專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置及其控制方法，特別涉及風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺(yaw)控 制。
背景技術(shù)：
為了提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率，作為重要的控制手段之一就是控制使風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體 的方向與風(fēng)向一致而進(jìn)行控制的偏擺控制。因為當(dāng)風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體正面朝向風(fēng)時風(fēng)力發(fā)電裝置 的效率最佳，所以需要使安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙根據(jù)風(fēng)向偏擺旋轉(zhuǎn)來控制風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的 方向。當(dāng)前開發(fā)有各種偏擺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和偏擺控制技術(shù)，例如特開2004-285858號公報公開 了利用激光式風(fēng)向風(fēng)力計來檢測風(fēng)向和風(fēng)力并根據(jù)檢測的風(fēng)向和風(fēng)速進(jìn)行偏擺控制的技 術(shù)。另外，特開2005-113899號公報公開了用于使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制中要點之一是盡量減小機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)。由于機(jī) 艙的重量大，如果機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)很大，則使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和使機(jī)艙的旋 轉(zhuǎn)停止的制動機(jī)構(gòu)的機(jī)械負(fù)載會增大，從而這些機(jī)構(gòu)的機(jī)械消耗會變大。為了減少旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)和制動機(jī)構(gòu)的消耗，優(yōu)選減小偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。如圖18所示，用于滿足這種要求所使用的最普通的偏擺控制的控制邏輯為在風(fēng) 車方位(即風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向)與實際風(fēng)向的偏差(風(fēng)向偏差)的絕對值比規(guī)定的界限值 大的狀態(tài)僅持續(xù)了規(guī)定的持續(xù)時間(例如20秒)的情況下，使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，以使風(fēng)向偏 差變?yōu)榱?即、使風(fēng)車方位與最新的風(fēng)向一致)。在這樣的控制邏輯中，因為只要風(fēng)向偏差 的絕對值不超過界限值就不進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，所以通過適當(dāng)設(shè)定界限值就能夠減少偏擺旋轉(zhuǎn) 的次數(shù)。如圖19所示，這樣的控制邏輯的一個問題在于，在風(fēng)向長時間(典型情況下持續(xù) 數(shù)小時)逐漸變化的狀況下，風(fēng)向偏差的大小不會平均地變小。一般而言，有些地點的風(fēng)況 較多存在以下情況，即，在白天紊亂度高且風(fēng)向隨機(jī)變化，相對地在夜間風(fēng)況并不顯示隨機(jī) 變化。換言之，夜間的風(fēng)況經(jīng)常顯示以下變化，即，風(fēng)向長時間變化。根據(jù)上述的控制邏輯， 在紊亂度高且風(fēng)向隨機(jī)變化的狀況下，風(fēng)向偏差的大小平均接近于零。但是，如圖19所示， 在風(fēng)向長時間(典型情況下持續(xù)數(shù)小時)逐漸變化的情況下(圖19的A)，在上述控制邏輯 中，即使反復(fù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)(圖19的B)，風(fēng)向偏差也只是一瞬間為零(圖19的C)。因此， 風(fēng)向偏差的平均大小并不小。這對于提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率方面并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的全部目的在于提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率，具體而言，本發(fā)明的目的 在于達(dá)到下面兩個課題中的至少一個。第一課題提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制技術(shù)，其抑制偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)增加， 并且即使在風(fēng)向長時間逐漸變化的情況下也能夠使風(fēng)向偏差的大小變小。第二課題提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制技術(shù)，通過在早期掌握風(fēng)向的過渡性變化來適時地進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，從而能夠提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下述手段。在其手段的記述中，為了明確“技術(shù) 方案”的記載與“具體實施方式
”的記載的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)注了“發(fā)明的具體實施方式
”中使用 的編號、符號。但是，標(biāo)注的編號、符號不能用于限定解釋“技術(shù)方案”中記載的發(fā)明的技術(shù) 范圍。一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的機(jī)艙(3)、使機(jī)艙 (3)偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)的控制 裝置(21)，所述控制裝置(21)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn) 體(7)的方向來算出風(fēng)向偏差，并且所述控制裝置在下述兩個條件(1、2)中的任何一個成 立的情況下，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值 的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀 態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比所述第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)，并且，當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在從時刻、_Τ到時刻、的風(fēng) 向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的方向一致時，停止所述機(jī)艙(3)的偏擺旋轉(zhuǎn)。這樣，通過利用規(guī)定時間T內(nèi)的風(fēng)向的平均值來判定偏擺旋轉(zhuǎn)的停止位置，而能 夠不使偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)由于風(fēng)向的瞬時變化而停止，從而能夠使機(jī)艙(3)在適當(dāng)?shù)奈恢猛Ｖ蛊珨[ 旋轉(zhuǎn)，因而能夠使偏擺旋轉(zhuǎn)停止后的風(fēng)向偏差比以前的低。而且通過降低偏擺旋轉(zhuǎn)停止以 后的風(fēng)向偏差，能夠延長至下次的偏擺旋轉(zhuǎn)開始前的時間，抑制偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。還有，在 抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的同時能夠提高控制性能。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的機(jī)艙(3)、 使機(jī)艙⑶旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)和控制機(jī)艙旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)⑷ 的控制裝置(21)，所述控制裝置(21)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體 (7)的方向來算出風(fēng)向偏差，并且所述控制裝置在下述兩個條件(1、2)中的任何一個成立 的情況下，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述機(jī)艙開始進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，所述條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界 限值的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，所述條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上 的狀態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比所述第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持 續(xù)，并且，使所述機(jī)艙至少以符合當(dāng)所述偏擺旋轉(zhuǎn)時成立的所述條件(1)及(2)中的 任何一個的相當(dāng)于第一或第二界限值的角度的量進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。這樣，通過使所述機(jī)艙(3)以符合當(dāng)所述偏擺旋轉(zhuǎn)時成立的所述條件(1)及(2) 中的任何一個的相當(dāng)于第一或第二界限值的角度的量進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，而能夠不使偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 由于風(fēng)向的瞬時變化而停止，從而能夠使機(jī)艙(3)在適當(dāng)?shù)奈恢猛Ｖ蛊珨[旋轉(zhuǎn)，因而能夠 降低偏擺旋轉(zhuǎn)停止后的風(fēng)向偏差，延長至下次的偏擺旋轉(zhuǎn)開始前的時間，抑制偏擺旋轉(zhuǎn)的 次數(shù)。這種控制尤其在風(fēng)的紊亂度低的情況下有效。
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另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置(21)使所述機(jī)艙(3)僅旋轉(zhuǎn) 相當(dāng)于所述第一或第二界限值的量，判斷所述風(fēng)向偏差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如 果所述風(fēng)向偏差的符號相反，則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述風(fēng)向偏差的符號沒有相反，則繼續(xù) 進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差變?yōu)榱?。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置(21)使所述機(jī)艙(3)僅旋轉(zhuǎn) 相當(dāng)于所述第一或第二界限值的量，判斷在將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時從時 刻、-τ到時刻、的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向的差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如 果所述符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn) 直至風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向的差變?yōu)榱恪Ｓ纱?，能夠在更適當(dāng)?shù)奈恢猛Ｖ蛊珨[旋轉(zhuǎn)。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的機(jī)艙(3)、 使機(jī)艙⑶偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)⑷ 的控制裝置(21)，所述控制裝置，(a)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)測定的風(fēng)向和所述 風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的方向來算出風(fēng)向偏差，(b)判斷當(dāng)前風(fēng)況是否處于風(fēng)向隨機(jī)變化的第一 狀況與風(fēng)向逐漸變化的第二狀況中的任何一個，(c)在判斷所述當(dāng)前風(fēng)況相當(dāng)于所述第二 狀況，且所述風(fēng)向偏差的絕對值為規(guī)定的第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值的狀 態(tài))僅在規(guī)定的第一持續(xù)時間持續(xù)的情況下，使所述機(jī)艙(3)偏擺旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所述第一界 限值的量，判斷所述風(fēng)向偏差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述風(fēng)向偏差的符號相 反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差 變?yōu)榱?，并?d)在判斷所述當(dāng)前風(fēng)況相當(dāng)于所述第一狀況，且所述風(fēng)向偏差的絕對值為 比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))僅在比第一持 續(xù)時間短的第二持續(xù)時間持續(xù)的情況下，使所述機(jī)艙(3)偏擺旋轉(zhuǎn)，以使當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè) 定為t0、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在時刻tO-T到時刻t0的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的方 向相一致。由此，因為能夠?qū)φ债?dāng)前風(fēng)況進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的停止控制，所以能夠達(dá)到提高控制 性能的目的。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的機(jī)艙(3)、 使機(jī)艙⑶偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)⑷ 的控制裝置(21)，所述控制裝置(21)構(gòu)成為根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)測定的風(fēng)向 和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的方向來算出風(fēng)向偏差，并且在當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T1設(shè)定 為規(guī)定值、滿足、-1\ ^ ts ^ t0關(guān)系的時刻設(shè)定為ts時，在滿足ts < t彡、的所有時刻t 中所述風(fēng)向偏差滿足規(guī)定條件的情況下，使所述機(jī)艙(3)偏擺旋轉(zhuǎn)，所述規(guī)定條件是Δ θ (t) I ^ 0TH(ts)其中，ι Δ Θ (t) ι是各時刻t的所述風(fēng)向偏差的絕對值，eTH(t)是在‘Kt彡tQ 中廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)，而且針對所述θΤΗα)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH(t)/dt，除去導(dǎo)函數(shù) 不能定義的時刻仏在Itl-T1中廣義上單調(diào)遞增。這樣，通過準(zhǔn)備調(diào)整函數(shù)θ TH(t)并且滿足所述規(guī)定條件的情況下，使機(jī)艙(3)偏 擺旋轉(zhuǎn)，從而能夠靈活設(shè)定偏擺旋轉(zhuǎn)的條件，在早期掌握風(fēng)向的過渡性變化，提高控制性
8能。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的機(jī)艙(3)、 使機(jī)艙⑶偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)⑷ 的控制裝置(21)，所述控制裝置構(gòu)成為(a)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)(10)測定的風(fēng)向和 所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體(7)的方向來算出風(fēng)向偏差，(b)判斷當(dāng)前風(fēng)況是否處于風(fēng)向隨機(jī)變化的 第一狀況與風(fēng)向逐漸變化的第二狀況中的任何一個，(c)在當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T1設(shè) 定為規(guī)定值、滿足td ^ ts ^ t0關(guān)系的時刻設(shè)定為ts時，滿足ts彡t彡、的所有時刻t 中所述風(fēng)向偏差滿足規(guī)定條件的情況下，使所述機(jī)艙(3)偏擺旋轉(zhuǎn)，所述規(guī)定條件為在所述當(dāng)前風(fēng)況符合所述第一狀況的情況 下，I Δ θ (t) I彡θ TH1(ts)，在所述當(dāng)前風(fēng)況符合所述第二狀況的情況下，
δ θ (t) I 彡 eTH2(ts),其中，I Δ θ (t) I是各時刻t的所述風(fēng)向偏差的絕對值，θ Tm (t)是在 Ici-T1StStci中廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)，而且針對所述θΤΗ1α)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH1(t)/ dt，除去導(dǎo)函數(shù)不能定義的時刻仏在Ici-Ktstci中廣義上單調(diào)遞增，并且eTH2(t)是在 Ici-T1StStci中廣義上單調(diào)遞減函數(shù)，而且針對所述θΤΗ2α)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH2(t)/ dt，除去導(dǎo)函數(shù)不能定義的時刻仏在Itl-T1中廣義上單調(diào)遞增。由此，因為能夠?qū)φ债?dāng)前風(fēng)況進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的停止控制，所以能夠達(dá)到提高控制 性能的目的。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置在將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T 設(shè)定為規(guī)定值時從時刻、_Τ到時刻、的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向相一致時，停止所 述機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)。另外，一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置使所述機(jī)艙僅旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所 述θΤΗ1α)或eTH2(t)的量，判斷所述風(fēng)向偏差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述風(fēng) 向偏差的符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋 轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差變?yōu)榱?。另外，所述控制裝置測量從現(xiàn)在至規(guī)定時間之前的期間進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，在 進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)比規(guī)定次數(shù)少的情況下，放寬旋轉(zhuǎn)條件，在進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)比規(guī) 定次數(shù)多的情況下，加嚴(yán)旋轉(zhuǎn)條件。由此，維持了某種規(guī)定的偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的上限，降低了風(fēng)向偏差，從而達(dá)到提高控 制性能的目的。根據(jù)本發(fā)明，能夠提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率。更具體而言，根據(jù)本發(fā)明，即使在風(fēng)向長時間逐漸變化的情況下，也能夠減小風(fēng)向 偏差的大小，且能夠提供一種能夠抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大的風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制技 術(shù)。另外，根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，通過在早期掌握風(fēng)向的過渡性變化來適時地進(jìn) 行偏擺旋轉(zhuǎn)，從而能夠提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率。


圖1是表示實施例一中的控制裝置進(jìn)行的偏擺旋轉(zhuǎn)控制的順序的流程圖2是比較現(xiàn)有及中間實施例的偏擺旋轉(zhuǎn)停止時的控制邏輯與實施例一的控制 邏輯的偏擺控制的圖；圖3是表示實施例二的控制裝置進(jìn)行的偏擺旋轉(zhuǎn)控制的順序的流程圖；圖4是比較現(xiàn)有及中間實施例的偏擺旋轉(zhuǎn)停止時的控制邏輯與實施例二的控制 邏輯的偏擺控制的圖；圖5是表示實施例三的控制裝置進(jìn)行的偏擺旋轉(zhuǎn)控制的順序的流程圖；圖6是比較現(xiàn)有及中間實施例的偏擺旋轉(zhuǎn)停止時的控制邏輯與實施例三的控制 邏輯的偏擺控制的圖；圖7是表示第一 四實施例的控制邏輯的曲線圖，圖7(a)是表示第一 三實施例 中使用的控制邏輯的曲線圖，圖7(b)及圖7(c)是表示第四實施例的控制邏輯的曲線圖；圖8是表示本發(fā)明的偏擺旋轉(zhuǎn)的控制的順序的流程圖；圖9是表示本發(fā)明的實施例的風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的圖；圖10是表示本發(fā)明的實施例的機(jī)艙旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11是表示本發(fā)明的第一實施例的偏擺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖12是表示現(xiàn)有的控制邏輯產(chǎn)生的風(fēng)向偏差的變化與中間實施例一的控制邏輯 產(chǎn)生的風(fēng)向偏差的變化的曲線圖；圖13是表示判別“紊亂度大且風(fēng)向隨機(jī)變化的狀況”與“風(fēng)向長時間逐漸變化的 狀況”的例子的曲線圖；圖14是表示中間實施例二的控制邏輯產(chǎn)生的風(fēng)車方位的變化與現(xiàn)有控制邏輯產(chǎn) 生的風(fēng)車方位的變化的曲線圖；圖15是表示在風(fēng)向的變化速度一定且風(fēng)向偏差的變化幅度相同的情況下，通過 中間實施例的控制邏輯與現(xiàn)有的控制邏輯得到的風(fēng)力發(fā)電裝置的效率的曲線圖；圖16是表示現(xiàn)有的控制邏輯的偏擺旋轉(zhuǎn)開始的時機(jī)與中間實施例三的控制邏輯 的偏擺旋轉(zhuǎn)開始的時機(jī)的曲線圖；圖17是表示函數(shù)θ TH(t)的例子的曲線圖；圖18是表示現(xiàn)有控制邏輯的曲線圖；圖19是用于說明現(xiàn)有控制邏輯的問題的曲線圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細(xì)且示例性地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，只要該實施例中 記載的構(gòu)成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀及其相對的配置等沒有特別限定，本發(fā)明的范圍并不限 定與此，而其僅僅是說明例而已。圖9是表示本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置1的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。風(fēng)力發(fā)電裝置1具備塔2 和設(shè)置在塔2上端的機(jī)艙3。機(jī)艙3能夠向偏擺方向旋轉(zhuǎn)，利用機(jī)艙旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4而使其朝向 希望的方向。機(jī)艙3安裝有繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)5和齒輪6。繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)子經(jīng) 由齒輪6而與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7的旋轉(zhuǎn)軸7a接合。風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7具備與旋轉(zhuǎn)軸7a連接的輪轂 8和安裝在輪轂8上的葉片9。機(jī)艙3還設(shè)置有測定風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)向風(fēng)力計10。圖10是表示機(jī)艙旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)的例子的剖視圖。機(jī)艙旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4具備偏擺 電動機(jī)11、減速器12、小齒輪13、內(nèi)齒輪14、偏擺制動機(jī)構(gòu)15和制動盤16。偏擺電動機(jī)11、減速器12、小齒輪13和偏擺制動機(jī)構(gòu)15安裝在機(jī)艙3中并與機(jī)艙3 —起運(yùn)動。另一方面， 內(nèi)齒輪14和制動盤16被固定于塔2。偏擺電動機(jī)11的轉(zhuǎn)子經(jīng)由減速器12而與小齒輪13 機(jī)械連接，且小齒輪13與內(nèi)齒輪14相互嚙合。當(dāng)向偏擺電動機(jī)11通電，小齒輪13旋轉(zhuǎn)， 機(jī)艙3進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。機(jī)艙3的偏擺旋轉(zhuǎn)由制動機(jī)構(gòu)15進(jìn)行制動。當(dāng)偏擺制動機(jī)構(gòu)15的 制動靴17夾住制動盤16，則機(jī)艙3的偏擺旋轉(zhuǎn)就被制動或停止。圖11是表示偏擺控制的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子的方框圖。在本實施例中，偏擺控制 系統(tǒng)具備控制裝置21、電動機(jī)驅(qū)動裝置22和制動機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置23。電動機(jī)驅(qū)動裝置22 根據(jù)來自控制裝置21的控制信號而向偏擺電動機(jī)11供給驅(qū)動電力。制動機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置23 根據(jù)來自控制裝置21的控制信號使制動機(jī)構(gòu)15的制動靴17夾住制動盤16?？刂蒲b置21 根據(jù)由風(fēng)向風(fēng)力計10測定的風(fēng)速和風(fēng)向來決定所希望的風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7的方向，而且通過使 偏擺電動機(jī)11動作來使機(jī)艙3偏擺旋轉(zhuǎn)，以使風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7朝向所希望的方向。當(dāng)利用偏 擺旋轉(zhuǎn)而使風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7朝向所希望的方向，則控制裝置21就使制動機(jī)構(gòu)15動作來使偏 擺旋轉(zhuǎn)停止。(中間實施例一)其次，對由改善了附圖18說明的現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制而得到的中間實 施例一所進(jìn)行的偏擺控制進(jìn)行說明。在中間實施例一中，根據(jù)風(fēng)向風(fēng)力計10測定的風(fēng)向進(jìn) 行偏擺控制。更具體而言，控制裝置21進(jìn)行如下所示的偏擺控制。風(fēng)向風(fēng)力計10按規(guī)定的取樣間隔來測定各時刻的風(fēng)向，并將表示各時刻風(fēng)向的 風(fēng)向數(shù)據(jù)供給到控制裝置21。通過風(fēng)向數(shù)據(jù)將風(fēng)向定義為與規(guī)定的基準(zhǔn)方向所成的角度。控制裝置21，通過對測定的風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾過處理(最簡便的做法是將時間 上接近的多個風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行平均)而生成在偏擺控制中實際使用的控制用風(fēng)向數(shù)據(jù)，算出 該控制用風(fēng)向數(shù)據(jù)所表示的風(fēng)向與風(fēng)車方位的差作為風(fēng)向偏差。在中間實施例一中，風(fēng)車 方位表現(xiàn)為風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體7的旋轉(zhuǎn)軸7a的方向與規(guī)定的基準(zhǔn)方向所成的角度。風(fēng)向偏差是 取正、負(fù)或零中任何一個值的數(shù)據(jù)，在中間實施例一及后述的實施例中，將從由控制用風(fēng)向 數(shù)據(jù)所表示的風(fēng)向中減去風(fēng)車方位的角度的值被定義為風(fēng)向偏差。而且，控制裝置21，對應(yīng)算出的風(fēng)向偏差來控制電動機(jī)驅(qū)動裝置22及制動機(jī)構(gòu)驅(qū) 動裝置23，從而進(jìn)行機(jī)艙3的偏擺旋轉(zhuǎn)。在本中間實施例一中，控制裝置21在滿足下述兩 個條件(1、2)中的至少一個的情況下進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，以使風(fēng)向偏差變?yōu)榱?即，朝向最新控 制用風(fēng)向數(shù)據(jù)所表示的風(fēng)向)。條件⑴風(fēng)向偏差的絕對值為界限值θ TH1以上(或超過θ ΤΗ1)的狀態(tài)持續(xù)T1秒。條件⑵風(fēng)向偏差的絕對值為界限值θ ΤΗ2( > θ Tm)以上(或超過θ ΤΗ2)的狀態(tài) 持續(xù)T2 (< T1)秒。希望注意的是條件(1)主要是對紊亂度大而風(fēng)向隨機(jī)變化狀況下的偏擺控制起 作用，條件(2)主要是對風(fēng)向長時間逐漸變化狀況下的偏擺控制起作用。如下所述，這樣的 控制邏輯在不增加偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)而降低平均風(fēng)向偏差的大小方面是有效的。圖12是表示圖18所示的現(xiàn)有控制邏輯產(chǎn)生的風(fēng)向偏差的變化與中間實施例一的 控制邏輯產(chǎn)生的風(fēng)向偏差的變化的曲線圖。詳細(xì)而言，圖12(a)是表示由現(xiàn)有控制邏輯產(chǎn) 生的風(fēng)向偏差變化的曲線圖，具體表示為采用以下控制邏輯時的風(fēng)向偏差變化，即，在風(fēng)向 偏差的絕對值在過去的20秒期間表示20度以上值的情況下，使機(jī)艙3偏擺旋轉(zhuǎn)以使風(fēng)向偏差變?yōu)榱愕目刂七壿嫛Ａ硪环矫?，圖12(b)是表示風(fēng)向長時間逐漸變化狀況下的由本實施例的控制邏輯 產(chǎn)生的風(fēng)向偏差變化的曲線圖，圖12(c)是表示紊亂度大而風(fēng)向隨機(jī)變化狀況下的由本實 施例的控制邏輯產(chǎn)生的風(fēng)向偏差變化的曲線圖。這里，條件(1)的界限值ΘΤΗ1設(shè)定為20 度，持續(xù)時間T1設(shè)定為20秒，條件(2)的界限值θ ΤΗ2設(shè)定為5度，把持續(xù)時間T2設(shè)定為 100 秒。根據(jù)圖12(a)所示的現(xiàn)有控制邏輯，由于即使在風(fēng)向長時間逐漸變化的情況下， 在風(fēng)向偏差的絕對值超過界限值20度之前也不進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，所以平均的風(fēng)向偏差變大。 確實即便是現(xiàn)有的控制邏輯只要把開始偏擺旋轉(zhuǎn)的界限值變小(例如設(shè)定成5度)，也許能 夠降低平均的風(fēng)向偏差，但這種方法會使偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)增加。另一方面，根據(jù)圖12(b)、(C)所示的本中間實施例一的控制邏輯，能夠同時實現(xiàn) 降低平均的風(fēng)向偏差和抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大。在風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況下，通 過滿足條件(2)來進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。由于在條件(2)中界限值ΘΤΗ2被設(shè)定的比較小(在圖 12(b))的例子中是5度)，所以能夠使平均的風(fēng)向偏差變小。而且，因為條件(2)的持續(xù)時 間T2被設(shè)定的比較長，所以抑制了偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大。另一方面，在紊亂度大且風(fēng)向隨 機(jī)變化的狀況下，通過滿足條件(1)來進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。由于在條件(1)中界限值ΘΤΗ1被設(shè) 定的比較大，所以僅在真正需要時才進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。因此，能夠抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大。這樣，與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)中間實施例一能夠同時實現(xiàn)降低平均風(fēng)向偏差與抑 制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大。但是，我們認(rèn)為在偏擺旋轉(zhuǎn)的停止條件及風(fēng)向過渡性變化的情況 下的偏擺旋轉(zhuǎn)條件中存在改善的余地，能夠進(jìn)一步降低平均風(fēng)向偏差、抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù) 的增大。(中間實施例二)在中間實施例二中，判斷當(dāng)前風(fēng)況是否符合“紊亂度大且風(fēng)向隨機(jī)變化的狀 況”(第一狀況)與“風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況”(第二狀況)中的任何一個，并根據(jù)其判 斷來使用不同的控制邏輯。風(fēng)力發(fā)電裝置1的結(jié)構(gòu)與中間實施例一相同。在中間實施例二中，控制裝置21利用下述的控制邏輯從風(fēng)向風(fēng)力計10檢測到的 風(fēng)向數(shù)據(jù)來判斷是上述兩種狀況的哪一個。控制裝置21依次算出過去最接近的規(guī)定時間 (例如過去的最接近的一分鐘內(nèi))內(nèi)的平均風(fēng)向。而且，在最近算出的平均風(fēng)向與在其之近 前算出的平均風(fēng)向的差在規(guī)定角度內(nèi)的期間僅持續(xù)了規(guī)定時間的情況下，控制裝置21判 斷當(dāng)前風(fēng)況為風(fēng)向長時間逐漸變化的第二狀況。在不是這種情況下，控制裝置21判斷當(dāng)前 風(fēng)況為紊亂度大且風(fēng)向隨機(jī)變化的第一狀況。如圖13所示，通過使用這樣的控制邏輯，具 有一定程度正確性并且能夠進(jìn)行兩種狀況的判別。另外，也可以使用在一天中(或一年中)的特定期間判斷風(fēng)況處于“紊亂度大而風(fēng) 向隨機(jī)變化的狀況”、在其他的特定期間判斷風(fēng)況處于“風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況”的控 制邏輯。能夠根據(jù)過去的觀測數(shù)據(jù)來適當(dāng)決定認(rèn)為是處于“紊亂度大而風(fēng)向隨機(jī)變化的狀 況”期間和認(rèn)為是處于“風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況”期間。根據(jù)這樣的控制邏輯，能夠簡 便地判斷其是上述狀況的哪一個。在判斷當(dāng)前風(fēng)況處于“紊亂度大而風(fēng)向隨機(jī)變化的狀況”的情況下，當(dāng)風(fēng)向偏差的 絕對值是規(guī)定的界限值ΘΤΗ1以上的值(或超過界限值ΘΤΗ1的值)的狀態(tài)僅持續(xù)了規(guī)定的
12持續(xù)時間T1 (例如20秒)時，控制裝置21實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使風(fēng)向偏差變?yōu)榱恪Ａ硪环矫?，在判斷?dāng)前風(fēng)況處于“風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況”的情況下，當(dāng)風(fēng)向 偏差的絕對值是規(guī)定的界限值θ ΤΗ2以上的值(或超過界限值θ ΤΗ2的值)的狀態(tài)僅持續(xù)了 規(guī)定的持續(xù)時間T2 (例如20秒)時，控制裝置21實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋轉(zhuǎn)前后的風(fēng)向偏 差符號相反，且使偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差絕對值與界限值ΘΤΗ2相等。例如，考慮到將界限 值ΘΤΗ2設(shè)定為10度的情況，如果風(fēng)向偏差超過+10度的狀態(tài)僅持續(xù)規(guī)定的持續(xù)時間T(例 如20秒)，則進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)以使風(fēng)向偏差變?yōu)?10度。圖14(a)是表示在風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況下利用本中間實施例二的控制邏 輯來進(jìn)行偏擺控制的情況下的風(fēng)向與風(fēng)車方位關(guān)系的曲線圖。在圖14(a)的曲線圖中，假 定風(fēng)向的變化一定。從圖14(a)可以理解在本實施例的控制邏輯中，即使在風(fēng)向變化一 定的情況下，風(fēng)向偏差(即風(fēng)向與風(fēng)車方位的差)也交替地取正值和負(fù)值。因此，風(fēng)向偏差 的平均值接近為零。而且，在本實施例的控制邏輯中，即使將風(fēng)向長時間逐漸變化狀況下 所使用的界限值θ ΤΗ2設(shè)定為小值，偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也不會隨之增大。其原因在于在本實 施例中，在風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況中風(fēng)向偏差Δ θ (t)(不是在零與+ ΘΤΗ2之間或者零 與-θ ΤΗ2之間)在包含-θ ΤΗ2彡Δ θ (t)彡+ θ ΤΗ2的范圍內(nèi)變化的緣故。將界限值θ ΤΗ2設(shè) 定為小值，為了使風(fēng)向偏差的平均值接近零是有效的。另一方面，如圖14(b)所示，偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差為零的現(xiàn)有控制邏輯中，在風(fēng) 向長時間逐漸變化的狀況下風(fēng)向偏差常為正或常為負(fù)。這就使風(fēng)向偏差大小的平均值增 大。需要注意的是在圖14(b)中圖示了風(fēng)向偏差常為負(fù)的情況。圖15是更明確地說明本實施例的控制邏輯相對于現(xiàn)有控制邏輯的優(yōu)越性的曲線 圖，詳細(xì)而言，其表示在本實施例的控制邏輯與現(xiàn)有的控制邏輯中風(fēng)向的變化速度一定且 風(fēng)向偏差的變化幅度相同的情況下的風(fēng)力發(fā)電裝置1的效率。需要注意的是風(fēng)向的變化 速度一定且風(fēng)向偏差的變化幅度相同的條件是根據(jù)在本實施例的控制邏輯和現(xiàn)有的控制 邏輯中偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)相同的觀點來決定的。具體而言，圖15表示的是本實施例的控制 邏輯中將界限值θ TH2設(shè)定在10度，現(xiàn)有的控制邏輯中將開始偏擺旋轉(zhuǎn)的界限值θ ΤΗ2設(shè)定 在20度的情況。因為無論在哪種情況下，風(fēng)向偏差的變化幅度都相同，所以偏擺旋轉(zhuǎn)的次 數(shù)也相同。如圖15所示，相對現(xiàn)有的控制邏輯中風(fēng)向偏差在-20度與零之間變化，在本實施 例的控制邏輯中風(fēng)向偏差在包含-10度以上+10度以下的范圍變化。由于風(fēng)力發(fā)電裝置1 的效率隨著風(fēng)向偏差的絕對值變大而急速下降，所以在現(xiàn)有的控制邏輯中，特別在風(fēng)向偏 差是-20度與-10度的情況下風(fēng)力發(fā)電裝置1的效率會降低。另一方面，由于在本實施例 的控制邏輯中，風(fēng)向偏差只在包含-10度以上、+10度以下的范圍內(nèi)變化，所以風(fēng)力發(fā)電裝 置1的效率降低小。即使在現(xiàn)有的控制邏輯中，如果將開始偏擺旋轉(zhuǎn)的界限值θ ΤΗ設(shè)定較小值(例如， 設(shè)定成10度)，則風(fēng)向偏差的大小平均值就會變小。但是，如果將界限值ΘΤΗ設(shè)定為較小 值，則偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)就會增加。這樣，在現(xiàn)有的控制邏輯中，不能兼顧抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù) 的增大和降低風(fēng)向偏差的絕對值平均值。如以上說明所示，本中間實施例二的風(fēng)力發(fā)電裝置1在風(fēng)向處于長時間逐漸變化 的狀況的情況下，實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋轉(zhuǎn)前后的風(fēng)向偏差符號相反且使偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差絕對值與界限值ΘΤΗ2相等。由此，能夠抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大，同時減少風(fēng)向 偏差絕對值的平均值。在本中間實施例二中，還能夠進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差絕對值為 界限值ΘΤΗ2與零之間的值。例如，在界限值θ ΤΗ2是7. 5度的情況下，如果風(fēng)向偏差超過 +7. 5的狀態(tài)僅持續(xù)了規(guī)定的持續(xù)時間(例如20秒)，則還能夠進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)以使風(fēng)向偏差 變?yōu)開4度。但是，為了降低風(fēng)向偏差絕對值的平均值，優(yōu)選實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋轉(zhuǎn)后 的風(fēng)向偏差絕對值與界限值ΘΤΗ2相等。另外，還可以組合實施中間實施例一的偏擺控制與中間實施例二的偏擺控制。更 具體而言，在中間實施例一的偏擺控制條件(2)成立的情況下，實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋 轉(zhuǎn)前后的風(fēng)向偏差符號相反，且使偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差絕對值與界限值ΘΤΗ2相等(或使 風(fēng)向偏差的絕對值為零與界限值ΘΤΗ2之間的值)。在條件(1)成立的情況下，實行偏擺旋 轉(zhuǎn)以使風(fēng)向偏差變?yōu)榱恪Ｎ覀冋J(rèn)為中間實施例一的條件(2)符合處于“風(fēng)向長時間逐漸變化的狀況”時的 情況。因此，在條件(2)成立的情況下，優(yōu)選的是，實行偏擺旋轉(zhuǎn)以使偏擺旋轉(zhuǎn)前后的風(fēng)向 偏差符號相反，且使偏擺旋轉(zhuǎn)后的風(fēng)向偏差絕對值與界限值θ ΤΗ2相等。這樣，根據(jù)中間實施例一，能夠達(dá)到進(jìn)一步降低平均風(fēng)向偏差且提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)1 的效率的效果。但是，我們認(rèn)為在偏擺旋轉(zhuǎn)的停止條件及風(fēng)向過渡性變化的情況下的偏擺 旋轉(zhuǎn)條件中存在改善的余地，能夠進(jìn)一步降低平均風(fēng)向偏差、抑制偏擺旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增大。(中間實施例三)在風(fēng)向偏差的絕對值比規(guī)定的界限值大的狀態(tài)僅持續(xù)了規(guī)定的持續(xù)時間的情況 下，實行偏擺旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)有控制邏輯的另一個問題是不能檢測風(fēng)向過渡性的變化。圖16(a) 是表示圖18所示的現(xiàn)有控制邏輯的問題的曲線圖。因為在現(xiàn)有的控制邏輯中只要風(fēng)向偏 差不超過界限值則風(fēng)向偏差的變化會被忽略，所以無法檢測風(fēng)向偏差過渡性的變化。因此， 如圖16(a)所示，在現(xiàn)有的控制邏輯中，從風(fēng)向開始變化到實際進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的時間變長， 使風(fēng)向偏差大的狀態(tài)即風(fēng)力發(fā)電裝置1的效率降低的狀態(tài)長時間的期間持續(xù)。在中間實施例三中采用了檢測風(fēng)向過渡性變化且在準(zhǔn)確的時機(jī)進(jìn)行偏擺旋 轉(zhuǎn)的控制邏輯。更具體而言，在中間實施例三中，在當(dāng)前時刻設(shè)定為、時，關(guān)于滿足 t0-T 的所有時刻，在下面的條件成立的情況下，采用進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)使風(fēng)向偏差變 為零的控制邏輯。Δ θ (t) I ^ 0TH(t)(la)或I Δ θ (t) I > eTH(t) (lb)這里，I Δ θ (t) I為時刻t的風(fēng)向偏差的絕對值，T為規(guī)定值，θ TH(t)是在偏擺旋 轉(zhuǎn)開始的判斷中所使用的界限值，且是在、_Τ中廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)。本中間 實施例三中，需要注意的是界限值與時間一起增加。T相當(dāng)于偏擺旋轉(zhuǎn)的判斷所使用的時 間長度。這里，“廣義”是指在、^{Stci中，即使存在θΤΗα)是一定的區(qū)間也是可以 的。其中，θ TH ω不能在、-τ 的整個區(qū)間設(shè)定成一定。如圖16(b)所示，在這樣的控制邏輯中，能夠檢測風(fēng)向過渡性變化，從而盡早地進(jìn) 行偏擺旋轉(zhuǎn)。詳細(xì)而言在中間實施例三的控制邏輯中，因為開始偏擺旋轉(zhuǎn)的界限值與時間 一起增加，所以在開始偏擺旋轉(zhuǎn)的判斷中能夠考慮到風(fēng)向偏差的絕對值尚小的初始階段的
14風(fēng)向偏差變化。因此，根據(jù)中間實施例三的控制邏輯，能夠檢測風(fēng)向的過渡性變化，從而以 正確的時機(jī)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。這對提高風(fēng)力發(fā)電裝置1的效率方面是有效的。 [ο οι] 在中間實施例三中，函數(shù)θΤΗα)被如下設(shè)定數(shù)1
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出風(fēng)向偏差，并且所述控制裝置在下述兩個條件(1、2)中的任何一個成立的情況下，利用所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，所述條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，所述條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比所述第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)，并且，當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為t0、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在從時刻t0 T到時刻t0的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向一致時，停止所述機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)。
2.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī) 構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出 風(fēng)向偏差，并且所述控制裝置在下述兩個條件(1、2)中的任何一個成立的情況下，利用所 述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述機(jī)艙開始進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，所述條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值 的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，所述條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀 態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比所述第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)，并且，使所述機(jī)艙至少以符合當(dāng)所述偏擺旋轉(zhuǎn)時成立的所述條件(1)及(2)中的任何 一個的相當(dāng)于第一或第二界限值的角度的量進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置使所述機(jī)艙僅旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所述第一或第二界限值的量，判斷所述風(fēng)向偏 差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述風(fēng)向偏差的符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所 述風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差變?yōu)榱恪?br> 4.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置使所述機(jī)艙僅旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所述第一或第二界限值的量，判斷當(dāng)將當(dāng)前時 刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時從時刻、-Τ到時刻、的風(fēng)向平均值和風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向 之間的差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述風(fēng) 向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至所述風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向的 差變?yōu)榱恪?br> 5.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī) 構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置，(a)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來 算出風(fēng)向偏差，(b)判斷當(dāng)前風(fēng)況是否處于風(fēng)向隨機(jī)變化的第一狀況與風(fēng)向逐漸變化的第2二狀況中的任何一個，(C)在判斷所述當(dāng)前風(fēng)況相當(dāng)于所述第二狀況，且所述風(fēng)向偏差的絕 對值為規(guī)定的第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值的狀態(tài))僅在規(guī)定的第一持續(xù)時 間持續(xù)的情況下，使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所述第一界限值的量后，判斷所述風(fēng)向偏差 的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述風(fēng)向偏差的符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果所述 風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差變?yōu)榱悖⑶?d)在判斷所述 當(dāng)前風(fēng)況相當(dāng)于所述第一狀況，且所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界 限值以上的狀態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))僅在比第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間持續(xù) 的情況下，使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，以使當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時，從時刻 t0-T到時刻、的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向相一致。
6.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī) 構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置構(gòu)成為根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向 來算出風(fēng)向偏差，并且在當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T1設(shè)定為規(guī)定值、滿足Itl-T1 ^ ts ^ t0 關(guān)系的時刻設(shè)定為ts時，在滿足IsStStci的所有時刻t中所述風(fēng)向偏差滿足規(guī)定條件 的情況下，使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，所述規(guī)定條件是 Δ Θ (t) I ^ eTH(ts)(其中，I Δ θ (t) I是各時刻t的所述風(fēng)向偏差的絕對值，θ TH(t)是在Itl-T1彡t彡tQ 中廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)，而且針對所述θΤΗα)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH(t)/dt，除去導(dǎo)函數(shù) 不能定義的時刻仏在、-1\中廣義上單調(diào)遞增)。
7.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī) 構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置構(gòu)成為(a)根據(jù)由所述風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體 的方向來算出風(fēng)向偏差，(b)判斷當(dāng)前風(fēng)況是否處于風(fēng)向隨機(jī)變化的第一狀況與風(fēng)向逐漸 變化的第二狀況中的任何一個，(c)在當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T1設(shè)定為規(guī)定值、滿足 to- ! ^ ts ^ t0關(guān)系的時刻設(shè)定為ts時，在滿足ts < t彡、的所有時刻t中所述風(fēng)向偏 差滿足規(guī)定條件的情況下，使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，所述規(guī)定條件是在所述當(dāng)前風(fēng)況符合所述第一狀況的情況下， Δ θ (t) I彡θ TH1(ts)，在所述當(dāng)前風(fēng)況符合所述第二狀況的情況下， Δ Θ (t) I 彡 eTH2(ts),(其中，I Δ Θ (t) I是各時刻t的所述風(fēng)向偏差的絕對值，Θ TH1 (t)是在、-1\彡t彡tQ 中廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)，而且針對所述θΤΗ1α)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH1(t)/dt，除去導(dǎo)函 數(shù)不能定義的時刻t，在、-1\中廣義上單調(diào)遞增，并且ΘTH2(t)是在、-1\ 中廣義上單調(diào)遞減函數(shù)，而且針對所述θΤΗ2α)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH2(t)/dt，除去導(dǎo)函數(shù) 不能定義的時刻仏在、-1\中廣義上單調(diào)遞增)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置，當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在從時刻、-τ到時刻、的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向相一致時，停止所述機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)。
9.如權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置使所述機(jī)艙僅旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于所述eTH1(ts)或eTH2(ts)的量，判斷所述風(fēng)向 偏差的符號是否與偏擺旋轉(zhuǎn)前相反，如果所述風(fēng)向偏差的符號相反則停止偏擺旋轉(zhuǎn)，如果 所述風(fēng)向偏差的符號沒有相反則繼續(xù)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)直至風(fēng)向偏差變?yōu)榱恪?br> 10.如權(quán)利要求1 9中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置測量從現(xiàn)在至規(guī)定時間之前的期間進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)， 在進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)比規(guī)定次數(shù)少的情況下，放寬旋轉(zhuǎn)條件， 在進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)比規(guī)定次數(shù)多的情況下，加嚴(yán)旋轉(zhuǎn)條件。
11.一種風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電裝置具備安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙，所 述風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法的特征在于，包括測定風(fēng)向的步驟；根據(jù)測定的所述風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出風(fēng)向偏差的步驟； 在下面的條件(1、2)中任何一個成立的情況下使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的步驟， 所述條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值 的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，所述條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀 態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)，當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在從時刻、-Τ到時刻、的風(fēng)向平均值 與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向相一致時，停止所述機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)的步驟。
12.—種風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電裝置具備安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙，所 述風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法的特征在于，包括測定風(fēng)向的步驟；根據(jù)測定的所述風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出風(fēng)向偏差的步驟； 在下面的條件(1、2)中任何一個成立的情況下使所述機(jī)艙至少以符合所述條件(1)或 (2)中任何一個成立的條件的相當(dāng)于第一界限值或第二界限值的角度的量進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)的 步驟，所述條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值 的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，所述條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀 態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)。
13.一種風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電裝置具備安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙，所 述風(fēng)力發(fā)電裝置控制方法的特征在于，包括測定風(fēng)向的步驟；根據(jù)測定的所述風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出風(fēng)向偏差的步驟； 在當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為、、將T設(shè)定為規(guī)定值、將滿足滿足Itl-T1 ^ ts ^ t0關(guān)系的時刻 設(shè)定為ts時，在滿足IsStStci的所有時刻t中所述風(fēng)向偏差滿足規(guī)定條件的情況下，使 所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的步驟， 所述規(guī)定條件是|Δ θ (t) |≥ eTH(ts)(其中，I Δ θ (t) I是各時刻t的所述風(fēng)向偏差的絕對值，θ TH(t)是Itl-T1≤t≤t。中 廣義上單調(diào)遞增的函數(shù)，而且針對所述θΤΗα)的時間的導(dǎo)函數(shù)deTH(t)/dt，除去導(dǎo)函數(shù)不 能定義的時刻仏在to－T1≤t≤to中廣義上單調(diào)遞增)。
全文摘要
提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制技術(shù)，其能夠一邊抑制偏擺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)的增加，一邊即使在風(fēng)向長時間逐漸變化的情況下也降低風(fēng)向的偏差的大小，另外提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置的偏擺控制技術(shù)，其能夠通過在早期掌握風(fēng)向的過渡性變化而在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)進(jìn)行偏擺旋轉(zhuǎn)，來提高風(fēng)力發(fā)電裝置的效率。一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其包括安裝有風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的機(jī)艙、使機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測定風(fēng)向的風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)和控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制裝置，所述控制裝置根據(jù)由風(fēng)向測定機(jī)構(gòu)測定的風(fēng)向和所述風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向來算出風(fēng)向偏差，并且，所述控制裝置在下述兩個條件(1、2)中的任何一個成立的情況下，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述機(jī)艙偏擺旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)將當(dāng)前時刻設(shè)定為t0、將T設(shè)定為規(guī)定值時，在從t0-T到t0的風(fēng)向平均值與風(fēng)車旋轉(zhuǎn)體的方向一致時，停止所述機(jī)艙的偏擺旋轉(zhuǎn)，條件(1)所述風(fēng)向偏差的絕對值為第一界限值以上的狀態(tài)(或超過第一界限值的狀態(tài))在規(guī)定的第一持續(xù)時間的期間持續(xù)，條件(2)所述風(fēng)向偏差的絕對值為比所述第一界限值大的第二界限值以上的狀態(tài)(或超過第二界限值的狀態(tài))在比所述第一持續(xù)時間短的第二持續(xù)時間的期間持續(xù)。
文檔編號F03D7/04GK101978161SQ20098010958
公開日2011年2月16日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者松尾淳, 深見浩司 申請人:三菱重工業(yè)株式會社