JP2019183802A - 風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】浮体姿勢を安定化しながら、発電電力を向上させる風力発電システムを提供する。【解決手段】ブレードのピッチ角度であるブレードピッチ角度を変更可能なブレードを有し、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、前記風力発電システムに含まれる機器を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記ナセルの前後方向の運動状態を示すナセル傾斜状態に基づいて前記ブレードピッチ角度を調整するナセル振動制御部と、前記ブレードの回転位置を示すアジマス角度に基づいて、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整する独立ピッチ制御部とを備え、前記独立ピッチ制御部は、前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を制御することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電システムに係り、特に、浮体式洋上風力発電システムの発電電力を好適に向上する風力発電システムに関する。

近年、二酸化炭素の排出量増加を起因とする気候変動や、化石燃料の枯渇によるエネルギー不足が懸念されており、二酸化炭素排出の低減や、エネルギー自給率の向上が求められている。これらの実現のためには、二酸化炭素を排出せず、輸入に依存する化石燃料を利用することなく、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーにて発電が可能な発電システムの導入が有効である。

再生可能エネルギーを利用した発電システムの中でも、太陽光発電システムのように日射による急峻な出力変化をしない風力発電システムは、比較的安定した発電出力ができる発電システムとして注目されている。また、地上と比較して、風速が高く、風速変化が少ない洋上に設置する風力発電システムも有力な発電システムとして注目されている。なお、風力発電システムはロータのエネルギー変換効率が風速に応じて異なることから、ロータ回転速度の運転範囲を可変とする可変速運転を実施している。

上記可変速制御は風力発電システムの発電電力を調整できる有効な手段であるが、当該風力発電システムが洋上に浮かべられる土台（以下、浮体）に設置された場合には、浮体の前後方向の角度（浮体の場合のナセルピッチ角度）の固有振動を励起させる場合がある。この振動現象は一般的にネガティブダンピング現象と呼ばれている。ネガティブダンピング現象の発生原因は、上記可変速制御によるブレードピッチ角度の操作である。ロータ回転速度（または発電機回転速度）を定格値に保持するようにブレードピッチ角度を操作することが、ナセルピッチ角度の固有振動を励起するように、ロータが風から前後方向に受ける力であるスラスト力を増減させてしまうためである。対策が施されなければナセルピッチ角度の振動振幅が増加し、タワーや他構造物の荷重増加、疲労蓄積に繋がる。

上記ネガティブダンピング現象を抑制する手段として、特許文献１に「風力発電装置およびそのアクティブ制振方法並びに風車タワー」が開示されている。要約すると、「ナセルに取り付けられ、該ナセルの振動の加速度を検出する加速度計と、前記加速度計により検出された加速度に基づき、前記ナセルの振動を打ち消すように前記風車ブレードにスラスト力を発生させるための該風車ブレードのピッチ角を算出」する手段である。

特許第4599350号公報

特許文献1に記載の手段を適用することにより、上記ネガティブダンピング現象を抑制することができる。ただし、ブレードピッチ角度を利用してナセルピッチ角度の変化を抑制するが、ブレードピッチ角度はシステムが出力する発電電力を調整する役割も担うことから、特許文献1に記載の手段を利用した場合には、ブレードピッチ角度が発電電力に最適な状態から逸脱されることとなる。これにより、ナセルピッチ角度の振動は抑制できるが、その反面、発電電力の低下、すなわち発電効率が低下する課題があることを発明者は知見として把握した。そこで本発明では、浮体式洋上風力発電システムのナセルピッチ角度の振動を抑制しながら、発電効率の低下を抑制する風力発電システムまたは風力発電システムの運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る風力発電システムは、ブレードのピッチ角度であるブレードピッチ角度を変更可能なブレードを有し、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、前記風力発電システムに含まれる機器を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記ナセルの前後方向の運動状態を示すナセル傾斜状態に基づいて前記ブレードピッチ角度を調整するナセル振動制御部と、前記ブレードの回転位置を示すアジマス角度に基づいて、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整する独立ピッチ制御部とを備え、前記独立ピッチ制御部は、前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、浮体式洋上風力発電システムのナセルピッチ角度振動を抑制しながら、発電効率の低下を抑制することができる風力発電システムまたは風力発電システムの運転方法を提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る風力発電システム１の構成概要を示す図である。 本発明の実施形態に係るコントローラ９に実装される運転制御手段の処理概要を示すブロック線図である。 本発明の実施形態に係るブレードの回転位置を示すアジマス角度を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るナセル傾斜状態とナセル振動制御によるブレードピッチ角度の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るブレードピッチ角度の動作方向を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るナセル振動制御部によるブレードピッチ角度指令値と独立ピッチ制御部によるブレードピッチ角度指令値の振幅の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部において、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置にある場合の、アジマス角度と独立ピッチ角度調整量の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部において、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置にある場合の、アジマス角度と独立ピッチ角度調整量の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部において、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置および低い位置にある場合の、アジマス角度と独立ピッチ角度調整量の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部において、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置および低い位置にある場合であり、高い位置にある振幅の最大値が低い位置にある振幅の最大値よりも小さい場合の、アジマス角度と独立ピッチ角度調整量の関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るコントローラ９に実装される運転制御手段の処理概要を示すフローチャートである。 本発明を実施しない場合の発電機回転速度制御部およびナセル振動制御部のブレードピッチ角度の変化概略を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態に係る発電機回転速度制御部、ナセル振動制御部、および独立ピッチ制御のブレードピッチ角度の変化概略を示すタイムチャートである。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について具体的に説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様が下記実施例に限定されることを意図するものではない。

まず、図１を用いて、本発明を適用可能な風力発電システム全体の概略構成について説明する。

図１の風力発電システム１は、複数のブレード２と、複数のブレード２を接続するハブ３とで構成されるロータ４を備える。ロータ４はナセル５に回転軸（図１では省略する）を介して連結されており、回転することでブレード２の位置を変更可能である。ナセル５はロータ４を回転可能に支持している。ナセル５は発電機６を適宜位置に備える。ブレード２が風を受けることによりロータ４が回転し、ロータ４の回転力が発電機６を回転させることで電力を発生することができる。

ブレード２の各々には、ブレード２とハブ３の位置関係、すなわちピッチ角と呼ぶブレードの角度、を変更可能なピッチアクチュエータ７を備えている。ピッチアクチュエータ７を用いてブレード２のピッチ角を変更することにより、風に対するロータ４の回転エネルギーを変更できる。これにより、広い風速領域においてロータ４の回転速度を制御しながら、風力発電システム１の発電電力を制御することができる。

図１の風力発電システム１では、ナセル５はタワー８上に設置されており、タワー８に対して回転可能に支持されている。ハブ３やナセル５を介してブレード２の荷重がタワー８に支持される。タワー８は、浮体部９に設置され、地上、洋上、浮体等の所定位置に設置される。

ナセル５に設置される発電機６は、タワー８内（またはナセル５内、または浮体部９内）に設置されるパワーコンディショニングシステム（図では省略）によって発生するトルクが制御され、ロータ４の回転トルクを制御することができる。

また、風力発電システム１はコントローラ１０を備えており、ロータ４の回転角度を計測する回転角度センサ１１が出力する信号と、パワーコンディショニングシステムにて計測する発電電力に基づいて、コントローラ１０が発電機６とピッチアクチュエータ７を調整することで、風力発電システム１が出力する電力を調整する。また、コントローラ１０は、前記ナセルの前後方向の運動状態を示すナセル傾斜状態を推定するためのパラメータ、例えばナセルの前後加速度を示すナセルピッチ加速度またはナセルの前後傾斜角度を示すナセルピッチ角度を計測するセンサ１２に基づき、ピッチアクチュエータ７を調整することで、ナセルピッチ角度の振動を低減する。

ここで、センサ１２の出力であるナセルピッチ角度は、水平面から垂直方向を基準とした角度であっても良いし、所定条件下の角度を基準とした角度であっても良い。風力発電システム１が陸上に設置される場合は、上記垂直方向を基準としても良いし、無風時のナセルの状態を基準角度としても良い。また、風力発電システム１が浮体台上に設置される場合には、水平面に対する垂直方向を基準角度としても良いし、無風時かつ波高が低い条件下でのナセルの状態を基準角度としても良い。

図１ではコントローラ１０はナセル５またはタワー８の外部に設置される形態にて図示されているが、これに限ったものではなく、ナセル５またはタワー８または浮体部９の内部またはそれ以外の所定位置、または風力発電システム１の外部に設置される形態であっても良い。

図２は、コントローラ１０に実装する本発明の実施形態に係る運転制御手段の処理概要を示すブロック線図である。なお、図２に示すブロック線図はブレードピッチ角度を制御する部分を抽出したものであって、コントローラ１０の処理内容はこれに限ったものではなく、発電機６を制御する手段も備えられている。本運転制御手段は、回転速度制御部２１、ナセル振動制御部２２、独立ピッチ制御部２３、および加算部２４、２５、２６、２７を備える。

回転速度制御部２１は、回転角度センサ１１の出力信号であるアジマス角度から決定される発電機回転速度に基づいてブレードピッチ角度指令値を決定し、発電電力を調整するためのロータ４の回転速度を制御する。

ナセル振動制御部２２は、ナセルピッチ角度を計測するセンサ１２の出力信号であるナセルピッチ角度に基づいてブレードピッチ角度指令値を決定し、ナセルピッチ角度の振動を抑制する。

独立ピッチ制御部２３は、回転角度センサ１１の出力信号であるアジマス角度に基づいてブレードピッチ角度指令値を決定し、発電効率の低減を抑制する。

なお、本発明の実施形態では、回転速度制御部２１が決定するブレードピッチ角度指令値およびナセル振動制御部２２が決定するブレードピッチ角度指令値は、複数あるブレード２のすべてに同様に指令される値を示す。

加算部２４では、回転速度制御部２１が決定するブレードピッチ角度指令値と、ナセル振動制御部２２が決定するブレードピッチ角度指令値を加算する。

加算部２５では、加算部２４の出力結果と独立ピッチ制御部２３が決定するブレードピッチ角度を加算し、ブレード＃１のピッチ角度の指令値であるブレード＃１ピッチ角度指令値を決定する。

加算部２６では、加算部２４の出力結果と独立ピッチ制御部２３が決定するブレードピッチ角度を加算し、ブレード＃２のピッチ角度の指令値であるブレード＃２ピッチ角度指令値を決定する。

加算部２７では、加算部２４の出力結果と独立ピッチ制御部２３が決定するブレードピッチ角度を加算し、ブレード＃３のピッチ角度の指令値であるブレード＃３ピッチ角度指令値を決定する。

図３は、回転角度センサ１１が出力するアジマス角度を示す概要図である。アジマス角度はロータ４の回転軸における、ブレード２の回転位置を示すものであり、図３はブレード１に注目したものである。垂直方向の軸であるＰ０を基準とし、＃１のブレード２０１の時計回り方向の角度がアジマス角度である。＃２および＃３のブレードも同様にＰ０を基準としたアジマス角度で表現するが、これに限ったものではなく、複数あるブレードがそれぞれの基準位置を設けてアジマス角度を定義するものであってもよい。また、図３はハブ側からみて時計回り方向のアジマス角度を示すが、ハブと逆のナセル方向からみて時計回り方向の角度をアジマス角度と定義するものであってもよい。

図４は、本発明の実施形態に係るナセルピッチ角度とナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値の関係を示す概要図であり、この関係はナセル振動制御部２２に実装されるアルゴリズムによって達成される特性である。図４に示すように、ナセルピッチ角度とナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値は正比例の関係を示し、ナセルピッチ角度が正となる際に、ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値はフェザー側へ変化する。なお、ナセルピッチ角度が正の場合はナセル５が風下方向に変化することを示し、ナセルピッチ角度が負の場合はナセル５が風上方向に変化することを示す。

また、図５はブレードピッチ角度の動作方向を示す概要図である。図５(a)に示す基準ブレードピッチ角度に対し、図５(b)に示すようにブレードピッチ角度操作軸を中心に、ブレードの後端を風下方向に調整することがフェザー側へ調整することを示し、図５(c)に示すようにブレードピッチ角度操作軸を中心に、ブレードの後端を風上方向に調整することがファイン側へ調整することを示す。

図４において、ナセルピッチ角度が正の場合に、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザーとする理由は、ナセルピッチ角度が正となる場合は、ロータ４が風を受けて風力発電システム１が風下側に傾いた状態であり、ロータ４が受けるスラスト力を低減するためにブレードピッチ角度をフェザー側へ調整する。逆に、ナセルピッチ角度が負の場合に、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をファインとする理由は、ナセルピッチ角度が正となる場合は、風力発電システム１が風上側に傾いた状態であり、ロータ４が受けるスラスト力を低減するためにブレードピッチ角度をファイン側へ調整する。

図６は、本発明の実施形態に係るナセル振動制御２２によるブレードピッチ角度指令値と独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の振幅を示し、独立ピッチ制御部２３に備えられる特性を示す概要図である。本発明の実施形態では、ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度の操作方向と、独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の操作方向が逆となるような特性を備える。ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値がフェザー方向の場合、独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の振幅はブレードピッチ角度をファイン側に調整するように振幅を設定する。逆に、ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値がファイン方向の場合、独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の振幅はブレードピッチ角度をフェザー側に調整するように振幅を設定する。

この理由は上述の通り、ナセル振動制御部２３は、発電電力を制御する回転速度制御部２１によるブレードピッチ角度指令値から、ブレードピッチ角度を追加調整することで、発電電力が低下、すなわち発電効率が低下させる性質を備える。独立ピッチ制御部２３はこの発電効率の低下を抑制するように、ナセル振動制御部２２が決定するブレードピッチ角度指令値の調整方向と逆方向へ操作するようにブレードピッチ角度指令値を決定する。

図７は、本発明の実施形態の一例である、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置にあるアジマス角度で独立ピッチ制御部２３がブレードピッチ角度を調整する形態を示す概要図である。

図７(a)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をフェザー側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ７１に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ７１だけ調整した結果を示すＢ７１に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度が９０度から２７０度の間に、三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ７１を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ７１に決定される。

図７(b)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をファイン側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ７２に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ７２だけ調整した結果を示すＢ７２に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度が９０度から２７０度の間に、三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ７２を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ７２に決定される。

なお、図７の例は、独立ピッチ制御部２３がアジマス角度に基づき、三角関数にしたがってブレードピッチ角度指令値を決定するものであるが、これに限ったものではなく、ランプ状の変化や近似曲線に従って決定するものであってもよい。

図８は、本発明の実施形態の一例である、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置にあるアジマス角度で独立ピッチ制御部２３がブレードピッチ角度を調整する形態を示す概要図である。

図８(a)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をフェザー側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ８１に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ８１だけ調整した結果を示すＢ８１に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度が０度から９０度および２７０度から３６０度の間に、三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ８１を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ８１に決定される。

図８(b)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をファイン側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ８２に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ８２だけ調整した結果を示すＢ８２に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度が０度から９０度および２７０度から３６０度の間に、三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ８２を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ８２に決定される。

なお、図８の例は、独立ピッチ制御部２３がアジマス角度に基づき、三角関数にしたがってブレードピッチ角度指令値を決定するものであるが、これに限ったものではなく、ランプ状の変化や近似曲線に従って決定するものであってもよい。

図９は、本発明の実施形態の一例である、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置および高い位置にあるアジマス角度で独立ピッチ制御部２３がブレードピッチ角度を調整する形態を示す概要図である。ここで、図９の例は、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置および高い位置にあるアジマス角度でのブレードピッチ角度指令値の振幅の最大値が等しい場合を示す。

図９(a)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をフェザー側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ９１に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ９１だけ調整した結果を示すＢ９１に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度に基づく三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ９１を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ９１に決定される。

図９(b)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をファイン側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ９２に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ９２だけ調整した結果を示すＢ９２に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度に基づく三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ９２を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ９２に決定される。

なお、図９の例は、独立ピッチ制御部２３がアジマス角度に基づき、三角関数にしたがってブレードピッチ角度指令値を決定するものであるが、これに限ったものではなく、ランプ状の変化や近似曲線に従って決定するものであってもよい。

図１０は、本発明の実施形態の一例である、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置および高い位置にあるアジマス角度で独立ピッチ制御部２３がブレードピッチ角度を調整する形態を示す概要図である。ここで、図１０の例は、ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置にあるアジマス角度でのブレードピッチ角度指令値の振幅の最大値が、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置にあるアジマス角度でのブレードピッチ角度指令値の振幅の最大値が大きい場合を示す。

図１０(a)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をフェザー側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ１０１に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ１０１だけ調整した結果を示すＢ１０１に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度に基づく三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ１０１を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ１０１に決定される。

図１０(b)はナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度をファイン側に調整した場合の例である。回転速度制御部２１のブレードピッチ角度指令値Ａ１０２に対し、ナセル振動制御部２２がブレードピッチ角度指令値をフェザー側へＥ１０２だけ調整した結果を示すＢ１０２に対し、独立ピッチ制御部２３はアジマス角度に基づく三角関数に従い、ブレードピッチ角度指令値Ｄ１０２を調整することで、ブレードピッチ角度指令値がＣ１０２に決定される。

なお、図１０の例は、独立ピッチ制御部２３がアジマス角度に基づき、三角関数にしたがってブレードピッチ角度指令値を決定するものであるが、これに限ったものではなく、ランプ状の変化や近似曲線に従って決定するものであってもよい。

図１０のように、ブレード２の先端位置がナセル５よりも低い位置での独立ピッチ制御部２３のブレードピッチ角度指令値の振幅が、ブレード２の先端位置がナセル５よりも高い位置での独立ピッチ制御部２３のブレードピッチ角度指令値の振幅よりも大きくする理由は下記の通りである。ナセル振動制御部２２のブレードピッチ角度指令値により、ナセルピッチ角度はより絶対値が小さい方向へ変化する。これに対し、独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値はナセルピッチ角度を絶対値が大きくなる方向へ操作することとなる。ブレード２の先端がナセル５よりも低い位置でのブレードピッチ角度指令値よりも、ブレード２の先端がナセル５よりも高い位置でのブレードピッチ角度指令値を大きくすることで、ロータ軸と水平面方向で同一面上に存在し、ロータ軸と垂直な軸周りの回転モーメントを発生することで、独立ピッチ制御部２３によるナセルピッチ角度の絶対値増加を抑制することを狙っている。

図１１は、本発明に係る運転制御手段の処理概要を示すフローチャートである。

ステップＳ０１では回転速度制御部２１によるブレードピッチ角度指令値を決定し、ステップＳ０２に進む。ステップＳ０２ではナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値を決定し、ステップＳ０３に進む。ステップＳ０３ではアジマス角度を取得し、ステップＳ０４に進む。ステップＳ０４ではナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値がフェザー方向であるか否かを判定し、正（ｙｅｓ）の場合はステップＳ０５に進み、否（ｎｏ）の場合はステップＳ０６に進む。ステップＳ０５では独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の振幅をファイン方向に設定し、ステップＳ０７に進む。ステップＳ０６では独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値の振幅をフェザー方向に設定し、ステップＳ０７へ進む。ステップＳ０７では、アジマス角度と振幅に基づいて独立ピッチ制御部２３によるブレードピッチ角度指令値を決定し、ステップＳ０７へ進む。ステップＳ０８では、回転速度制御部２１、ナセル振動制御部２２、および独立ピッチ制御部２３で決定されたブレードピッチ角度指令値を加算し、一連の動作を終了する。

以下、図１２および図１３を用いて、本発明に係る実施形態によるブレードピッチ角度の動作の様子を説明する。

図１２は、本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部２３を適用しない場合のブレードピッチ角度指令値のタイムチャートである。回転速度制御部２１によるブレードピッチ角度指令値Ａ１２は発電電力を制御するための最適値とみなせるが、ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値を加算した結果Ｂ１２は、発電電力を制御するための最適値から逸脱する。これにより発電効率が低下する。

図１３は、本発明の実施形態に係る独立ピッチ制御部２３を適用した場合のブレードピッチ角度指令値のタイムチャートである。回転速度制御部２１によるブレードピッチ角度指令値Ａ１３は図１２の例と同様に発電電力を制御するための最適値とみなせ、ナセル振動制御部２２によるブレードピッチ角度指令値を加算した結果Ｂ１３は、発電電力を制御するための最適値から逸脱するが、独立ピッチ制御部２３のブレードピッチ角度指令値を加算した結果Ｃ１３は、図１２の例よりもブレードピッチ角度指令値をＡ１３に近づくように変化する。これにより、ナセル振動制御部２３による発電効率の低下を抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…風力発電システム、２…ブレード、３…ハブ、４…ロータ、５…ナセル、６…発電機、７…ピッチアクチュエータ、８…タワー、９…浮体部、１０…コントローラ、１１…回転角度センサ、１２…ナセルピッチ角度センサ。

Claims (10)

1. ブレードのピッチ角度であるブレードピッチ角度を変更可能なブレードを有し、風を受けて回転するロータと、
   前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
   前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムであって、
   前記風力発電システムに含まれる機器を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記ナセルの前後方向の運動状態を示すナセル傾斜状態に基づいて前記ブレードピッチ角度を調整するナセル振動制御部と、
   前記ブレードの回転位置を示すアジマス角度に基づいて、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整する独立ピッチ制御部とを備え、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を制御することを特徴とする風力発電システム。
2. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
   前記ナセル傾斜状態は、ナセルの前後傾斜角度、または前後傾斜角速度、または前後傾斜角加速度、または前後並進変位、または前後並進速度、または前後並進加速度、
   であることを特徴とする風力発電システム。
3. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも低い位置にあるアジマス角度において、前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整することを特徴とする風力発電システム。
4. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも高い位置にあるアジマス角度において、前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整することを特徴とする風力発電システム。
5. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも低い位置および高い位置にあるアジマス角度において、
   前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に調整することを特徴とする風力発電システム。
6. 請求項５に記載の風力発電システムであって、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも低い位置および高い位置にあるアジマス角度において、
   前記ナセル振動制御部が決定する前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードピッチ角度を前記ブレードごとに独立に調整する際、
   前記ブレード毎に独立に調整するための振幅に関し、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも低い位置にある際の前記振幅の最大値が、前記ブレードの先端が前記ナセルの垂直位置よりも高い位置にある際の前記振幅の最大値よりも大きいことを特徴とする風力発電システム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
   前記ナセル振動制御部が前記ブレードピッチ角度を風下方向に調整する際に、前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードピッチ角度を風上方向に調整することを特徴とする風力発電システム。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
   前記ナセル振動制御部が前記ブレードピッチ角度を風上方向に調整する際に、
   前記独立ピッチ制御部は、前記ブレードピッチ角度を風下方向に調整することを特徴とする風力発電システム。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の風力発電システムであって、
   前記風力発電システムが洋上に浮かべられる構造物上に設置される洋上風力発電システムであることを特徴とする風力発電システム。
10. 前記ブレードピッチ角度を変更可能なブレードを有し、風を受けて回転するロータと、
    前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
    前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を備える風力発電システムの制御方法であって、
    前記ナセルの傾斜状態変化を低減するように前記ブレードピッチ角度を調整する制御するとともに、
    前記ナセルの傾斜状態変化を低減させるように制御された前記ブレードピッチ角度の動作方向と逆方向に、前記ブレードのアジマス角度に、前記ブレードピッチ角度を前記ブレード毎に独立に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。

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