浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法及控制裝置、以及浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及在浮體上立起設(shè)置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法及控制裝置、以及浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，從地球環(huán)境的保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，風(fēng)力發(fā)電裝置不斷普及。在典型的風(fēng)力發(fā)電裝置中，葉片的俯仰角可變，對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行俯仰控制。
[0003]例如，雖然不是關(guān)于浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置，但是在專利文獻(xiàn)I?3中公開了一種減輕向風(fēng)力發(fā)電裝置作用的載荷的俯仰控制的方法。而且，在非專利文獻(xiàn)I中公開了一種以使突變風(fēng)發(fā)生時(shí)或系統(tǒng)切斷時(shí)的風(fēng)力發(fā)電裝置的極限載荷減輕的方式，分別對(duì)各個(gè)葉片進(jìn)行俯仰控制的方法(參照P.126-127)。
[0004]【在先技術(shù)文獻(xiàn)】
[0005]【專利文獻(xiàn)】
[0006]【專利文獻(xiàn)I】美國專利第8215896號(hào)說明書
[0007]【專利文獻(xiàn)2】美國專利第8240990號(hào)說明書
[0008]【專利文獻(xiàn)3】日本特表2009-523208號(hào)公報(bào)
[0009]【非專利文獻(xiàn)】
[0010]【非專利文獻(xiàn)1】E.Bossanyi>B.Savini>Μ.1ribas、M.Hau、B.Fischer、D.Schlipf、T.van Engelen、M.Rossetti and C.E.Carcangiu^Advanced controller reserch formult1-MW wind turbines in the UPWIND project"、Wind Energ.2012 ；15:119-145

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]【發(fā)明要解決的課題】
[0012]然而，在浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置中，在轉(zhuǎn)子受到的推力分量的空氣動(dòng)力載荷(推力)與浮體的搖動(dòng)之間相互存在緊密的關(guān)系。
[0013]S卩，以浮體的搖動(dòng)為起因而風(fēng)力發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)子)前后移動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子從風(fēng)承受的推力受到浮體的搖動(dòng)的影響。例如，浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置因浮體的搖動(dòng)而朝向上風(fēng)側(cè)傾斜期間，相對(duì)于轉(zhuǎn)子的相對(duì)風(fēng)速是在實(shí)際的風(fēng)速中加入了風(fēng)力發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)子)的向上風(fēng)側(cè)的移動(dòng)速度的值，轉(zhuǎn)子從風(fēng)承受的推力比較大。相對(duì)于此，在浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置因浮體的搖動(dòng)而朝向下風(fēng)側(cè)傾斜期間，相對(duì)于轉(zhuǎn)子的相對(duì)風(fēng)速是從實(shí)際的風(fēng)速減去了風(fēng)力發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)子)的向下風(fēng)側(cè)的移動(dòng)速度的值，轉(zhuǎn)子從風(fēng)承受的推力比較小。
[0014]反之，浮體的搖動(dòng)機(jī)理基本上通過考慮了浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的慣性力、以作用于浮體的浮力為起因的復(fù)原力、作用于轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力的推力的運(yùn)動(dòng)方程式能夠記述，因此轉(zhuǎn)子從風(fēng)承受的推力對(duì)浮體的搖動(dòng)造成影響的情況比較明顯。因此，因俯仰控制而轉(zhuǎn)子從風(fēng)承受的推力發(fā)生變化時(shí)，在浮體的搖動(dòng)中也表現(xiàn)出其影響。例如，在風(fēng)力發(fā)電裝置朝向上風(fēng)側(cè)傾斜期間，若通過俯仰控制向轉(zhuǎn)子施加空氣動(dòng)力制動(dòng)，則轉(zhuǎn)子承受的空氣動(dòng)力的推力急減而會(huì)助長朝向上風(fēng)側(cè)的風(fēng)力發(fā)電裝置的傾斜。反之，在風(fēng)力發(fā)電裝置朝向下風(fēng)側(cè)傾斜期間，若通過俯仰控制欲增加轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩分量的空氣動(dòng)力載荷，則轉(zhuǎn)子受到的空氣動(dòng)力的推力也增加，仍然會(huì)助長風(fēng)車的傾斜。
[0015]關(guān)于這一點(diǎn)，在專利文獻(xiàn)I?3及非專利文獻(xiàn)I中，雖然公開了以防止過大的載荷作用于風(fēng)力發(fā)電裝置為目的，通過俯仰控制使推力減少的方法，但是這些方法適用于陸地風(fēng)力發(fā)電裝置或著床式風(fēng)力發(fā)電裝置，并不是考慮浮體的搖動(dòng)與轉(zhuǎn)子承受的空氣動(dòng)力的推力之間的關(guān)系性而適當(dāng)進(jìn)行俯仰控制的方法。
[0016]本發(fā)明的至少一實(shí)施方式的目的是提供一種在風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)或起動(dòng)時(shí)，能夠進(jìn)行考慮了浮體的搖動(dòng)與轉(zhuǎn)子承受的空氣動(dòng)力的推力之間的關(guān)系性的俯仰控制的浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法及控制裝置、以及浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置。
[0017]【用于解決課題的方案】
[0018]本發(fā)明的至少一實(shí)施方式的浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法是在浮體上立起設(shè)置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法，其特征在于，所述浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法具備如下的俯仰角增大步驟:在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，以向所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子施加空氣動(dòng)力的制動(dòng)力的方式使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片的俯仰角增大，在所述俯仰角增大步驟中，使因所述浮體的搖動(dòng)而所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向上風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第一期間的所述葉片的所述俯仰角的第一變化率小于因所述浮體的搖動(dòng)而所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向下風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第二期間的所述葉片的所述俯仰角的第二變化率。
[0019]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向上風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第一期間內(nèi)，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向上風(fēng)側(cè)的加速度的減少要因，在抑制浮體的搖動(dòng)方面有利。因此，使葉片的俯仰角增大而向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子施加空氣動(dòng)力的制動(dòng)力來使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，第一期間的葉片的俯仰角的急劇的增大是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向上風(fēng)側(cè)的加速度的減少要因減小，浮體的搖動(dòng)可能被放大。相對(duì)于此，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向下風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第二期間內(nèi)，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向下風(fēng)側(cè)的加速度的增大要因，在抑制浮體的搖動(dòng)方面不利。因此，在使葉片的俯仰角增大而向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子施加空氣動(dòng)力的制動(dòng)力來使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，第二期間的葉片的俯仰角的急劇增大是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向下風(fēng)側(cè)的加速度的增大要因減小的情況，有助于浮體搖動(dòng)的抑制。
[0020]在上述浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法中，考慮浮體的搖動(dòng)與轉(zhuǎn)子受到的空氣動(dòng)力的推力之間的上述關(guān)系性，在基于浮體的搖動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的姿勢(shì)及傾斜動(dòng)作方向不同的第一期間和第二期間，使俯仰角的變化率(增大速度)不同。即，通過使第一期間的俯仰角的第一變化率(增大速度)小于第二期間的俯仰角的第二變化率(增大速度)，能夠抑制在浮體搖動(dòng)的抑制上有利的第一期間中的空氣動(dòng)力的推力的減少，并促進(jìn)在浮體搖動(dòng)的抑制上不利的第二期間中的空氣動(dòng)力的推力的減少。由此，能夠抑制浮體搖動(dòng)并進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)的停止動(dòng)作。
[0021]在幾個(gè)實(shí)施方式中，可以是，在所述俯仰角增大步驟中，使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的整個(gè)期間的所述葉片的變化率小于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的整個(gè)期間的所述葉片的變化率。
[0022]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力有助于伴隨著浮體的搖動(dòng)朝向上風(fēng)側(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傾斜動(dòng)作的抑制。另一方面，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力會(huì)助長伴隨著浮體的搖動(dòng)而朝向下風(fēng)側(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傾斜動(dòng)作。因此，在通過俯仰控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傾斜動(dòng)作方向，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間相比若減小俯仰角的變化率(增大速度)，則能夠有效地抑制浮體搖動(dòng)并進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)的停止動(dòng)作。即，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，能夠抑制在傾斜動(dòng)作(浮體搖動(dòng))的抑制上有利的空氣動(dòng)力的推力的減少，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，能夠促進(jìn)在傾斜動(dòng)作(浮體搖動(dòng))的抑制上不利的空氣動(dòng)力的推力的減少。
[0023]在幾個(gè)實(shí)施方式中，可以是，在所述俯仰角增大步驟中，使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間的所述葉片的變化率小于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向下風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間的所述葉片的變化率。
[0024]在浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的姿勢(shì)優(yōu)選盡量維持成沿鉛垂方向立起設(shè)置的狀態(tài)(以下，稱為鉛垂姿勢(shì))。因此，在通過俯仰控制而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止時(shí)，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的姿勢(shì)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向下風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間相比，若減小俯仰角的變化率(增大速度)，則能夠促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)返回鉛垂姿勢(shì)的動(dòng)作。即，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間，能夠抑制對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)返回鉛垂姿勢(shì)的動(dòng)作進(jìn)行促進(jìn)的空氣動(dòng)力的推力的減少，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向下風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間，能夠促進(jìn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)返回鉛垂姿勢(shì)的動(dòng)作進(jìn)行阻礙的空氣動(dòng)力的推力的減少。
[0025]在幾個(gè)實(shí)施方式中，在所述俯仰角增大步驟中，在從所述第一期間向所述第二期間轉(zhuǎn)移時(shí)，使所述俯仰角的變化率從所述第一變化率向所述第二變化率單調(diào)增加，在從所述第二期間向所述第一期間轉(zhuǎn)移時(shí)，使所述俯仰角的變化率從所述第二變化率向所述第一變化率單調(diào)減少。
[0026]這樣，在從第一期間向第二期間轉(zhuǎn)移時(shí)，使俯仰角的變化率從第一變化率向第二變化率單調(diào)增加，在從第二期間向第一期間轉(zhuǎn)移時(shí)，使俯仰角的變化率從第二變化率向第一變化率單調(diào)減少，因此能夠順暢地進(jìn)行基于俯仰控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的停止動(dòng)作。
[0027]在幾個(gè)實(shí)施方式中，所述浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法具備如下的俯仰角減少步驟:在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，以使作用于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片的升力增大的方式使所述葉片的俯仰角減少，在所述俯仰角減少步驟中，使因所述浮體的搖動(dòng)而所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向上風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第三期間的所述葉片的所述俯仰角的第三變化率大于因所述浮體的搖動(dòng)而所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向下風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第四期間的所述葉片的所述俯仰角的第四變化率。
[0028]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向上風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第三期間，與上述的第一期間同樣，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向上風(fēng)側(cè)的加速度的減少要因，在抑制浮體的搖動(dòng)上有利。因此，在通過葉片的俯仰角的減少而使作用于葉片的升力增加來使風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，第三期間的葉片的俯仰角的急劇的減少是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向上風(fēng)側(cè)的加速度的減少要因增大的情況，有助于浮體搖動(dòng)的抑制。相對(duì)于此，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比鉛垂方向向下風(fēng)側(cè)傾斜的動(dòng)作中的第四期間，與上述的第二期間同樣，轉(zhuǎn)子從風(fēng)受到的推力是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向下風(fēng)側(cè)的加速度的增大要因，在抑制浮體的搖動(dòng)上不利。因此，在通過葉片的俯仰角的減少而使作用于葉片的升力增加來使風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，第四期間的葉片的俯仰角的急劇減少是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)的向下風(fēng)側(cè)的加速度的增大要因變大的情況，浮體的搖動(dòng)可能被放大。
[0029]因此，在上述浮體式風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法中，通過使第三期間的俯仰角的第三變化率(減少速度)大于第四期間的俯仰角的第四變化率(減少速度)，能夠促進(jìn)在浮體搖動(dòng)的抑制上有利的第三期間中的空氣動(dòng)力的推力的增大，并抑制在浮體搖動(dòng)的抑制上不利的第四期間中的空氣動(dòng)力的推力的增大。由此，能夠抑制浮體搖動(dòng)并進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)動(dòng)作。
[0030]在幾個(gè)實(shí)施方式中，可以是，在所述俯仰角減少步驟中，使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間的所述葉片的變化率大于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間的所述葉片的變化率。
[0031]在通過俯仰控制來使風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傾斜動(dòng)作方向，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間相比，若增大俯仰角的變化率(減少速度)，則能夠有效地抑制浮體搖動(dòng)并進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)動(dòng)作。即，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向上風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間中，促進(jìn)在傾斜動(dòng)作(浮體搖動(dòng))的抑制上有利的空氣動(dòng)力的推力的增加，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下風(fēng)側(cè)傾斜的傾斜動(dòng)作中的整個(gè)期間，能夠抑制在傾斜動(dòng)作(浮體搖動(dòng))的抑制上不利的空氣動(dòng)力的推力的增加。
[0032]在幾個(gè)實(shí)施方式中，在所述俯仰角減少步驟中，使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間的所述葉片的變化率大于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向下風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間的所述葉片的變化率。
[0033]在通過俯仰控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的姿勢(shì)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間中，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向下風(fēng)側(cè)傾斜的姿勢(shì)的整個(gè)期間相比若增大俯仰角的變化率(減少速度)，則能夠促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)返回鉛垂姿勢(shì)的動(dòng)作。即，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有向上風(fēng)