JP2023129293A - 風力タービンの運転方法及び、補助装置への給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力網（１０２）への接続が失われたときに風力タービン補助システムに給電する。【解決手段】安全な状態が検出されている間、複数のロータブレード（２２）のピッチ角を積極的に制御することによって風力タービンロータ（１８）を第１の回転速度で回転させ、電力を生成する。生成された電力の少なくとも一部を少なくとも１つの風力タービン補助システムに供給し、指定された条件を検出し、指定された条件の検出に応答して、第１の回転速度より低い第２の回転速度で風力タービンロータ（１８）を回転させて、電力を生成する。【選択図】図５

Description

本開示は、風力タービンを動作させるための方法に関し、特に、電力網（電気グリッド）への接続が失われたときに１つ又は複数の風力タービン補助システムに補助電力を供給するための方法に関する。本開示は、さらに、風力タービンに関する。

風力タービンは、電力網に電力を供給するために使用されるのが一般的である。この種の風力タービンは、一般に、タワーと、タワー上に配置されたローターとから構成される。ロータは、通常、ハブと複数のブレードから構成され、ブレードにかかる風の影響により回転する。この回転によりトルクが発生し、通常、ローターシャフトを介して、直接（「直接駆動」又は「ギアレス」）又はギアボックスの使用により発電機に伝達される。このようにして、発電機は電力を生成し、電力網に供給することができる。

風力タービンハブは、ナセルの前部に回転可能に結合されてもよい。風力タービンハブは、ロータシャフトに連結されてもよく、ロータシャフトは、その後、ナセル内のフレームに配置された１つ又は複数のロータシャフトベアリングを用いてナセルに回転可能に取り付けられてもよい。ナセルは、風力タービンタワーの上に配置されるハウジングで、ギアボックス（ある場合）及び発電機（ナセルの外に配置されていない場合）、さらに風力タービンによっては電力変換器や補助システムなどのその他のコンポーネントを格納し、保護することができる。

風力タービンは、一般に、ピッチ制御システム、換気・温度調節システム、通信システム、オイルポンプシステムなど（pitch control systems, ventilation and temperature regulation systems, communication systems, oil pump systems and others）、動作に電力を必要とする電気システムで構成されている。これらのシステムを動作させるための電力は、電力網から、又は風力タービン発電機から得ることができる。

風力タービンが何らかの理由で電力網から電力を得ることができなくなった場合、風力タービンの一部の電気システムは動作を停止する可能性がある。電力網が利用できないときに風力タービンの少なくとも一部の電気システムの動作を延長するために、１つ又は複数のエネルギー貯蔵及び／又はエネルギー供給デバイスを設けることができる。例えば、バッテリーベースのシステム、無停電電源装置（ＵＰＳ）などのスーパーキャパシタ、又は１つ又は複数のディーゼル発電機が提供される場合がある。

ウインドファームの１つ又は複数の風力タービンが電力網から切り離された場合、切り離された風力タービンは、いわゆるアイランドモードになるように構成されることがある。風力タービンがアイランドモードにある間、いくつかの関連する風力タービンの電気システム、例えば通信システム及び換気システムは、補助電源によって提供される電力がなくなるまで同様に動作を続けることができる。

電力網から切り離されている間、及び風力タービンを損傷する可能性のある過度の負荷から風力タービンを保護するために、風力タービンは一般にアイドリングされる。すなわち、風力タービンのブレードは、例えば１ＲＰＭでゆっくりと回転するために、ロータ平面に対して約９０°のフェザー位置に配置されることがある。風力タービンは、利用可能な補助電力の量が通常運転を再開するのに十分であることを条件に、電力網接続が回復するまでこのようなアイランドモードにあることができる。

重要な補助システムを長時間稼働させるためには、多数の電力供給／蓄電装置及び／又は比較的大きなエネルギー供給／蓄電装置が必要となる場合がある。例えば、ディーゼル発電機やソーラーパネルなどを用意して、長時間電力を供給することが知られている。さらに、補助電源のサイズ及び／又は数が、例えば数日又は数週間の電力供給のためにまだ十分でない場合、風力タービンの現場に行って、ディーゼル発電機などに充電／燃料補給をすることが必要になる場合がある。特に洋上風力タービンでは、時間とコストがかかる場合がある。

本開示は、必要なときに、より長い時間、十分かつ適切な補助電力の供給を利用できるようにすることの改善を提供することを目的とする。

本開示の一態様では、風力タービンを動作させるための方法が提供される。風力タービンは、複数のブレードを含む風力タービンロータと、風力タービン発電機と、を備える。本方法は、安全状態が検出されている間、複数のブレードのピッチ角を積極的に制御することによって、風力タービンロータを第１の回転速度で回転させ、電力を生成することを含む。本方法は、生成された電力の少なくとも一部を少なくとも１つの風力タービン補助システムに供給することをさらに備える。本方法は、指定された条件（特定条件：specified condition）を検出することと、指定された条件の検出に応答して、風力タービンロータを第１の回転速度よりも低い第２の回転速度で回転させて電力を発生させることとをさらに含む。

この態様によれば、自律運転モード（autonomous mode）において、風力タービンのある安全な状態が検出された場合、ロータの速度は、１つ又は複数の補助システムのための電力を生成するために適切なレベルに維持される。そして、風力タービンのある指定された条件が検出された場合、風力タービンにおける過剰な負荷を回避するために、ロータの速度がより低い回転速度に維持される。

このようにして、風力タービンは、中断することなく、スムーズに回転することができる。例えば、より低い回転速度に移行することにより、失速を回避することができる。また、風力タービンの関連する電気システムは、風力タービンの損傷のリスクを低減しつつ、より長い期間動作可能な状態に維持される可能性がある。さらに、風力タービンやウインドファームにおいて必要な補助電源が少なくなり、補助電源のサイズが小さくなる可能性がある。

本開示を通じて、安全な状態又は指定された状態は、例えば、風速、荷重、振動などの１つ又は複数のパラメータを測定することによって、風力タービンが検出することができる状態として理解される場合がある。安全な状態が検出されている間、風力タービンは自律運転モードで円滑に回転し、損傷のリスクは十分に低くなる可能性がある。指定された条件の検出は、ロータの回転速度を低下させるためのトリガーとして機能する。いくつかの例では、アイドリング運転のための指定された条件は、風力タービンの損傷の過度のリスクに関連している可能性がある。他の例では、ロータ速度の低減をトリガする他の状況を検出することができる。例えば、失速の過度のリスク又は風力タービンの故障が、指定された条件であるとみなされる場合がある。

本開示全体を通じて、補助システムは、電力網が利用できない場合に依然として電力供給されるべき、又は好ましくは電力供給もされる風力タービンシステム又はデバイスを指す場合がある。例えば、電力網が利用できない場合に、風力タービンの通信システム、温度調節及び換気システムを動作状態に維持することが必要である場合がある。

本開示を通じて、風力タービンブレードのピッチ角は、断面において、基準線とブレードのコードとの間で測定され得る角度と理解され得る。基準線は、いくつかの例では、風力タービンロータ平面において実質的に平行である、例えば含まれる場合がある。

本開示を通じて、風力タービンは、そのロータが電力を生成するのに十分な速度で回転しており、電力網が利用可能であり、風力タービンの発電機が電力網に転送される電力を生成しているときに運転中（「通常の運転：normal operation」）であると理解される場合がある。本明細書において、「通常運転」という用語は、そのような状況を明示的に指し示し、例えば自律モードでの風力タービンの運転と明示的に区別するために使用することができる。

本開示を通じて、「自律運転モード：autonomous mode of operation」という用語は、風力タービンが電力網から電力を供給又は取得せず、風力タービンが電力網の動作から独立して動作するように構成された風力タービンの動作モードを指す場合がある。このモードでは、風力タービンの重要な電気システム、例えば、通信システム、温度及び換気調節システム、軸受潤滑システム、コントローラシステム及び航海灯のうちの１つ又は複数を動作可能に保つための補助電源から電力を取得することができる。補助電源（複数可）、補助エネルギー貯蔵装置（複数可）及び補助エネルギー貯蔵システム（複数可）という用語は、本明細書において互換的に使用され得る。「アイランドモード」は、そのような自律的な動作モードの一例である。

本開示を通じて、風力タービンが電力網から（電気的に）切り離されているという事実が言及される場合、風力タービンが電力網に／電力網から電力を供給していない、又は電力を得ていないということが理解され得る。また、サーキットブレーカが開放されているなどの理由で、風力タービンが電力網から電気的に切り離されている状態を指す場合もある。ウインドファームの建設中や試運転中など、風力タービンがまだ稼働していない状態を指す場合もある。また、ウインドファームの設置時や試運転時など、送電線が利用できない状態、送電線がまだ存在しない状態を指すこともある。

本開示のさらなる態様では、風力タービンが電力網から電力を受け取ることができない場合に、風力タービンを動作させる方法が提供される。風力タービンは、複数のブレードを含むロータと、発電機とを備える。本方法は、風速が風速閾値を下回るとき、発電機によって電力が生成され、１つ又は複数の風力タービン補助コンポーネントに供給されるように、複数のブレードをアクティブピッチングすることによって風力タービンロータを第１の速度で回転することを含む。本方法は、風速が風速閾値以上であるとき、ロータの回転速度を第２の回転速度に減少させることをさらに含む。本方法は、発電機によって電力が生成され、１つ又は複数の風力タービン補助構成要素に供給されるように、ピッチ角を積極的に制御することによって第２の回転速度を維持することをさらに含む。

本開示のさらに別の態様では、風力タービンが提供され、この風力タービンは、本明細書に記載の方法を実施するように構成された制御システムを含む。

風力タービンの一例を示す透視図である。 図１の風力タービンのナセルの一例を簡略化して示す内部図である。 風力タービンの運転方法の一例を示すフローチャートである。 実施例による風力タービンブレードの異なるピッチ角を模式的に示している。 低風速時と高風速時のローターの回転速度とブレードのピッチ角の変化の一例を模式的に示したものである。 風力タービンを運転するための方法の他の例のフローチャートを示す。 電力網及び１つ以上の補助電源に接続された風力タービンを模式的に示している。

ここで、本開示の実施形態について詳細に言及するが、その１つ又は複数の例が図面に例示されている。各例は、説明のためにのみ提供され、限定として提供されるものではない。実際、本開示において様々な修正及び変形がなされ得ることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示又は説明された特徴は、別の実施形態と共に使用され、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内に入るような修正及び変形をカバーすることが意図される。

図１は、風力タービン１０の一例を示す透視図である。本実施例では、風力タービン１０は、水平軸型風力発電機である。あるいは、風力タービン１０は、垂直軸型風力発電機であってもよい。実施例では、風力タービン１０は、地面１２上の支持システム１４から延びるタワー１５と、タワー１５に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合されるロータ１８とを含む。

ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合され、ハブ２０から外側に伸びる少なくとも１つのロータブレード２２とを含む。例では、ロータ１８は、３つのロータブレード２２を有する。代替実施形態では、ロータ１８は、３つよりも多い又は少ない数のロータブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６との間に空洞（図１には示されていない）を規定するために、管状鋼から製造され得る。代替的な実施形態では、タワー１５は、任意の適切な高さを有する任意の適切なタイプのタワーである。代替によれば、タワーは、コンクリート製の部分と管状鋼製の部分とからなるハイブリッドタワーとすることができる。また、タワーは、部分的又は完全なラティスタワーとすることができる。

ロータブレード２２は、ロータ１８を回転させて運動エネルギーを風から使用可能な機械エネルギー、ひいては電気エネルギーに変換できるようにするために、ハブ２０に対して間隔をあけて配置される。ロータブレード２２は、複数の荷重伝達領域２６においてブレード根元領域２４をハブ２０に結合することによって、ハブ２０に嵌合される。荷重伝達領域２６は、ハブ荷重伝達領域とブレード荷重伝達領域（いずれも図１には示されていない）を有することができる。ロータブレード２２に誘起された荷重は、荷重伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

この例では、ロータブレード２２は、約１５ｍ（ｍ）～約９０ｍ以上の範囲の長さを有することができる。ロータブレード２２は、風力タービン１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な長さを有してもよい。例えば、ブレードの長さの非限定的な例としては、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ、又は９１ｍを超える長さが挙げられる。風が風向２８からロータブレード２２に当たると、ロータ１８はロータ軸３０を中心に回転される。ロータブレード２２が回転して遠心力を受けると、ロータブレード２２にも様々な力やモーメントがかかる。そのため、ロータブレード２２は、中立位置、すなわち非偏向位置から偏向位置まで偏向及び／又は回転することがある。

さらに、ロータブレード２２のピッチ角、例えば風向きに対するロータブレード２２の向きを決定する角度は、ピッチシステム３２によって変更され、風ベクトルに対する少なくとも１つのロータブレード２２の角度位置を調整することによって風力タービン１０によって発生する負荷及び電力を制御することができる。ロータブレード２２のピッチ軸３４が示される。風力タービン１０の動作中、ピッチシステム３２は、特に、ロータブレード（の一部）の迎え角が減少するようにロータブレード２２のピッチ角を変更することができ、これにより、回転速度の低減を容易にし、及び／又はロータ１８の失速を容易にする。

実施例では、各ロータブレード２２のブレードピッチは、風力タービン制御装置３６によって、又はピッチ制御システム８０によって個別に制御される。あるいは、全てのロータブレード２２のブレードピッチは、制御システムによって同時に制御されてもよい。

さらに、本実施例では、風向２８が変化すると、ナセル１６のヨー方向をヨー軸３８を中心に回転させて、風向２８に対してロータブレード２２を配置してもよい。

この実施例では、風力タービン制御装置３６は、ナセル１６内に集中配置されているように示されているが、風力タービン制御装置３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、ウインドファーム内（風力発電所内）、及び／又は遠隔制御センターでの分散制御システムであってもよい。風力タービン制御装置３６は、本明細書に記載の方法のステップの１つ以上を実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサを含むことができる。さらに、本明細書に記載される他の構成要素の多くは、１つ又は複数のプロセッサを含む。風力タービン制御装置３６は、メモリ、例えば、１つ又は複数のメモリデバイスを含むこともできる。本明細書で使用されるように、メモリは、コンピュータ可読媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク－読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）及び／又は他の適切なメモリ要素を含むがこれらに限定はしないメモリ要素（複数）を含むことがある。

図２は、風力タービン１０の一部を示す拡大断面図である。本実施例において、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合されるロータ１８とを含む。より具体的には、ロータ１８のハブ２０は、メインシャフト４４、ギアボックス４６、高速シャフト４８、及びカップリング５０によって、ナセル１６内に配置された電気発電機４２に回転可能に結合される。実施例では、メインシャフト４４は、ナセル１６の長手方向軸（図示せず）と少なくとも部分的に同軸上に配置される。メインシャフト４４の回転は、ロータ１８及びメインシャフト４４の比較的遅い回転運動を高速シャフト４８の比較的速い回転運動に変換することによって、その後高速シャフト４８を駆動するギアボックス４６を駆動する。後者は、カップリング５０の助けを借りて、電気エネルギーを生成するための発電機４２に接続される。さらに、例えば４００Ｖ～１０００Ｖの電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（例えば１０～３５ＫＶ）を有する電気エネルギーに変換するために、ナセル１６内に変圧器９０及び／又は適切な電子機器、スイッチ及び／又はインバータを配置することができる。洋上風力タービンは、例えば６５０Ｖから３５００Ｖの間の発電機電圧を有することができ、変圧器の電圧は、例えば３０ｋＶから７０ｋＶの間の電圧であることができる。電気エネルギーは、ナセル１６からタワー１５に電力ケーブルを介して伝導される。

いくつかの例では、風力タービン１０は、１つ又は複数のシャフトセンサ５１を含むことができる。シャフトセンサは、メインシャフト４４及び／又は高速シャフト４８に作用するトルク負荷、並びにシャフト４４、４８の回転速度の少なくとも１つを監視するように構成されてもよい。いくつかの例では、風力タービン１０は、１つ又は複数の発電機センサ５３を含むことができる。発電機センサは、発電機４２の回転速度及び発電機トルクのうちの少なくとも１つを監視するように構成されてもよい。シャフトセンサ５１及び／又は発電機センサ５３は、例えば、１つ以上のトルクセンサ（例えば、歪みゲージ又は圧力センサ）、光学センサ、加速度計、磁気センサ、速度センサ及びマイクロ慣性計測ユニット（ＭＩＭＵ）を含んでいてもよい。

ギアボックス４６、発電機４２及び変圧器９０は、任意にメインフレーム５２として具現化されるナセル１６の主支持構造フレームによって支持されてもよい。ギアボックス４６は、１つ又は複数のトルクアーム１０３によってメインフレーム５２に接続されるギアボックスハウジングを含んでもよい。実施例では、ナセル１６は、主前方支持軸受６０と主後方支持軸受６２も含む。さらに、発電機４２は、特に、発電機４２の振動がメインフレーム５２に導入され、それによって騒音放出源が生じることを防止するために、デカップリング支持手段５４によってメインフレーム５２に取り付けられることができる。

任意選択で、メインフレーム５２は、ロータ１８及びナセル１６の構成要素の重量、並びに風荷重及び回転荷重によって生じる荷重全体を担持し、更に、これらの荷重を風力タービン１０のタワー１５に導入するように構成される。ロータシャフト４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速シャフト４８、カップリング５０、並びにメインフレーム５２、並びに前方支持軸受６０及び後方支持軸受６２を含むがこれらに限定されない任意の関連する締結、支持、及び固定デバイスは、駆動系（ドライブトレイン：drive train）６４と称されることがある。

この例では、風力タービンは、ギアボックス４６のないダイレクトドライブ風力タービンであってもよい。発電機４２は、ダイレクトドライブ風力タービンにおいてロータ１８と同じ回転速度で動作する。したがって、それらは一般に、ギアボックスを有する風力タービンよりも同程度の電力を提供するために、ギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きな直径を有している。

ナセル１６は、風向２８に対するロータブレード２２の遠近を制御するために、ナセル１６を回転させ、それによってロータ１８もヨー軸３８を中心に回転させるために使用され得るヨー駆動機構５６を含むこともある。

風向２８に関してナセル１６を適切に位置決めするために、ナセル１６は、風向計及び風速計を含み得る少なくとも１つの気象学的測定システムも含み得る。気象測定システム５８は、風向２８及び／又は風速を含み得る情報を風力タービン制御装置３６に提供し得る。

実施例では、ピッチシステム３２は、少なくとも部分的に、ハブ２０にピッチアセンブリ６６として配置される。ピッチアセンブリ６６は、１つ以上のピッチ駆動システム６８と、少なくとも１つのセンサ７０とを含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ったロータブレード２２のピッチ角を変調するために、それぞれのロータブレード２２（図１に示す）に結合される。図２には、３つのピッチ駆動システム６８のうちの１つだけが示されている。

この実施例では、ピッチアセンブリ６６は、それぞれのロータブレード２２をピッチ軸３４を中心に回転させるために、ハブ２０とそれぞれのロータブレード２２（図１に示す）に結合された少なくとも１つのピッチベアリング７２を含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを含む。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動モータ７４がピッチ駆動ギアボックス７６に機械的な力を付与するように、ピッチ駆動ギアボックス７６に結合される。ピッチ駆動ギアボックス７６は、ピッチ駆動ピニオン７８がピッチ駆動ギアボックス７６によって回転されるように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合される。ピッチベアリング７２は、ピッチドライブピニオン７８の回転がピッチベアリング７２の回転を引き起こすように、ピッチドライブピニオン７８に結合される。

ピッチ駆動システム６８は、風力タービン制御装置３６からの１つ又は複数の信号の受信時にロータブレード２２のピッチ角を調整するために風力タービン制御装置３６に結合される。実施例では、ピッチ駆動モータ７４は、ピッチアセンブリ６６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、電力及び／又は油圧システムによって駆動される任意の適切なモータである。あるいは、ピッチアセンブリ６６は、油圧シリンダ、バネ、及び／又はサーボ機構など（ただし、これらに限定されない）の任意の適切な構造、構成、配置、及び／又は構成要素を含み得る。特定の実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性から抽出されたエネルギー及び／又は風力タービン１０の構成要素にエネルギーを供給する貯蔵エネルギー源（図示せず）によって駆動される。

ピッチアセンブリ６６はまた、特定の優先された状況の場合、及び／又はロータ１８の過速度の間、風力タービン制御装置３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための１つ又は複数のピッチ制御システム８０を含むことができる。実施例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービン制御装置３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するために、それぞれのピッチ駆動システム６８に通信可能に結合された少なくとも１つのピッチ制御システム８０を含む。実施例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８と、センサ７０とに結合される。風力タービン１０の通常運転中、風力タービン制御装置３６は、ロータブレード２２のピッチ角を調整するためにピッチ駆動システム６８を制御し得る。

実施形態によれば、例えばバッテリ及び電気コンデンサからなる発電機８４が、ハブ２０に又はハブ２０内に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０、及びピッチ駆動システム６８に結合され、これらの構成要素に電力源を提供する。本実施例では、電源８４は、風力タービン１０の運転中にピッチアセンブリ６６に継続的な電力源を提供する。代替実施形態では、電源８４は、風力タービン１０の電力損失事象の間のみ、ピッチアセンブリ６６に電力を供給する。電力損失事象は、電力網の損失又はディップ、風力タービン１０の電気システムの誤動作、及び／又は風力タービン制御装置３６の故障を含み得る。電力損失事象の間、発電機８４は、ピッチアセンブリ６６が電力損失事象の間に動作できるように、ピッチアセンブリ６６に電力を供給するために動作する。

例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル、及び電源８４はそれぞれ、ハブ２０の内面８８によって規定されるキャビティ８６内に配置される。代替実施形態では、これらの構成要素は、ハブ２０の外面に対して位置決めされ、外面に直接又は間接的に結合され得る。

本明細書で使用する場合、「プロセッサ」という用語は、当該技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路に限らず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及び他のプログラマブル回路を広く指し、これらの用語は、本明細書では互換的に使用する。

本開示の一態様において、風力タービン１０を自律動作モードで動作させるための方法１００が提供される。風力タービン１０は、例えば図１及び図２に示されるように、複数のブレード２２を含む風力タービンロータ１８と、風力タービン発電機４２と、を備える。風力タービン１０は、自律モードにおいて、発電機４２から電力を、１つ以上の風力タービン補助システム１０８及び１つ以上の補助電源８４のうちの少なくとも１つに供給するように構成される。方法１００は、図３のフローチャートに概略的に示されている。１つ以上の補助システム１０８は、電力を生成する同じ風力タービン１０にある場合もあれば、異なる風力タービンにある場合もある。

本方法は、ブロック１１０において、安全状態が検出されている間、複数のブレード２２のピッチ角２５を積極的に制御することによって風力タービンロータ１８を第１の回転速度で回転させ、電力を発生させることを含む。本方法は、ブロック１２０において、（ロータを第１の速度で回転させながら）生成された電力の少なくとも一部を少なくとも１つの風力タービン補助システム１０８に供給することをさらに備える。本方法は、ブロック１３０において、指定された条件を検出することと、ブロック１４０において、指定された条件の検出に応答して、風力タービンロータ１８を第１の回転速度よりも低い第２の回転速度で回転させて電力を生成することと、をさらに備える。本方法は、いくつかの例において、ロータが第２の速度で回転している間に、生成された電力の少なくとも一部を、少なくとも１つの風力タービン補助システム１０８に供給することをさらに含み得る。

したがって、風力タービンロータ１８は、ある回転速度で自律動作モードで回転していてもよく、風力タービン発電機４２は、温度調節システム及び通信システムなどの風力タービンの補助システム、例えば、給電のための電力を生成していてもよい。回転速度、したがって生成された電力は、ブレード２２のピッチ角２５を積極的に制御することによって、所望の値に維持することができる。発電機４２のトルクも、例えば主変換器又は追加変換器を用いて制御することができる。

風力タービン１０を危険にさらす可能性のある状態が検出された場合、例えば過度の振動が検出された場合、風力タービンロータ１８は減速され、過度の負荷を避けるためにロータ１８は低い回転速度で回転される。風力タービンは、風力タービン１０の１つ又は複数の補助システムに電力を生成し供給し続けることができる。ブレード２２のピッチ角は、ロータ１８の新しい、より低い、回転速度を維持するために、この低い回転速度でロータを回転させながら、積極的に制御することもでき、任意に電力出力を維持することもできる。

電力出力は、条件が良好なとき、例えば低風速のときだけでなく、条件が不利になったとき、例えば高風速又は高迎角（high angles of attack）のときにも、自律的な動作モード中に補助システム、及び場合によっては補助エネルギー貯蔵システムに供給するために得ることができる。自律動作モード中に安全でない条件で発電を停止する代わりに、ローターの回転速度、場合によってはブレードのピッチ角、及び場合によっては発電機トルクは、電力を生成して補助システムに供給するために適応される。このような適応は、電力出力を調節し、可能な限り一定に保つことを容易にすることもできる。さらに、発電機によって生成される電力の利用可能性が拡張されるため、方法１００を実行できない風力タービン１０と比較して、エネルギー貯蔵源、例えば電池、キャパシタ、ＵＰＳ又はディーゼル発電機の数及び／又はサイズが低減される可能性がある。

本開示を通じて、風力タービンブレード２２のピッチ角は、断面において、基準線２３とブレード２７のコードとの間で測定され得る角度２５として理解され得る、図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃを参照。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃにおいて点線で示される基準線２３は、風力タービン１０のロータ平面に実質的に平行である場合がある。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ブレード２２を断面で模式的に示している。矢印「ＴＷ」を参照する風は、これらの図において左から右へ吹くことがある。風力タービンブレード２２は、ロータ１８面内で回転し、この図では下方向に移動するため、見かけ上の風の流れ、矢印「ＡＷ」参照は上方向になる。見かけの風ＡＷは、ブレードの回転による風と、ブレード２２に対して軸方向ＴＷに吹き付ける風とで構成される。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに示すプロファイルの右側は、ブレードの吸引側であると理解することができ、一方、左側は、ブレードの圧側であると理解することができる。

図４Ａにおいて、ブレードは、ピッチ角２５の基準位置にある。基準位置において、ブレードのコード２７は、基準線２３と実質的に平行である。図４Ａでは、ブレードのコード２７と基準線２３とが重なっている。したがって、ピッチ角２５は、０゜又は「既定のピッチ角」であってもよい。デフォルトピッチ角、すなわち「基準位置」は、風力タービンブレード２２が低風速の範囲、例えばサブノミナル風速（sub-nominal wind speeds）の範囲にわたって維持する位置であってよい。

図４Ｂでは、ブレードが基準位置から離れた位置にピッチングされている。図４Ｂにおけるピッチ角２５は、したがって、図４Ａよりも図４Ｂの方が高い。図４Ｃでは、ピッチ角２５は、基準位置に対してさらに大きくなっている。ピッチ角２５を増加させることは、一般に、風力タービンロータすなわち風力タービンブレードが、風力タービンロータの空気力学的トルクを低減するために、より少ない揚力とより多くの抗力を生成するように構成されている位置に設定されることを遅くする可能性がある。ブレード２２を基準位置から約９０゜にピッチングさせると、風力タービンがフェザーポジションになり、場合によっては完全に停止するか、少なくともその回転速度を大幅に低下させることができる。ブレードのフェザーポジションは、風力タービンがメンテナンスのために例えば停止されて（parked）いるときにブレードが置かれる可能性があるポジションである。

いくつかの例では、所定のパラメータが閾値以下である場合に安全状態が検出され、所定のパラメータが閾値に達したか又は閾値を超えた場合に特定状態が検出される場合がある。指定された条件が判定され、風力タービンが動作しない場合、風力タービンが損傷する可能性がある。破損を回避するために、ロータ１８の回転速度が低下される。ロータが所望の速度で回転していることを確認するために、シャフトセンサ５１又は発電機センサ５１を用いることができる。

いくつかの例では、安全な状態及び／又は所定の状態を検出することは、風速、迎角、風力タービン負荷、風力タービン振動及び風力タービン加速度のうちの少なくとも１つを測定することを含み得る。すなわち、所定のパラメータは、風速、迎角、風力タービン負荷、風力タービン振動、及び風力タービン加速度（wind speed, angle of attack, wind turbine load, wind turbine vibration and wind turbine acceleration）のうちの１つであってもよい。測定は、直接及び間接の両方であってもよい。１つ以上のパラメータを同時に監視することもできる。例えば、風速閾値は、低風速領域と高風速領域とを分けることができる。強風を示すある所定の値、例えば２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ以上が検出された場合、ロータの回転速度を低下させ、低い値に維持することができる。風速は、気象測定システム５８、例えば風速計によって決定されてもよい。風速はまた、任意にピッチ角と組み合わせて、ローター速度から導出されてもよい。

風力タービンの負荷は、力、応力及び圧力のうちの少なくとも１つを含むことができる。シャフトセンサ５１は、風力タービンの負荷及び振動を決定するために使用することができる。一般に、関連するパラメータを測定するために、当技術分野で知られている、ベアリング及び又はブレードの根元などの異なる風力タービンの位置に配置された異なるタイプのセンサを使用することができる。

図５は、風力タービンの自律運転時の風速に対するブレードのピッチ角とロータの回転速度の変化の一例を模式的に示したものである。この例では、閾値は風速、特に２０ｍ／ｓである。この風速以下では、ピッチを積極的に制御して実質的に一定の回転速度を提供することができ、この例では、６～７ＲＰＭ、例えば約６．５ＲＰＭの回転速度である。他の例では、回転速度はわずかに変化してもよく、例えば５と７ＲＰＭの間である。

ピッチ角２５は、ＰＩＤ制御を使用して変化させることができる。いくつかの例では、ロータ１８が第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転しているときに、通常の風力タービンの運転中に用いられるＰＩＤ制御の比例ゲインよりも低いＰＩＤ制御の比例ゲインで、ピッチ角が変化させられてもよい。図５の例では、風速の変動はピッチ変動に大きな影響を及ぼさない。ＰＩＤ制御の比例ゲインを比較的低くすることで、出力の制御が容易になる可能性がある。ピッチ変動は比較的小さく、風速によって急激に変化しない場合がある。２０ｍ／ｓ以上では、ロータの回転速度は、この例では１ＲＰＭ以下に減少し、例えば約０．８ＲＰＭに減少し、この速度に維持される。実施例では、ブレードのピッチ角は、このようなロータ速度を維持するために再び積極的に制御される。この図の例では、発電機は、風速閾値未満でも、風速閾値以上でも、例えば２００ｋＷを発生させることができる。ロータの第１及び／又は第２の回転速度は、この例及び他の例において、風力タービンの通常運転中のロータの回転速度（複数可）とは異なることがある。

いくつかの例では、ロータの第１の回転速度は、ロータの回転周波数、すなわち１Ｐロータ周波数、（したがって３Ｐロータ周波数も）風力タービンタワーの固有周波数を超えるようなものであってもよい。１Ｐは、ロータの（一定の）回転速度である第１の加振周波数である。３Ｐは第２の加振周波数（３枚のブレードを持つ風力タービンの場合）であり、タワーの前を通過するブレードである。そして３Ｐは、３枚のブレードを持つ風力タービンの場合、ローター１８の回転周波数の３倍となる。１Ｐ及び３Ｐの周波数がタワーの固有振動数以上である場合、タワーの振動は回避され得るか、少なくとも増強されない。例えば、３Ｐタワー共振、すなわち、ブレード通過周波数とタワー固有周波数との間の一致は起こらないであろう。タワー振動の振幅、ひいては風力タービン全般の振幅が制限される可能性がある。

これらの例又は他の例において、ロータの第２の回転速度は、ロータの回転周波数、すなわち１Ｐロータ周波数が風力タービンタワーの固有周波数以下となるようなものであってもよい。したがって、タワー共振が回避され、風力タービンの損傷のリスクが低減される可能性がある。また、強風、例えば２０又は２５ｍ／ｓを超えるようなあまり好ましくない条件下でも、実質的に一定の出力、又は少なくとも許容範囲内の出力がより容易に得られる可能性がある。ブレードの失速及び風力タービンの安定性に関するリスク又は問題もまた、回避されるか、又は少なくとも低減される可能性がある。いくつかの例では、３Ｐロータ周波数は、風力タービンタワーの固有振動数以下であることもある。

図５の例では、２０ｍ／ｓ以下の６．５回転は、例えば、タワーの固有振動数以上のローターの回転周波数（１Ｐ振動数）に相当する場合がある。また、２０ｍ／ｓを超える０．８ＲＰＭは、例えば、タワーの固有振動数を下回るローターの回転周波数（１Ｐ振動数）に対応することができる。いくつかの例では、３ＲＰＭと６ＲＰＭとの間のローターの回転速度、例えば３～５ＲＰＭ又は３～４ＲＰＭとの間のローターの回転速度が、タワーを固有振動数で振動させる可能性がある。他の例では、前のものと重なっていなくてもよい、又は部分的に重なっていてもよい、ローター速度の他の範囲が、タワーを固有振動数で振動させることがある。例えば、２．８～３．５ｒｐｍの間のロータ速度は、タワーを固有振動数で振動させる可能性がある。図５の例では、３から３．５ＲＰＭの間の回転速度が、タワーを固有振動数で振動させる可能性がある。

タワーの固有振動数に応じて、第１及び第２の回転速度を適合させることができる。発電と風力タービンに作用する負荷の低減との間の良好なバランスを得ることができる。いくつかの例では、第１の回転速度は、４～８ＲＰＭの間、具体的には５～７ＲＰＭの間とすることができる。これらの例又は他の例において、第２の回転速度は、４ＲＰＭ以下、具体的には３ＲＰＭ以下、より具体的には２ＲＰＭ以下、より具体的には１ＲＰＭ以下であってもよい。例えば、いくつかの例では、第１の回転速度は５．５と６．５ＲＰＭの間であってもよく、第２の回転速度は２．５ＲＰＭ以下、例えば、１．５と２．３ＲＰＭの間であってもよい。

いくつかの例では、例えば図５の例では、ブレード２２のピッチ角２５は、風力タービンロータ１８が第１の回転速度で回転しているときに４５゜未満、特に３０゜未満に保たれることがある。ピッチ角は、風力タービンロータ１８が第２の回転速度で回転しているときに４５゜以上に保たれ、特に６０゜以上に保たれることがある。ピッチ角のこれらの範囲は、適切な量の電力を発生させるだけでなく、振動及び失速を最小限に抑えるのに役立つと考えられる。他の例では、既に述べた範囲と重複しないか又は部分的に重複する他の範囲内のピッチ角が、安全体制及び危険体制のそれぞれにおける運転に適していると判断され得る。

いくつかの例では、ロータを第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させるときに発生する電力は、風力タービンの定格電力（rated power）の５％未満、具体的には３％未満、より具体的には１％未満であってもよい。例えば、風力タービンが１２又は１４ＭＷの定格電力を有する場合、発電機４２は、自律運転モードにおいて１００ｋＷから３００ｋＷを提供することができる。この段落に開示されているような電力出力は、すべての必要な補助システム、及びいくつかの例では１つ又は複数の補助電力システムにも給電するのに十分であり得る。

ロータの回転速度は、安全な状態が検出されている間は実質的に一定であってもよく、また、風力タービンの所定の状態が検出されたときに維持される回転速度への移行が達成された後は一定であってもよい。それら２つの回転速度の間の移行は、任意の適切な移行（遷移）であってよい。すなわち、移行はより速くても遅くてもよく、回転速度は線形に変化してもよいし、異なる方法で変化してもよい。電力変換器によって供給されるトルクもまた、任意の適切な方法で変化してよい。

ロータの第１の回転速度及び第２の回転速度に関して、それらは、例として、実質的に一定であってもよい。例えば、ロータを第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させるときのロータの回転速度は、ロータの回転速度の設定値プラスマイナス１０％の範囲内、特にロータの回転速度の設定値プラスマイナス５％の範囲内に維持することができる。メインコントローラは、回転速度の設定値がどれであるかを示すことができる。図５の例では、風力タービンの安全状態での設定値は約６．５ＲＰＭであり、特定状態での設定値は約０．８ＲＰＭである。他の例では、設定値は異なっていてもよい。

同様に、出力される電力は、一定の範囲内で変化してもよい。ロータを第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させるときに発生する電力は、例えば、電力出力の設定値プラスマイナス１０％の範囲内、具体的には、電力出力の設定値プラスマイナス５％の範囲内に維持されてもよい。図５の例では、出力設定値は、安全条件と指定された条件の両方で約２００ｋＷとすることができる。

いくつかの例では、電力出力設定値が提供されることがある。これらの例では、ピッチ角及び発電機トルクは、電力出力設定値を達成及び維持するために積極的に調節されることがある。回転速度設定値は省略されることがある。すべての自律運転モード、すなわち安全条件と指定された条件の両方に対して同じ電力出力設定値が提供されてもよいし、安全条件に対する第１の電力出力設定値と指定された条件に対する第２の電力出力設定値という２つの異なる電力出力設定値が提供されてもよい。第２の電力出力設定値は、第１の電力出力設定値よりも低くてもよい。閾値以上及び／又は閾値未満のロータの回転速度は、ロータの平均回転速度のプラスマイナス１０％の範囲内、特にロータの平均回転速度のプラスマイナス５％の範囲内で維持されてもよい。

他の例では、回転速度設定値を提供することができる。ジェネレータトルクとピッチ角は、このような設定値に到達し維持するために変化させることができる。ロータの回転速度の２つの異なる設定値が提供されてもよく、安全な条件のための第１の設定値と、指定された条件のための第１の設定値より低い第２の設定値とがある。閾値の上及び／又は下の出力は、平均出力プラスマイナス１０％の範囲内、特に平均出力プラスマイナス５％の範囲内に維持することができる。

いくつかの例では、１つ又は複数の補助システムに供給する以外に、発電機４２によって生成された電力を少なくとも１つの補助エネルギー貯蔵装置８４に供給することもできる。これは、電力網接続が利用できない間、風力タービンの運転を延長するのに役立つ場合がある。１つ以上の補助エネルギー貯蔵装置８４は、風力タービン１０に関して任意の適切な場所に配置することができる。いくつかの例では、１つ又は複数のエネルギー貯蔵装置８４は、ナセル１６内に配置されることがある。図２において、ブレード２２のピッチシステム３２のための補助エネルギー貯蔵装置８４が示されている。このようなエネルギー貯蔵装置は、他の実施例では、他の場所、例えば、タワー内、タワーの基部又はその近傍、移行片及びその他に配置されてもよいことが理解されよう。また、図２の実施例又は他の実施例において、さらなるエネルギー貯蔵装置８４も提供され得ることを理解すべきである。補助電源８４は、複数の風力タービン１０に電力を供給することができるように、ウインドファーム内に配置されることもある。

陸上風力タービン及び洋上風力タービンの両方が、本明細書に開示される方法ステップを実行することができる。風力タービンが洋上風力タービンである場合、ロータの第１及び／又は第２の回転速度は、ロータの回転周波数及びロータの回転周波数の３倍、すなわち１Ｐ及び３Ｐロータ周波数が、風力タービンに当たる海波の周波数と異なるようにすることができる。このような場合、ロータ１８の回転がダンパーとして機能し、波によるタワー振動を打ち消すことができる。したがって、振動及び風力タービンの損傷の危険性を低減することができる。

検出された指定された条件が検出されなくなり、他の指定された条件が検出されない場合、風力タービンロータはその回転速度を増加させることができる。例えば、安全な状態では回転速度が６．５ｒｐｍ程度であり、安全でない状態で回転速度が低下した場合、危険が去った時点で回転速度を６．５ｒｐｍに再び上昇させることができる。また、送電線への接続が可能になった場合は、さらに回転数を上げることができる。

安全な特定条件のための指定された条件、出力及び回転速度のうちの１つ以上は、風力タービンを設置する前に決定、特定又は既知であってよい。いくつかの例では、それらは、風力タービンを設置する前に、又は風力タービンの設置もしくは試運転中に決定されることがある。例えば、出力及び１つ以上の閾値は、風力タービンを設置する前に設定することができる。他の例では、１つ以上の条件又はパラメータは、風力タービンが通常運転を開始した後に決定される場合がある。いくつかの例では、安全でない状態のための第２の回転速度設定値は、自律運転中に決定されることさえある。例えば、自律運転中の安全な状態の間に、ある時間、例えば数時間又は数日後に指定された条件が満たされることが検出されるか、又は知られているか、又は疑われる場合、第２の回転速度設定値を決定するために天気予報が使用されてもよい。その後、ブレード２２のピッチ角２５と、その回転速度を達成するための発電機トルクが決定されることがある。そのような回転速度設定値は、いくつかの例では、遠隔操作センターから受信されることがある。

本開示のさらなる態様では、風力タービンが電力網１０２から電力を受信できないときに風力タービン１０を動作させるための方法２００が提供される。これは、例えば、バスバー又はいくつかのケーブルが損傷又は破損しているため、風力タービンと電力網１０２との間の物理的接続が欠落している可能性があることに起因している。他の例では、風力タービンと電力網との間の物理的な接続は存在するが、他の理由（例えば電気障害）により、風力タービンが電力網１０２から電力を取得することができない場合がある。風力タービン１０は、複数のブレード２２を含むロータ１８と、発電機４２とを備える。風力タービン１０は、発電機４２から１つ又は複数の風力タービン補助構成要素１０８に電力を送るように構成され、少なくとも風力タービンの自律動作モードでは１つ又は複数の補助電源８４に送るように構成されることもある。方法２００は、図６のフローチャートに示されている。方法１００に関する側面及び説明は、方法２００に組み合わせて適用することができ、その逆もまた然りである。

本方法は、ブロック２１０において、風速が風速閾値を下回る場合、発電機によって電力が生成され、１つ又は複数の風力タービン補助コンポーネント１０８に供給されるように、複数のブレード２２をアクティブピッチングすることによって風力タービンロータ１８を第１の速度で回転することを備える。１つ以上の補助構成要素１０８は、電力を生成する風力タービン１０にある場合もあれば、別の風力タービンにある場合もある。

本方法は、ブロック２２０において、風速が風速閾値以上であるとき、ロータ１８の回転速度を第２の回転速度に減少させることをさらに含む。

本方法は、ブロック２３０において、発電機４２によって電力が生成され、１つ又は複数の風力タービン補助構成要素１０８に供給されるように、ピッチ角を積極的に制御することによって第２の回転速度を維持することをさらに含む。ここでも、１つ又は複数の補助構成要素１０８は、同じ風力タービン又は異なる風力タービンにある場合がある。

いくつかの例では、風速閾値は２０ｍ／ｓから３０ｍ／ｓの間であってもよい。

いくつかの例では、１つ又は複数の補助コンポーネント１０８に供給される電力は、５００ｋＷ以下、例えば１００～４００ｋＷの間であってよい。

いくつかの例では、第１の回転速度は５～８ＲＰＭであってもよく、第２の回転速度は３ＲＰＭ以下であってもよい。

いくつかの例では、方法は、例えば、少なくともロータ１８の第１の回転速度での回転中に、１つ又は複数の補助エネルギー貯蔵システム８４に電力を供給することをさらに含むことがある。

本開示のさらなる態様では、本明細書に開示される方法１００、２００のいずれかを実行するように構成された風力タービン１０が提供される。風力タービン１０は、複数のブレード２２を含むロータ１８と、発電機４２と、任意に１つ又は複数の補助電源８４とを備える。風力タービンは、少なくとも風力タービンの自律動作モードにおいて、発電機４２から１つ又は複数の補助システム１０８に電力を供給し、任意で１つ又は複数の補助エネルギー貯蔵システム８４にも電力を供給するように構成される。風力タービン１０は、陸上風力タービンであってもよいし、海上風力タービンであってもよい。風力タービン１０は、本明細書に記載された方法のいずれかを実施するように構成された制御システムを備える。

図７は、方法１００及び２００が実施され得る、風力タービン、例えば洋上風力タービンの風力タービン１０の例を模式的に示している。風力タービン１０は、ウィンドファーム（風力発電所）バスバー１０１に接続され、そして第１のスイッチ１０３によって電力網１０２に接続される。ウィンドパークのすべての風力タービン（図示せず）は、ウィンドファームのバスバー１０１に接続される。電力網１０２とウィンドファームのバスバー１０１との間の接続は、第１のスイッチ１０３によって調節される。

風力タービンの発電機４２は、風況の変化により周波数が変動するＡＣ（交流）電力を発生させる。発電機４２から出力される電力を、電力網１０２に適したもの、例えば固定周波数を有する交流電力に調整するための電力変換器１０４が提供されてもよい。電力変換器１０４は、機械側変換器、ライン側変換器、及び機械側変換器とライン側変換器を接続するＤＣ（直流）リンク（図示せず）から構成されてもよい。いくつかの例では、追加の補助電力変換器（図示せず）が提供されてもよい。主電力変換器の代わりに、補助電力変換器は、自律運転中の発電機トルクの調節を担当することができる。

風力タービンの発電機４２は、いくつかの例では、複数の永久磁石を担持する発電機ロータとステータとを含む永久磁石発電機であってよい。永久磁石発電機は、風力タービンロータ１８によって直接駆動されてもよい。発電機の固定子は、機械側コンバータに接続されてもよく、このコンバータは、受信したＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するように構成されてもよく、ＤＣ電圧はその後ＤＣ－リンクに供給される。ライン側コンバータは、ＤＣリンクからのＤＣ電圧を固定周波数ＡＣ電圧に変換するように構成されてもよい。

ライン側コンバータは、主変圧器１０５を介してウィンドファームのバスバー１０１に接続されてもよい。主変圧器１０５は、電力変換器１０４によって供給される電圧を、例えば３．３ｋＶに昇圧するように構成されてもよい。主変圧器１０５は、いくつかの例では、風力タービンのナセル１６又はタワー１５内に設置されることがある。主変圧器１０５は、他の実施例では、他の適当な場所に配置されてもよい。

風力タービンは、風力タービンのいくつかの電気要素に低電圧電力源、例えば約４００Ｖを供給するように構成された補助変圧器１０７を含むこともできる。補助変圧器１０７は、例えば、換気及び温度調節システムなどの風力タービンの補助電気システム１０８に電力を供給することができる。補助変圧器１０７は、風力タービンのナセル１６内に収容されてもよく、主変圧器１０５に接続されてもよい。

ウィンドファームは、ウィンドファームの電圧から電力網電圧（グリッド電圧）に電力を変換する例えばウィンドファーム変圧器を含む変電所を構成することができる。いくつかの例では、補助変圧器１０７も変電所に配置されることがある。補助変圧器１０７は、それに応じて、複数の風力タービンに補助電力を供給することができる。補助変圧器１０７は、一般に、ウインドファーム内の任意の適切な場所に配置されてもよい。

１つ又は複数の補助電源８４は、図７の例のように、第２のスイッチ１０６を介してウィンドファームのバスバー１０１に接続されることがある。１つ以上の補助電源８４は、いくつかの例では、ウインドファーム変電所に設けられることがある。したがって、補助電力は、複数の風力タービンに同時に供給されてもよい。他の実施例では、１つ以上の補助電源８４は、各風力タービンに個別に電力を供給するために、個々の風力タービンの近く又は風力タービン内に設置されてもよい。単一の風力タービンに補助電力を供給するための１つ又は複数の補助電源だけでなく、２つ又は複数の風力タービンに補助電力を供給するための１つ又は複数の補助電源も提供することができる。一般に、補助エネルギー貯蔵システム８４の任意の適切な数及び位置が選択され得る。

図７の例では、主変圧器１０５は、電力網１０２から第１の電圧で電力を受け取り、１つ又は複数の補助電源８４から第１の電圧とは異なる第２の電圧、例えば第１の電圧よりも低い電圧で電力を受け取るように構成されていてもよい。電力網１０２は、通常運転時にウィンドファームバスバー１０１に電力を供給するように構成されてもよく、発電機４２及び補助電源（複数可）８４は、例えば電力網損失の場合にバスバー１０１に電力を供給するように構成されてもよい。

風力タービンが電力網１０２から電力をもはや受け取ることができない場合、補助システム１０８は、発電機４２及び／又は１つ又は複数の補助電源８４からそれを得ることを開始し得る。風力タービン１０の重要な電気コンポーネント１０８は、したがって、風力タービンの補助変圧器１０７を介して電力を供給することができる。補助風力タービン変圧器１０７は、風力タービンの主変圧器１０５から受け取った電力を、それが給電する風力タービンの電気部品が必要とする電圧レベル、例えば３．３ｋＶから０．３ｋＶに変換してもよい。発電機４２によって提供される電力が補助システム１０８によって必要とされる電力を超える場合、補助電源８４も充電されることがある。

以上の説明は、主変圧器１０５、補助変圧器１０７、補助システム１０８、補助蓄電システム８４の数や位置、電圧レベル、電力を引き出す／送る風力タービン１０の数などに適応させることができる。

本書では、好ましい実施形態を含む教示を開示するために例を用い、また、任意の装置又はシステムの製造及び使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含む、当業者が教示を実践することを可能にするために例を用いて説明する。特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的でない差異を有する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。説明した様々な実施形態からの側面、及びそのような各側面に対する他の既知の等価物は、本願の原理に従って追加の実施形態及び技術を構築するために、当業者によって混合及び適合されることができる。図面に関連する参照符号が請求項において括弧内に配置されている場合、それらは単に請求項の分かりやすさを向上させようとするためのものであり、請求項の範囲を限定するものと解釈してはならない。

１０：風力タービン １２：地面 １４：支持システム １５：タワー １６：ナセル １８：ロータ ２０：ハブ ２２：ロータブレード ２３：基準線 ２４：ブレード根元部分 ２５：ピッチ角 ２６：基準線 ２６：荷重伝達領域 ２７：コード ２８：風向 ３０：ロータ軸 ３２：ピッチシステム ３４：ピッチ軸 ３６：風力タービン制御装置 ３８：ヨー軸 ４２：発電機 ４３：通信モジュール ４４：メインシャフト ４５：ロータ速度基準曲線 ４６：ギアボックス ４８：高速シャフト ５０：カップリング ５１：軸センサ ５２：メインフレーム ５３：発電機センサ ５４：デカップリング支持手段 ５６：ヨー駆動機構 ５８：気象測定システム ６０：主前方支持軸受 ６２：後方支持軸受 ６４：駆動列 ６６：ピッチアセンブリ ６８：ピッチ駆動システム ７０：センサ ７２：ピッチベアリング ７４：ピッチ駆動モータ ７６：ピッチ駆動ギアボックス ７８：ピッチ駆動ピニオン ８０：ピッチ制御システム ８４：発電機 ８６：キャビティ ８８：内面 ９０：変圧器 １０１：ウィンドファームのバスバー １０２：電力網 １０３ トルクアーム／第１のスイッチ １０４：電力変換器 １０５：主変圧器 １０６：第２のスイッチ １０７：補助変圧器 １０８：風力タービン補助システム

Claims (15)

1. 風力タービン（１０）を自律動作モードで運転する方法（１００）であって、風力タービン（１０）は、複数のブレード（２２）を備える風力タービンロータ（１８）と、風力タービン発電機（４２）とを含み、方法は、
   安全状態が検出されている間、複数のブレード（２２）のピッチ角をアクティブに制御することによって、風力タービンロータ（１８）を第１の回転速度で回転させ、電力を生成する（１１０）ステップと、
   生成された電力の少なくとも一部を少なくとも１つの風力タービン補助装置に供給する（１２０）ステップと、
   指定された条件を検出する（１３０）ステップと、
   指定された条件の検出に応答して、風力タービンロータ（１８）を第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転させ、電力を発生させる（１４０）ステップと、
   を含む、方法。
2. 安全状態は、所定のパラメータが閾値を下回った場合に検出され、所定の状態は、所定のパラメータが閾値に達したか又は閾値を超えた場合に検出され、所定のパラメータは、風速、迎角、風力タービン負荷、風力タービン振動及び風力タービン加速度のうちの１つ又は複数である、請求項１に記載の方法。
3. ロータの第１の回転速度は、ロータの回転周波数が風力タービンタワーの固有振動数を上回るようなものである、請求項１または２に記載の方法。
4. ロータの第２の回転速度は、ロータの回転周波数が風力タービンタワーの固有振動数を下回るような回転速度である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第１の回転速度が、４～８回転／分、具体的には５～７回転／分である、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第２の回転速度が、４回転／分未満、具体的には３回転／分未満、より具体的には２回転／分未満、より具体的には１回転／分未満である、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 風力タービンロータ（１８）が第１の回転速度で回転されるとき、ピッチ角が４５°未満、具体的には３０°未満であり、風力タービンロータ（１８）が第２の回転速度で回転されるとき、ピッチ角が４５°より大きく、具体的には６０°より大きくい、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 風力タービンロータ（１８）を第２の回転速度で回転させる（１４０）ステップは、複数のブレード（２２）のピッチ角を積極的に制御するステップを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. ロータ（１８）が第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転しているときに、通常運転時のＰＩＤ制御の比例ゲインよりも低いＰＩＤ制御の比例ゲインで、ピッチ角を変化させる、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. ロータ（１８）を第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させたときに発生する電力は、風力タービンの定格電力の５％未満、具体的には３％未満、より具体的には１％未満である、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. ロータ（１８）を第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させるときに発生する電力が、電力出力設定値のプラスマイナス１０％の範囲内、具体的には電力出力設定値のプラスマイナス５％の範囲内に維持され、ロータ（１８）を第１の回転速度で回転させるときに発生する電力が、電力出力設定値のプラスマイナス１０％の範囲内である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. ロータ（１８）を第１の回転速度及び／又は第２の回転速度で回転させるときのロータの回転速度が、ロータ設定値の回転速度のプラスマイナス１０％の範囲内、具体的にはロータ設定値の回転速度のプラスマイナス５％の範囲内に維持されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 発電機（４２）から少なくとも１つの補助エネルギー貯蔵システム（８４）に生成された電力を供給するステップをさらに含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 第１及び／又は第２の回転速度は、風力タービンの通常運転時のロータ回転速度とは異なる、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 複数のブレード（２２）を備える風力タービンロータ（１８）と、
    発電機（４２）と、
    制御システム（３６）と、
    を含み、
    制御システム（３６）は、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法を実施するように構成されている、風力タービン（１０）。