１９］
第２の視点においては、少なくとも形態１乃至１８のいずれか一に記載の方法を実施するために準備された風力発電装置が提供される。
【国際調査報告】
2018535354.tif 000007
2018535354.tif 000008
2018535354.tif 000009
2018535354.tif 000010
2018535354.tif 000011
2018535354.tif 000012