(57)【要約】【課題】障害等が存在しないにも拘らず、シャットダウンを引き起こす過大回転数閾値の超過を阻止する風力発電装置の制御方法の提供。【解決手段】調節可能なブレード角（α）を有するロータブレードを有する風力発電装置の制御方法は、以下の工程：定格風速までの風速のための部分負荷運転で風力発電装置を運転すること；定格風速を超える風速のための全負荷運転で風力発電装置を運転すること、但し、全負荷運転では、ブレード角（α）は風速の増大と共に大きくされる；ブレード角（α）の最小値としての限界角（αＧ）を設定すること；及び限界角（αＧ）が最大で予め設定される差角（Δα）だけ下回られるよう、風力発電装置を制御することを含む。【選択図】図２
2018538476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調節可能なブレード角（α）を有するロータブレードを有する風力発電装置の制御方法であって、以下の工程：
・定格風速までの風速のための部分負荷運転で風力発電装置を運転すること、
・定格風速を超える風速のための全負荷運転で風力発電装置を運転すること、但し、全負荷運転では、ブレード角（α）は風速の増大と共に大きくされる、
・ブレード角（α）の最小値としての限界角（αＧ）を決定すること、及び、
・限界角（αＧ）が最大で予め決定される差角（Δα）だけ下回られるよう、風力発電装置を制御すること、
を含む、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
・限界角（αＧ）の決定、及び／又は、
・限界角（αＧ）が予め決定される差角（Δα）だけのみ下回られるようにする、風力発電装置の制御は、
・風の予め決定される突風度が達成されること、
・風の予め決定される突風頻度が達成されること、及び、
・予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値を超えて上回るピーク回転数が少なくとも一回検出されること、
からなるリストからの少なくとも１つの条件が発生した場合に初めて実行される、
方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
限界角（αＧ）及び／又は差角（Δα）は、検出された突風度に依存して決定される、
方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の方法において、
予め決定される差角（Δα）は、
・０°〜１０°の範囲の値、
・３°〜８°の範囲の値、及び、
・凡そ５°の値
からなるリストから選択される値を有する、
方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、最後に調節されたブレード角（α）の平均値又はフィルタ処理値として求められる、
方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、最後に調節されたブレード角（α）からの限界角決定によって決定され、該限界角決定は、
・５秒〜２０秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・６秒〜１５秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・凡そ８秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・５秒〜２０秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・６秒〜１５秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・凡そ８秒の時定数を有する一次ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理、
からなるリストから選択される方法である、
方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）及び／又は差角（Δα）は、突風頻度に依存して調節される、
方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の方法において、
部分負荷運転において、ブレード角（α）に対し一定の部分負荷角が与えられており、限界角（αＧ）又は差角（Δα）を差し引いた限界角（αＧ）は該部分負荷角より小さくない、
方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、時間と共に及び／又は時間に依存する勾配と共に減少する、とりわけ直線的に減少する、
方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの調節可能なロータブレードと、該少なくとも１つのロータブレードの調節のための制御装置とを有する風力発電装置であって、
制御装置は請求項１〜９の何れかに記載の方法を実行するよう構成されている、とりわけ、そのような方法は制御プログラムにプログラムされている、
風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節可能なロータブレードを有する風力発電装置の制御方法に関する。更に、本発明は、そのような制御方法により制御される相応の風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置、とりわけ図１に示されているような風力発電装置は、しばしば、調節可能なロータブレード角を有するロータブレード（複数）を有する。そのような風力発電装置の制御は、通常は、部分負荷運転と全負荷運転との間で区別されることをその内容として含んでいる。部分負荷運転では、風力発電装置は、通常、定格風速までで運転されるが、その際、ロータブレードは、一定のブレード角（本書では部分負荷角とも称される）を有する。
【０００３】
風速が定格風速に到達し、更に増大すると、ロータブレードは次第にその迎角が調節される、即ち、風力発電装置に対する過大な負荷を回避するために、風の外に（風の影響外の範囲へ）回転される。定格風速からの（を超える範囲の）この運転は全負荷運転とも称されるが、この場合、回転数を定格回転数に維持すること及び供給出力（電力）を定格出力（電力）に維持することが追及される。回転数も出力もこれらの値を超えて増大しないこと、超えたとしても僅かな値だけであることが望まれる。
【０００４】
かくして、制御は、回転数がほぼこの定格回転数値を維持するよう配慮する。原理的には、定格回転数又は定格出力の代わりに、他の値も基礎とすることは可能であるが、一般的ではない。
【０００５】
何れにせよ、この場合、単純化していえば、回転数制御は、風が増大するとブレードが風の外へ更に回転され、以って、回転数がその値を維持することができるように実行される。風が再び弱くなれば、ブレードはそれに応じて再び風の中へ回転される。
【０００６】
この制御が何らかの理由から機能せず、そのため、風が増大してもブレードが風の外へ回転されない場合、回転数は不所望な大きな値に増大し得る。風力発電装置をそのような過大回転数から保護するために、相応の過大回転数値が超過されると風力発電装置をシャットダウンする緊急時シャットダウン（機能）が設けられている。この場合、ロータブレードは更に緊急時調節によってフェザリング位置へと回転される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ ２００９／００４７１１６ Ａ１
【特許文献２】ＥＰ １ ２９９ ７７９ Ｂ１
【特許文献３】ＥＰ ２ ５８３ １２５ Ｂ１
【特許文献４】ＥＰ ３ ０２９ ３１８ Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２００８／０８６６０８ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この場合不利であることは、回転数制御は原理的には問題なく機能するが、特別な場合だけであるものの十分に迅速でないことがあり得たため、この過大回転数閾値はしばしば安全上の理由から定格回転数より僅かしか大きくされず、その結果、制御はロータブレードを十分に迅速には風の外に回転することができず、緊急事態が存在しないにも拘らず、緊急時シャットダウンが発動するということが起こり得ることである。この場合、この過大回転数閾値の短時間の超過は問題ではない（クリティカルではない）ため、風力発電装置は危険に晒されない。問題であるのは、そのような過大回転数閾値の大きな超過及び／又は長時間続く超過のみである。
【０００９】
ドイツ特許商標庁は本願の優先権主張の基礎出願において以下の先行技術文献をサーチした：ＵＳ ２００９／００４７１１６ Ａ１、ＥＰ １ ２９９ ７７９ Ｂ１、ＥＰ ２ ５８３ １２５ Ｂ１、ＥＰ ３ ０２９ ３１８ Ａ１及びＷＯ２００８／０８６６０８ Ａ１。
【００１０】
それゆえ、本発明の課題はこの問題に対処することである。とりわけ、障害（Stoerfall）が存在しないにも拘らず過大回転数閾値が超過されることを妨げる解決策の提案が望まれる。少なくとも、従前の知見に対して代替的な解決策の提案が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に応じ、請求項１に記載の方法が提案される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の方法によれば、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の制御方法が前提とされる。風力発電装置は、既知の手段及び方法で、定格風速までの風速のための部分負荷運転で運転される。定格風速を超える風速に対しては、風力発電装置は全負荷運転で運転されるが、全負荷運転では、ブレード角は風速の増大と共に大きくされる、即ち、フェザリング位置の方向へと調節（ピッチング）される。
【００１３】
今や、限界角がブレード角の最小値として決定（ないし設定）され、そして、風力発電装置は、限界角が最大で予め決定される差角だけ下回られるよう、制御される。決定される限界値次第では、この予め決定される差角は値０（ゼロ）にもなり得る。限界角及び／又は差角は好ましくは時変（時間変化する）変数である。
【００１４】
本発明は、風力発電装置のシャットダウンを引き起こす過大回転数閾値の不所望の超過は極めて特殊な状況においてのみ生じるという知見に基づく。そのような特別な状況の１つは、突風に加えて短期間の極めて弱い風も有する突風的風が存在する状況である。単純化していえば、突風的風では、２つの突風の間に一時的な無風又は突風谷間が存在する。このことは、回転数制御に対しては、そのような突風谷間に、極めて小さい風速（微風）が存在するときに、ブレードが風の中へ調節されることを意味するであろう。そして、この突風谷間に続けて、ロータを加速する強い突風が来ることがあり得るが、その際、ロータブレードは十分に迅速に風の外へ回転されることはできない。なぜなら、ロータブレードは、突風谷間のために即ち一時的に極めて小さい風速のために、極めて強く風の中へ回転されていたからである。ロータブレードが回転してこの位置から引き返すことができるまでには、回転数は既に上記の過大回転数閾値を超過してしまっていることがあり得るが、その結果、不所望の緊急時シャットダウンが実行されることになる。
【００１５】
ブレード角調節は全負荷運転の開始時には、かくて部分負荷角から始まるが、初めのうちは殆ど作用を及ぼさないことも分かった。そのため、（運転）開始時には、風速は定格風速より僅かに大きいだけであるが、相当の（目に見える）作用が生じるためには、従って、回転数がほぼ定格回転数に維持されることができるためには、ブレード角は相当に大きな角度値だけ調節される必要がある。このため、風速が大きく変化していなかったにも拘らずブレード角は大きく変化されるという問題が、とりわけ開始時に、生じる。従って、この場合、多くの調節出力が必要になり、調節の実行は比較的長時間続き得る。
【００１６】
このことを回避するために、限界角はブレード角の最小値として決定される。ここで上記の突風谷間が生じると、ロータブレード角は、まず、減少されること、即ち、風の中へ回転されることができるが、これは、限界角が予め決定される差角だけ下回られているまでの限りである。ブレード角の更なる減少は阻止される。かくして、ブレード角がそのような突風的風状況において可能であれば短時間内に再び取るべき値から過度に大きく離れることが、阻止される。
【００１７】
換言すれば、ブレード角は、突風の際、初めのうちは、正しい位置にある。そして、無風（なぎ）ないし突風谷間が生じると、（ブレード）角は、それにも拘らず、当該突風の際になお有していたこの位置からそれほど大きく離れるようには回転されない。そして、突風谷間が終了し、再び強い突風が生じても、ブレード角は、この今や再び生じている突風に適する角度に復帰するよう小さな値だけ回転されればよい。
【００１８】
かくして、限界角のこの決定によって、その他の点ではブレード角を調節する既存の回転数制御に変更を加えない簡単な実用的解決策が得られる。付加的条件として順守されるべきそのような限界角のみが定められる。限界角及び／又は差角は暫定的に（一時的に）決定されることも可能である。
【００１９】
一実施形態では、限界角の決定、及び、追加的に又は代替的に、限界角が予め決定される差角だけのみ下回られるようにする風力発電装置の制御は、少なくとも風の予め決定される突風頻度（Boeenhaeufigkeit）及び／又は風の（予め決定される）突風度（Boeigkeit）が確認（検出）されたときに、初めて実行されることが、提案される。追加的に又は代替的に、予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値（Toleranzwert）を超えて上回るピーク回転数（Spitzendrehzahl）が少なくとも一回検出されるか否かが、検査されることも可能である。現に行われている運転中には、回転数は正確には目標値に維持されることはできず、回転数はその目標値（これは全負荷運転では定格回転数である）の周りで（を中心として）変動する。この場合に短時間生じるより大きな回転数は、このピーク回転数を形成し、風の突風度を示唆する。図２は、時点Ｔ１後における、そのようなピーク回転数の一例を模式的に示す。従って、ピーク回転数のこの検査（検出）は、風の突風度を評価するための簡単な手段及び方法である。即ち、定格回転数の超過は風の突風度の指標であることが（本発明によって）明らかになった。
【００２０】
限界角の決定は、又は風力発電装置の相応の制御は、従って、風の大きな突風度を有しない風状況の際には、行われない。
【００２１】
突風は以下のように定義される。
【００２２】
即ち、風速の実測一分間平均値が数秒以内において、例えば最大で２０秒間、少なくとも３秒間持続しつつ、少なくとも３ｍ／ｓだけ超過される場合である。突風はまた、実際の風速と１０分間平均との比較によっても決定されることができるが、この場合、より小さい程度の超過、例えば１．７ｍ／ｓの範囲の超過も突風とみなすことができる。これに応じて、突風は確認（検出）することも可能であり、かくして、突風を数え、以って、その頻度即ち所定期間当たりの発生数を決定することも可能である。
【００２３】
従って、突風頻度は、突風が予め決定される期間内に発生する回数を示す尺度である。突風度は、優勢な（支配的な）風に占める突風の割合の大きさを示す。
【００２４】
かくして、回転数制御は、その実行の大部分については、即ち風の大きな突風度が存在しない場合は常に、この本発明の解決策による影響を受けずに維持される。突風度が確認（検出）されたときに初めて、そのような限界角が決定されるか又は相応の制御が実行される。その限りにおいて、風の突風度が存在する場合にのみこの提案に係る解決策を活性化（実行）する２つの可能性が考慮される。一方の可能性は、そもそもこの場合に初めて限界角を決定することである。従って、例えば大きな負の値を有するため決して使用されない限界角が予め決定（設定）されることができるであろう。追加的に又は代替的に、単純に突風度に依存して、制御が活性化（作動）されることないしは再び不活性化（停止）されることができる。この場合、限界角は、常に、有効な値にも決定されることができるであろうが、この値は、相応の制御が活性化（作動）される場合に初めて使用される。代替的に、差角も、限界角が決して当該差角だけ下回られないほどの大きな値を取ることができるであろう。更に、差角は例えば５°の範囲にあることが可能であるが、これについては以下において説明する。
【００２５】
代替的に又は付加的に、
・風の予め決定される突風度が達成（取得）され、
・風の予め決定される突風頻度が達成（取得）され、及び、
・予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値を超えて上回るピーク回転数が少なくとも一回検出される。
【００２６】
更なる一実施形態に応じ、限界角は検出された突風度に依存して決定されることが提案される。従って、そのような限界角の大きさ及び／又は動的性質（Dynamik）は検出された突風度に依存して決定されることもできる。この場合、風の突風度が大きければ大きい程、限界角を一層大きく決定することが、とりわけ考慮される。従って、上記の作用は風の突風度が格別に大きい場合、即ち多くの突風がそれも大きな増速幅（Amplitude）を有するものが生じる場合、このことは通常は相応に深い突風谷間も伴うが、可及的に大きな値に調節されることができる。類似の作用は、差角が検出された突風度に依存して決定されることによって達成することができる。従って、差角としては、大きな突風増速幅を有する格別に大きな突風度、更には極めて小さい風速を有する突風谷間が存在する場合、絶対値の観点から、格別に小さい値が選択されるべきである。
【００２７】
好ましくは、予め決定される差角は、０°〜１０°の範囲の値、３°〜８°の範囲の値、及び、５°の値を有するリストから選択される値を有する。従って、差角は、好ましくは０°〜１０°の範囲、とりわけ３°〜８°の範囲の値にあり、特に、差角は凡そ５°の値を有する。
【００２８】
限界角がブレード角の最後に（直前に）調節された大きな値にほぼ相当する特別な場合には、ブレード角がその最後の値から大きくは離れないことが、凡そ５°の値によって達成される。従って、上記の無風（状態）ないし上記の突風谷間が現われており、そして、（ブレード）角が限界角によるこの制限なしに極めて大きく、例えば２０°ないし３０°だけ、戻り回転されるような場合、凡そ５°の制限はこの大きな差を阻止するであろうが、（ブレード）角は、その後突風が再び現われるとき、極めて大きくはその角度から離れない（この角度はその後調節される必要があるであろう）。
【００２９】
凡そ５°の値の代わりに、３°〜８°の範囲の値も選択することができる。これによってもなお、そのような差角による良好な制限は達成可能である。０°〜１０°の範囲も考慮される。１０°はその限りにおいて既に差角にとって大きな値であり、場合によってはなお十分であり得るが、いずれにせよ、上記において例示した２０°ないし３０°の偏差と比べると明白により小さい値である。差角のために０°の下側閾値が提案されるが、そのため、下側へのブレード角の制限を有効にする（効果を発揮させる）ためには、少なくとも限界角が達成される必要があるであろう。
【００３０】
これは別として、純粋に計算により、限界角を任意の値だけ変化させ、差角をこの任意の値だけ同じ方法で適合化することも勿論可能であろう。このことは、本発明によっては提案されるものではないが、結果的には、同じことになるであろうし、従って、結果的には、本発明の教示を実現するであろう。従って例えば、ある瞬間に関し、限界角が２０°に決定されかつ５°の差角が選択されると、この瞬間においてブレード角は１５°を下回ってはならない。
【００３１】
一実施形態に応じ、限界角は、最後に調節された（複数の）ブレード角の平均値又はフィルタ処理（された）値として求められることが提案される。少々単純化していえば、限界角はおおよそ最後に調節したブレード角の値をとるが、その変化は著しく緩慢である。これは、そのように選択された限界角とゼロより大きい差角とによって、ブレード角は、この差角だけより大きくは、おおよそその最後の値に相当するこの値から逸れないというコンセプトに基づいている。
【００３２】
緩慢な変化は、例えば、最後の８秒間についてこの期間内に調節されたブレード角を平均することによる、平均値形成によって行うことができる。ここで、風（速）が大きく低下し、制御（装置）がブレード角を相応に大幅に小さくしようとすると、これは、限界角と差角とから形成される限界（曲線）（Grenze）に急速に到達する。しかしながら、限界角はこの少なくとも少々減少されたブレード角にゆっくりと追従するため、限界角は減少はするものの、極めて緩慢である。かくして、上記の突風谷間（これは非常に長くは続かないであろう）において、ブレード角の、更には限界角の大きな減少を実行不能にすることを、そのためには突風谷間の期間は短すぎるため、達成することができる。尤も、風が持続的に小さな値に留まるとすれば、限界角も相応に小さくなることができ、ブレード角も最終的には相応に小さな値（これはこの場合に優勢な（支配的な）小さい風速に適合する）を取ることができる。従って、風速がより長時間小さいままであると、突発的な突風は最早考慮に入れることができず、それに応じて、風力発電装置はそのブレード角が、強い突風ないし大きな風速のために必要であろうようなブレード角から大きな値だけ離れることを許す。
【００３３】
限界角の類似の緩慢な挙動は、最後に調節されたブレード角に依存して、相応のフィルタ処理によって、とりわけローパス（フィルタ）法によって、達成することができる。そのようなフィルタ処理の簡単かつ効率的な可能性の１つは、一次の遅れ要素の使用である。この場合、限界角は、インプットとして実際のブレード角を有するそのような一次の遅れ要素のアウトプットであろう。
【００３４】
好ましくは、限界角決定の種々の可能性、即ち、５秒〜２０秒の長さの期間にわたる、好ましくは６秒〜１５秒の長さの期間にわたる、とりわけ、凡そ８秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（複数）の平均値形成が提案される。これらによっても、平均化期間の長さのための提案に係る範囲ないし提案に係る値によって生じる相応の時定数を調節することができる。５秒〜２０秒の範囲の平均化長さ（期間）を選択することによって、一方では、ブレード角が過度に急速に過度に大きく減少せず、突風が再び出現する（再出する）際に十分に迅速には所望の大きな値には回転されることができないよう、限界角の変化のための十分な緩慢性を達成することに対する要求を満たすことができる。他方では、挙動が過度に緩慢であること、従って、風力発電装置の出力能が過度に不良な制御によって損なわれることも回避される。６秒〜１５秒の範囲からの平均化のための時間の選択はこれらの両者の基準を一層強く考慮するものである。凡そ８秒の期間の選択は、両者の基準を良好に考慮する良好な値とみなすことができる。
【００３５】
同様に、ローパスフィルタ処理（ローパスフィルタリング）も行うことができる。このために、とりわけ一次のローパスフィルタを使用する場合、５秒〜２０秒の範囲の時定数、好ましくは６秒〜１５秒の範囲の時定数、とりわけ凡そ８秒の時定数が選択される。好ましい作用は、平均値形成のための平均化（時間）長さの選択のために与えられたものと同じ説明（ないし条件：Erlaeuterungen）から得られる。
【００３６】
一次のローパスフィルタの使用、とりわけいわゆるＰＴ１挙動（Verhalten）ないしＶＺ１挙動（即ち、linear time-invariant behavior of first order）は、そのような挙動（応答）はオーバーシュート（Ueberschwingung）がないため、有利である。それにも拘らず、類似の時定数選択の際に、より高次のローパスフィルタも使用することができる。その他のパラメータは、好ましくは、フィルタがオーバーシュートを引き起こし易くならないように選択されることが望ましい。尤も、一次のローパスフィルタないし平均値形成で通常は十分であろう。
【００３７】
一実施形態に応じ、限界角及び追加的に又は代替的に差角が突風頻度に依存して調節されることが提案される。これ（突風頻度）は、予め決定される期間中に出現する突風の回数を示す尺度として理解することができる。この突風頻度がほぼ既知であれば、突風谷間後の突風の急速な再出の上記の現象が現われる強度（頻度）を良好に評価することができる。この挙動がより弱く構成されていれば、即ち、突風谷間後の突風再出の強度がより小さいことが想定できる場合、差角はより大きくなることができる。従って、ブレード角のより大きな又はより迅速な変化を可能にすることができる。この場合も、限界角と差角の協働が重要である。例えば、限界角は不変的に決定されることができるが、差角は突風頻度に依存して調節されることができる。他方、その代わりに、限界角が突風頻度に依存して調節されることも可能である。この場合、限界角のための平均値形成をする場合に時定数又は平均化期間の持続時間を突風頻度に依存して調節することが、とりわけ考慮される。この場合、突風頻度が大きければ大きい程、平均値形成のための期間ないしローパスフィルタの時定数はより大きなものに決定されることができる。
【００３８】
同様に、限界角の決定も差角の予めの決定（予決定）も突風頻度に依存して、但し、互いに協調（調和）されて行われることができる。
【００３９】
一実施形態によれば、部分負荷運転において、ブレード角に対し一定の部分負荷角が与えられることから出発する。これに関し、限界角又は差角を差し引いた限界角がこの部分負荷角より小さくならないことが提案される。ブレード角は、通常は、何れにせよ、部分負荷角より小さくなるようには調節されないが、その限りにおいて、限界角ないし差角を差し引いた限界角をこれに制限することも好都合であることが分かった。
【００４０】
一実施形態に応じ、限界角が時間と共に及び／又は時間に依存する勾配と共に減少すること、とりわけ直線的に減少することが提案される。これによって、上述したような、平均値形成又はローパスフィルタ処理により限界角を調節する場合と同様の効果を達成することができる。時間に依存する勾配を介して行うことも可能なこの時間と一緒の減少によって、ブレード角が（１つの）突風後に過度に大きく減少されることを阻止する限界角を最初に選択できることが達成される。尤も、小さな風速が長時間維持される場合、ある時間の経過後、ブレード角も相応に減少可能であることが望まれる。これは、時間による及び／又は時間的な勾配による限界角のこの提案に係る変化によって達成することができる。
【００４１】
本発明に応じ、少なくとも１つの調節可能なロータブレードを有し、好ましくは３つの調節可能なロータブレードを有し、かつ、これに応じて、この少なくとも１つのロータブレードないしこれらの３つのロータブレードの調節のための制御装置を有する風力発電装置も提案される。この場合、制御装置は、本発明に応じ、上記において説明した実施形態の少なくとも１つに応じた方法を実行するよう構成されている。制御装置のこの構成は、とりわけ相応の方法が制御プログラムにプログラムされていることによって実現可能である。
【００４２】
かくして、突風から無風（状態）ないし突風谷間へそして再び突風へと激しい交互の変化が起こる場合に、回転数制御にエラーがないにも拘らず、予期せず（誤って）過大回転数が生成され、風力発電装置が緊急時シャットダウンされなければならない事態を阻止する効率的な保護措置を有する風力発電装置が提案される。従って、提案に係る方法によって、制御が機能しているにも拘らずそのような過大回転数が発生することが阻止される。
【００４３】
以下に、本発明は例示的に添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】風力発電装置の一例の斜視図。
【図２】回転数と風速とブレード角の間の関係の一例を模式的に示したグラフ。
【実施例】
【００４５】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６が配されている。ロータ１０６は、運転時、風によって回転運動させられ、以って、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００４６】
図２には、風速Ｖｗｉｎｄ、ブレード角α及びロータ回転数ｎが時間ｔに対してプロットされている。縦軸には夫々のパラメータについて記号と単位が記載されているが、それらの正確な値は、この原理の説明のためには、重要ではない。
【００４７】
実際のブレード角αに加えて、限界角αＧの可能な推移及び差角Δαを差し引いた限界角αＧの推移も図示されており、後者はαＧ−Δαとして示されている。更に、破線（ないし点線）で示された２つの部分推移、即ち、ブレード角が本発明に応じて推移（変化）する様子を示す修正角αｍｏｄと、そのために結果として生じる回転数を示す回転数ｎｍｏｄとが示されている。
【００４８】
図２のグラフでは、風速が時点Ｔ１において増大し、その後、突風が存在することが仮定されている。風速の増大と共に、同様にまず回転数ｎも上昇する。これに対抗するために、ブレード角αも増加される。ブレード角αは、回転数ｎをほぼ一定に維持するために、時点Ｔ１以前も少々変動し得ることが分かる。その限りにおいて、時点Ｔ１以前における回転数ｎの一定維持は全く良好に成功している。しかしながら、時点Ｔ１の直後に発生する突風により、回転数ｎは顕著に上昇する。
【００４９】
ブレード角αの推移に加えて、ブレード角αの平均値を形成する限界角αＧも図から見出すことができる。これに応じて、限界角αＧの推移の変化は比較的小さい。
【００５０】
更に、限界角αＧに対して差角Δαが記載されている。限界角αＧは最大で差角Δαだけ下回られることが許される。これに応じて、αＧ−Δαとして示されている順守されるべき限界（閾値）が形成される。これは、時点Ｔ１の少々後に開始するが、この開始（時点）は“Start”の文字で示されている。この場合、風のある程度の突風度が存在することが検出され、そのため、差角Δαがアクティブ（状態）にスイッチされている。限界角αＧはこの例では常に、ブレード角αの平均値として、記録（測定）される。差角Δαが使用されることによって、限界角αＧが最大で差角Δαだけ下回られる（限界角αＧが差角Δαを超えて下回られない）ことが順守されているか否かを検査する相応の制御もアクティブ（状態）にスイッチされる。
【００５１】
そして、時間が進むと、突風は過ぎ去り、風速ＶＷｉｎｄは再びほぼ時点Ｔ１前の値を取った。回転数ｎはその間にその初期値即ち定格回転数ｎＮに制御されることができた。ブレード角αもそれに応じて時点Ｔ１前とほぼ同じくらいの値に再び減少した。不可避的な変動が依然として認められるが、これは風もまた少々変動するからである。この変動は、上述したようにこのブレード角αの平均値を形成する限界角αＧにおいては、殆ど認められない。
【００５２】
時点Ｔ２において風速は低下し始める。これが風速の本来的な低下の開始であるのか又は突風谷間であるのかについては識別できない。いずれにせよ、風速は比較的大きく低下し、その結果、回転数ｎも差し当たり減少する。回転数ｎを可及的に維持するために、即ち、回転数ｎの減少に対し対抗作用するために、ブレード角αも減少する。
【００５３】
限界角αＧは、平均化に基づきブレード角αのこの推移に従って差し当たり僅かだけ減少する。
【００５４】
そして、風速ＶＷｉｎｄは更に減少し、ブレード角αは、時点Ｔ３において、差角Δαだけ限界角αＧを下回る値に到達する。この状態において、今や、提案に係る制御が開始されることになる。
【００５５】
図２は、ブレード角αの実線で示された推移と、回転数ｎの実線で示された推移とによって、提案に係る制御が使用されない場合に生じることが予想される推移を示す。これによれば、ブレード角αは、時点Ｔ４において回転数ｎが初期回転数即ち定格回転数ｎＮに制御可能になるまで、減少し続けるであろう。ここで念のため指摘しておくが、この仮定も説明の容易化のためのものであること、風速は、風力発電装置が部分負荷運転の状態にありかつ回転数ｎが風不足のために定格回転数ｎＮを全く維持できないほど大きく低下することも十分にあり得ることである。しかしながら、説明の容易化のために、上記の過程は全く以って全負荷運転においてないしは通常は全負荷運転のために定在するものとされている風速に対して行われることを前提としている。
【００５６】
かくして、実線のブレード角α及び回転数ｎに応じて回転数ｎをその定格値ｎＮに維持することが可能になる。
【００５７】
時点Ｔ５において風速は再び大きく増大する。これは、突風性の風速の場合、典型的であり得る。これに応じて、回転数ｎも上昇し、ブレード角αも、回転数ｎのこの上昇に対抗作用するために、再び増加する。
【００５８】
ここで、風速は差し当たり比較的小さくかつブレード角αも比較的小さいにも拘らず、回転数ｎは定格値を有し、そのため、限界回転数ｎＭＡＸから大きくは離れていないという特殊な状況が存在する。この今や急速に増大する風のために回転数も上昇するが、上昇の程度は、ブレード角を制御しても回転数の過度に大きな上昇を十分に防ぐことができないほどである。このため、回転数ｎは、その後の時点Ｔ６において回転数の最大値ｎｍａｘに到達し、その結果、時点Ｔ６においては、緊急時シャットダウンを実行しなければならなくなるであろうが、これは、通常は、度外視することができない安全性の観点から実行されるであろう。
【００５９】
説明の容易化のために、図２は、回転数ｎの更なる推移を示しているが、これはこの緊急時シャットダウンが不活性化される（停止される）場合に予想されるものである。これによると、回転数ｎは更に少々上昇するが、その後、ブレード角αも更に増加するため、ついには制御可能になり、最大回転数ｎｍａｘ未満に低下可能になり、最終的には定格回転数の値ｎＮ（＝１）で制御可能になる。
【００６０】
この方法が提案に係る制御の下で実行される場合、時点Ｔ３において、ブレード角αがαＧ−Δαのこの値を下回って低下することは許されない。この別経路の推移は点線で記載されている。この点線は、かくして、当初は、限界（特性曲線）αＧ−Δαに沿って推移する。その結果、当初は、（修正）回転数ｎｍｏｄは、この制御が行われない場合に予想されるものよりもより大きく低下する。時点Ｔ４においても、この回転数ｎｍｏｄは、この提案に係る保護制御を行わない場合の回転数ｎよりも尚も明白により低い。時点Ｔ５でも、この回転数ｎｍｏｄは、回転数ｎよりも尚も明白により低い。
【００６１】
時点Ｔ５において、即ち風が大きく増大すると、ブレード角即ちαｍｏｄも大きく増加する。従って、このブレード角αｍｏｄは、既に、通常（の場合）のブレード角αよりもより大きい。相応に大きく、回転数ｎｍｏｄは制御されることができ、過度に大きな上昇を防ぐことが可能になる。これに加えて更に、有利なことに、回転数ｎｍｏｄは回転数ｎよりもより小さくもある。即ち、ブレード角はこの保護制御を行わない場合よりもより大きく、回転数はこの保護制御を行わない場合よりもより小さい。
【００６２】
かくして、この修正ブレード角αｍｏｄは時点Ｔ５において限界特性曲線αＧ−Δαから離れて増加する。
【００６３】
時点Ｔ６においては、保護制御を使用する場合のこの推移について、特別なことは起こらない。しかしながら、修正回転数ｎｍｏｄは限界回転数ｎＭＡＸには到達せず、従って、シャットダウンは回避されることが認められる。
【００６４】
ここで更に指摘すれば、限界角αＧも時点Ｔ３以降に比較的フラットに（緩やかに）減少するが、それは、限界角αＧは、この場合、修正ブレード角αｍｏｄに応じた実際角の推移に対応する（揃えられる）からである。
【００６５】
最後に、回転数特性曲線には、更に、ハッチングが付された領域、即ち、保護制御が行われない場合の回転数推移と保護制御による回転数推移ｎｍｏｄとの間の領域が記載されている。このハッチング領域は、保護制御によって生じ得る出力（電力）損失を表示するものである。この場合注意すべきことは、これは単なる説明の容易化のためのものであり、実際には、時点Ｔ６において緊急時シャットダウンが行われるであろうことである。この場合は勿論ハッチング領域もこの時点Ｔ６後になくなるであろうし、ないしは、寧ろ、ハッチング領域は、破線（点線）で示された回転数特性曲線ｎｍｏｄから下側に向かって時間軸に至るまでの範囲に記載される必要があるであろう。従って、予想される出力損失は、僅かであり、緊急時シャットダウンを実際に阻止できなかった場合と比べると、いずれにせよ、ネガティブではないことが容易に認められる。ここでも念のために指摘すれば、このハッチング領域はあくまで説明の容易化のためのものであり、回転数を時間で積分しても、単位の観点から既に当然であるが、出力（電力）にならないことは勿論である。
【００６６】
かくして、簡単な方法により、過大回転数の際に不所望の緊急時シャットダウンを阻止する解決策を提案することが可能になった。このために、ハードウェア（装置）についての適合化は全く必要とされない。とりわけ、より強力な（より大型の）ピッチモータ（ピッチング用モータ）を使用する必要はない。提案に係る制御は、追加の測定パラメータも、追加の制御パラメータも必要としない。
【図１】
2018538476.tif 000003
【図２】
2018538476.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月26日(2018.7.26)
【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（α）を有するロータブレードを有する風力発電装置の制御方法であって、以下の工程：
・定格風速までの風速のための部分負荷運転で風力発電装置を運転すること、
・定格風速を超える風速のための全負荷運転で風力発電装置を運転すること、但し、全負荷運転では、ブレード角（α）は風速の増大と共に大きくされる、
・ブレード角（α）の最小値としての限界角（αＧ）を決定すること、及び、
・限界角（αＧ）が最大で予め決定される差角（Δα）だけ下回られるよう、風力発電装置を制御すること、
を含む、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
・限界角（αＧ）の決定、及び／又は、
・限界角（αＧ）が予め決定される差角（Δα）だけのみ下回られるようにする、風力発電装置の制御は、
・風の予め決定される突風度が達成されること、
・風の予め決定される突風頻度が達成されること、及び、
・予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値を超えて上回るピーク回転数が少なくとも一回検出されること、
からなるリストからの少なくとも１つの条件が発生した場合に初めて実行される、
方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
限界角（αＧ）及び／又は差角（Δα）は、検出された突風度に依存して決定される、
方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の方法において、
予め決定される差角（Δα）は、
・０°〜１０°の範囲の値、
・３°〜８°の範囲の値、及び、
・凡そ５°の値
からなるリストから選択される値を有する、
方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、最後に調節されたブレード角（α）の平均値又はフィルタ処理値として求められる、
方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、最後に調節されたブレード角（α）からの限界角決定によって決定され、該限界角決定は、
・５秒〜２０秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・６秒〜１５秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・凡そ８秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角（α）の平均値形成、
・最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・５秒〜２０秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・６秒〜１５秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角（α）のローパスフィルタ処理、
・凡そ８秒の時定数を有する一次ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理、
からなるリストから選択される方法である、
方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）及び／又は差角（Δα）は、突風頻度に依存して調節される、
方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の方法において、
部分負荷運転において、ブレード角（α）に対し一定の部分負荷角が与えられており、限界角（αＧ）又は差角（Δα）を差し引いた限界角（αＧ）は該部分負荷角より小さくない、
方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の方法において、
限界角（αＧ）は、時間と共に及び／又は時間に依存する勾配と共に減少する、即ち直線的に減少する、
方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの調節可能なロータブレードと、該少なくとも１つのロータブレードの調節のための制御装置とを有する風力発電装置であって、
制御装置は請求項１〜９の何れかに記載の方法を実行するよう構成されている、即ち、そのような方法は制御プログラムにプログラムされている、
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】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に応じ、請求項１に記載の方法が提案される。即ち、本発明の一視点により、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の制御方法が提案される。この方法は、以下の工程：
・定格風速までの風速のための部分負荷運転で風力発電装置を運転すること、
・定格風速を超える風速のための全負荷運転で風力発電装置を運転すること、但し、全負荷運転では、ブレード角は風速の増大と共に大きくされる、
・ブレード角の最小値としての限界角を決定すること、及び、
・限界角が最大で予め決定される差角だけ下回られるよう、風力発電装置を制御すること、
を含む（形態１・基本構成）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ここに、本発明の好ましい形態を示す。
（形態１）上記基本構成参照。
（形態２）形態１の方法において、
・限界角の決定、及び／又は、
・限界角が予め決定される差角だけのみ下回られるようにする、風力発電装置の制御は、
・風の予め決定される突風度が達成されること、
・風の予め決定される突風頻度が達成されること、及び、
・予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値を超えて上回るピーク回転数が少なくとも一回検出されること、
からなるリストからの少なくとも１つの条件が発生した場合に初めて実行されることが好ましい。
（形態３）形態１又は２の方法において、限界角及び／又は差角は、検出された突風度に依存して決定されることが好ましい。
（形態４）形態１〜３の何れかの方法において、予め決定される差角は、
・０°〜１０°の範囲の値、
・３°〜８°の範囲の値、及び、
・凡そ５°の値
からなるリストから選択される値を有することが好ましい。
（形態５）形態１〜４の何れかの方法において、限界角は、最後に調節されたブレード角の平均値又はフィルタ処理値として求められることが好ましい。
（形態６）形態１〜５の何れかの方法において、限界角は、最後に調節されたブレード角からの限界角決定によって決定され、該限界角決定は、
・５秒〜２０秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・６秒〜１５秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・凡そ８秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・５秒〜２０秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・６秒〜１５秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・凡そ８秒の時定数を有する一次ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理、
からなるリストから選択される方法であることが好ましい。
（形態７）形態１〜６の何れかの方法において、限界角及び／又は差角は、突風頻度に依存して調節されることが好ましい。
（形態８）形態１〜７の何れかの方法において、部分負荷運転において、ブレード角に対し一定の部分負荷角が与えられており、限界角又は差角を差し引いた限界角は該部分負荷角より小さくないことが好ましい。
（形態９）形態１〜８の何れかの方法において、限界角は、時間と共に及び／又は時間に依存する勾配と共に減少する、即ち直線的に減少することが好ましい。
（形態１０）少なくとも１つの調節可能なロータブレードと、該少なくとも１つのロータブレードの調節のための制御装置とを有する風力発電装置であって、制御装置は形態１〜９の何れかの方法を実行するよう構成されている、即ち、そのような方法は制御プログラムにプログラムされていることが好ましい。
以下に、本発明は例示的に添付の図面を参照して詳細に説明される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図したものではない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
かくして、簡単な方法により、過大回転数の際に不所望の緊急時シャットダウンを阻止する解決策を提案することが可能になった。このために、ハードウェア（装置）についての適合化は全く必要とされない。とりわけ、より強力な（より大型の）ピッチモータ（ピッチング用モータ）を使用する必要はない。提案に係る制御は、追加の測定パラメータも、追加の制御パラメータも必要としない。
以下に、本発明の態様を付記する。
（態様１）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の制御方法。該方法は、以下の工程：
・定格風速までの風速のための部分負荷運転で風力発電装置を運転すること、
・定格風速を超える風速のための全負荷運転で風力発電装置を運転すること、但し、全負荷運転では、ブレード角は風速の増大と共に大きくされる、
・ブレード角の最小値としての限界角を決定すること、及び、
・限界角が最大で予め決定される差角だけ下回られるよう、風力発電装置を制御すること、
を含む。
（態様２）上記の方法において、
・限界角の決定、及び／又は、
・限界角が予め決定される差角だけのみ下回られるようにする、風力発電装置の制御は、
・風の予め決定される突風度が達成されること、
・風の予め決定される突風頻度が達成されること、及び、
・予め決定される期間中に、定格回転数を予め決定される閾値を超えて上回るピーク回転数が少なくとも一回検出されること、
からなるリストからの少なくとも１つの条件が発生した場合に初めて実行される。
（態様３）上記の方法において、限界角及び／又は差角は、検出された突風度に依存して決定される。
（態様４）上記の方法において、予め決定される差角は、
・０°〜１０°の範囲の値、
・３°〜８°の範囲の値、及び、
・凡そ５°の値
からなるリストから選択される値を有する。
（態様５）上記の方法において、限界角は、最後に調節されたブレード角の平均値又はフィルタ処理値として求められる。
（態様６）上記の方法において、限界角は、最後に調節されたブレード角からの限界角決定によって決定され、該限界角決定は、
・５秒〜２０秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・６秒〜１５秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・凡そ８秒の長さの期間にわたる最後に調節されたブレード角の平均値形成、
・最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・５秒〜２０秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・６秒〜１５秒の範囲の時定数を有する一次ローパスフィルタによる最後に調節されたブレード角のローパスフィルタ処理、
・凡そ８秒の時定数を有する一次ローパスフィルタによるローパスフィルタ処理、
からなるリストから選択される方法である。
（態様７）上記の方法において、限界角及び／又は差角は、突風頻度に依存して調節される。
（態様８）上記の方法において、部分負荷運転において、ブレード角に対し一定の部分負荷角が与えられており、限界角又は差角を差し引いた限界角は該部分負荷角より小さくない。
（態様９）上記の方法において、限界角は、時間と共に及び／又は時間に依存する勾配と共に減少する、とりわけ直線的に減少する。
（態様１０）少なくとも１つの調節可能なロータブレードと、該少なくとも１つのロータブレードの調節のための制御装置とを有する風力発電装置。制御装置は上記の方法を実行するよう構成されている、とりわけ、そのような方法は制御プログラムにプログラムされている。
【国際調査報告】
2018538476.tif 000005
2018538476.tif 000006
2018538476.tif 000007
2018538476.tif 000008
2018538476.tif 000009
2018538476.tif 000010