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公開番号2024035741
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-14
出願番号2022140400
出願日2022-09-02
発明の名称風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置
出願人ナブテスコ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 7/04 20060101AFI20240307BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置制御システムは、風力発電装置が備える少なくとも1つのブレード上の風向と風速の少なくとも1つを検出するブレード風検出装置と、ブレード風検出装置が検出した風向と風速の少なくとも1つに基づいて、少なくとも1つのブレードのピッチ角度と、風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出するブレード風検出装置と、
前記ブレード風検出装置が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのブレードのピッチ角度と、前記風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、
を備える風力発電装置制御システム。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記ブレード風検出装置は、
前記ブレード上に設けられる少なくとも１つの応力センサと、
前記ブレード上に設けられ、前記応力センサの測定結果を前記ブレード制御装置に無線送信する送信部と、
を備える請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項３】
前記応力センサは、前記ブレードの円周方向に沿って設けられる複数の応力センサである
請求項２に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項４】
前記ブレード風検出装置は、
前記ブレードのピッチ角度を取得するピッチ角度取得部と、
前記応力センサの測定時点における前記ピッチ角度に基づいて、前記複数の応力センサの内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果とに基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、
を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項５】
前記ブレード風検出装置は、
前記ブレードが風を受けたことに起因して回転する際の回転中心軸における回転角度を取得する回転角度取得部と、
前記応力センサの測定時点における前記回転角度に基づいて、前記複数の応力センサ内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果に基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、
を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項６】
前記ブレード風検出装置は、
風速と前記応力センサの測定結果との対応関係を示す対応情報を記憶する対応情報記憶部と、
前記複数の応力センサのそれぞれの測定結果を統計処理した指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値と前記対応情報とに基づいて、前記ブレード上の風速を検出する風速検出部と、
を備える請求項３に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項７】
前記風力発電装置のナセルに取り付けられるナセル風向検出装置を更に備え、
前記制御部は、前記ブレードが定格回転に到達するまでは、前記ナセル風向検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御し、
前記ブレードが前記定格回転に到達している間は、前記ブレード風検出装置が検出する風向に基づいて、前記ピッチ角度と前記ヨー角度の少なくともいずれかを制御する
請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項８】
前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備え、
前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、
前記駆動装置にかかる負荷が所定の閾値を超えた際に、前記ヨー駆動装置にかかる負荷が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置と
を更に備える
請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項９】
前記ブレード風検出装置は、所定期間における前記風向の変化量である風向偏差を算出する偏差算出部を備え、
前記ヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置にかかる負荷を検出する負荷検出装置と、
前記風向偏差が所定の閾値を超えた際に、前記風向偏差が前記所定の閾値を超えた時点を含む特定期間の前記ヨー駆動装置にかかる負荷と前記風向偏差とを外部装置に出力する出力装置と
を更に備える
請求項１に記載の風力発電装置制御システム。
【請求項１０】
風力発電装置が備える少なくとも１つのブレードにかかる応力を測定する応力センサと、
前記応力センサの測定結果に基づいて、前記ブレードのヨー角度を回転駆動するヨー駆動装置の出力を停止し、且つ、前記ヨー駆動装置の回転駆動を制動する制動機構による制動を解除する解除部と、
を備える風力発電装置制御システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明のいくつかの態様は、風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、複数枚のブレードと、ナセル、タワーなどを備える風力発電装置が開示されている。この特許文献１では、風向を検出するナセル風向検出装置をナセル上に設置している。そして、ナセル上に設置されるナセル風向検出装置が検出する風向のデータに基づいて、タワー上に取り付けられるナセルの回転角度（つまり、ヨー角度）を制御している。このような制御を行うことにより、特許文献１では、風力発電装置の発電量を向上させたり、ブレードを駆動する駆動部が、突風により衝撃を受けることを回避したりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１１８０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示されている風力発電装置では、風力発電装置に向かって吹く風により、複数のブレードが回転する。ナセル上に設けられているナセル風向検出装置は、複数のブレードの間を通り抜けた風を検出する。しかし、特許文献１で開示されている風力発電装置では、ナセル風向検出装置が、複数のブレードの後方に設けられており、複数のブレードと、ナセル風向検出装置との距離が離れている。そのため、ナセル上に設けられているナセル風向検出装置が検出する風向は、複数のブレード上での風向とは異なる場合がある。よって、特許文献１で開示されている風力発電装置では、複数のブレード上における風向を正確に把握して、風力発電装置のタワー上に取り付けられるナセルの回転角度（つまり、ヨー角度）を制御することができない場合がある。
【０００５】
本発明のいくつかの態様は、上記課題を解決するためになされたものであって、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる風力発電装置制御システム及びブレード風検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムは、風力発電装置が備える少なくとも１つのブレード上の風向と風速の少なくとも１つを検出するブレード風検出装置と、前記ブレード風検出装置が検出した前記風向と前記風速の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのブレードのピッチ角度と、前記風力発電装置のヨー角度の少なくともいずれかを制御するブレード制御装置と、を備える。
この構成によれば、風力発電装置が受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
【０００７】
（２）なお、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレード上に設けられる少なくとも１つの応力センサと、前記ブレード上に設けられ、前記応力センサの測定結果を前記ブレード制御装置に無線送信する送信部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードにおける風向や風速のデータを、ブレードが回転中であっても無線通信により取得することができ、取得したデータに基づいて、風力発電装置を駆動することができる。
【０００８】
（３）また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記応力センサは、前記ブレードの円周方向に沿って設けられる複数の応力センサであってもよい。
この構成によれば、ブレードの円周方向に設けられる複数の応力センサにより、ブレードの周囲３６０度の方向から吹いてくる風の状態を把握することができるため、ブレードが受ける風の状態を正確に把握して風力発電装置を駆動することができる。
【０００９】
（４）また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレードのピッチ角度を取得するピッチ角度取得部と、前記応力センサの測定時点における前記ピッチ角度に基づいて、前記複数の応力センサの内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果とに基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードのピッチ角度が変化する場合であっても、ブレードに取り付けられている複数の応力センサの位置を正確に特定することができ、風向と風速を正確に求めることができる。
【００１０】
（５）また、本発明の第１の態様による風力発電装置制御システムでは、前記ブレード風検出装置は、前記ブレードが風を受けたことに起因して回転する際の回転中心軸における回転角度を取得する回転角度取得部と、前記応力センサの測定時点における前記回転角度に基づいて、前記複数の応力センサ内の少なくとも１つの方位を特定し、特定した方位と前記複数の応力センサそれぞれの測定結果に基づいて、前記ブレード上の風向を検出する風向検出部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ブレードが回転している場合であっても、ブレードに取り付けられている複数の応力センサの位置を正確に特定することができ、風向と風速を正確に求めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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