專利名稱：葉片螺距角度控制裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置，特別涉及控制風(fēng)車葉片螺距角度的葉 片螺距角度控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，在風(fēng)力發(fā)電裝置中使用的螺旋槳型風(fēng)車如圖11的外觀圖所 示，由多個(gè)葉片，例如第l葉片l、第2葉片2、第3葉片3構(gòu)成的3 個(gè)葉片、作為連接3個(gè)葉片的連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子5以及塔架4等構(gòu)成。以往，這種螺旋槳型風(fēng)車要根據(jù)風(fēng)況控制各個(gè)葉片，以便獲得預(yù) 定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出。例如，圖12顯示了以往螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。如 該圖所示，以往的螺距角度控制裝置設(shè)有通用螺距角度指令值生成部 15，其用于根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或輸出的設(shè)定值與當(dāng)前控制量之差生成通 用螺距角度指令值。然后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)由通用螺距角度指令值生成 部15生成的通用螺距角度指令值，以相同的螺距角度控制各個(gè)葉片， 由此實(shí)現(xiàn)各個(gè)葉片螺距角度的控制。但是，如圖13 (a)所示，流入風(fēng)車的風(fēng)速會(huì)受到地形的影響(下 面，將受地形影響的風(fēng)速特性稱為"風(fēng)切變特性"。)，另外，如圖 13 (b)所示，還會(huì)受到支承風(fēng)車的塔架的影響(下面，將受塔架影響 的風(fēng)速特性稱為"塔架特性"。)。再加上風(fēng)速在空間上的發(fā)散和時(shí) 間上的發(fā)散，如圖13 (c)所示，在葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域中具有不同的風(fēng)速分 布。在這種風(fēng)速不同的環(huán)境下，由于各個(gè)葉片的空氣動(dòng)力輸出瞬時(shí)值是不同的，因此，各個(gè)葉片的推力及力矩等均取互不相同的值。結(jié)果， 會(huì)使各個(gè)葉片的負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)，從而縮短葉片的壽命。針對(duì)這一問題，例如，在日本特表2001-511497號(hào)公報(bào)(專利文 獻(xiàn)l)中公開了測(cè)量流入各個(gè)葉片的風(fēng)的迎角、負(fù)荷，根據(jù)這些值對(duì)各 個(gè)葉片進(jìn)行單獨(dú)控制的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1日本特表2001-511497號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 國(guó)際公開第01/86141號(hào)小冊(cè)子在上述專利文獻(xiàn)1中公開的發(fā)明中，根據(jù)來自多個(gè)傳感器的檢測(cè) 值，瞬時(shí)算出作用于風(fēng)力發(fā)電裝置各部分上的負(fù)荷、流入葉片的風(fēng)的 迎角等，并對(duì)螺距角度進(jìn)行控制以減小該瞬時(shí)負(fù)荷的變動(dòng)。此處，為 了有效減小負(fù)荷變動(dòng)，必須大致實(shí)時(shí)進(jìn)行從傳感器的檢測(cè)到反饋控制 的一系列處理。但是，由于上述發(fā)明是根據(jù)各個(gè)檢測(cè)值并通過計(jì)算得出瞬時(shí)負(fù)荷 的，因此，存在處理復(fù)雜，難以迅速得出瞬時(shí)負(fù)荷的問題。另外，這 種長(zhǎng)時(shí)間處理會(huì)導(dǎo)致反饋控制延遲，從而降低螺距角度控制的精度。再者，在上述發(fā)明中，必須針對(duì)各個(gè)葉片設(shè)置多個(gè)風(fēng)力傳感器及 和應(yīng)變計(jì)。但是，由于對(duì)這些傳感器要求很高的可靠性，需要采用高 價(jià)傳感器，因此，存在成本問題。并且，對(duì)于風(fēng)速的測(cè)量，由于是在葉片的下游設(shè)置風(fēng)速計(jì)來測(cè)量 風(fēng)速，因此，存在會(huì)受到由葉片旋轉(zhuǎn)造成的風(fēng)速變動(dòng)的影響，從而不 能正確測(cè)量風(fēng)速的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決上述問題作出的，其目的在于提供一種通過提高 螺距角度控制的精度來進(jìn)一步減小在風(fēng)力發(fā)電裝置中產(chǎn)生的負(fù)荷變動(dòng)的螺距角度控制裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明采用了以下裝置。本發(fā)明提供了一種葉片螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng) 力發(fā)電裝置中使用，其中，具有存儲(chǔ)裝置，用于使影響上述葉片負(fù) 荷變動(dòng)的預(yù)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值相互建立關(guān)聯(lián)而予 以存儲(chǔ)；方位角度檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)上述每個(gè)葉片的方位角度；參 數(shù)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)上述預(yù)定參數(shù)；指令值獲取裝置，用于對(duì)上述 每個(gè)葉片，分別從上述存儲(chǔ)裝置獲取螺距角度指令值，該螺距角度指 令值根據(jù)由上述方位角度檢測(cè)裝置檢測(cè)的上述每個(gè)葉片的方位角度和 由上述參數(shù)檢測(cè)裝置檢測(cè)的預(yù)定參數(shù)而選定；以及螺距角度控制指令 值生成裝置，根據(jù)通過上述指令值獲取裝置獲取的上述螺距角度指令 值和由上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉片通用的通用螺距 角度指令值，生成用于對(duì)上述葉片的螺距角度單獨(dú)進(jìn)行控制的螺距角 度控制指令值。根據(jù)本發(fā)明，在存儲(chǔ)裝置中預(yù)先存儲(chǔ)考慮了各種影響葉片負(fù)荷變 動(dòng)的參數(shù)的最佳螺距角度指令值。因此，在進(jìn)行控制時(shí)，指令值獲取 裝置只需從存儲(chǔ)裝置中讀取由各種參數(shù)選定的最佳螺距角度指令值， 就可獲得最適合風(fēng)車運(yùn)行狀況的最佳螺距角度控制。這樣，由于無需進(jìn)行一切用于算出葉片的負(fù)荷變動(dòng)的處理等，從 各種參數(shù)可以馬上獲得最佳螺距角度指令值，因此，使處理過程簡(jiǎn)單、 迅速。由此，由于可對(duì)螺距角度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此，能夠迅速應(yīng)對(duì)風(fēng) 力發(fā)電裝置運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)變動(dòng)，從而進(jìn)一步減小負(fù)荷變動(dòng)。結(jié)果， 可以延長(zhǎng)各個(gè)葉片的壽命，并獲得穩(wěn)定的發(fā)電輸出。螺距角度控制指令值生成裝置，使考慮通過指令值獲取裝置獲得 的風(fēng)車運(yùn)行狀況而求出的最佳螺距角度指令值，反映到為了對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出進(jìn)行反饋控制而生成的各個(gè)葉片通用的螺距角度指 令值一一通用螺距角度指令值中，并對(duì)各個(gè)葉片分別生成用于控制各 個(gè)葉片的螺距角度的螺距角度控制指令值。由此，可以以考慮了風(fēng)力 發(fā)電裝置的輸出變動(dòng)及運(yùn)行狀況的最佳螺距角度來控制各葉片。在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中，優(yōu)選的是，將存儲(chǔ)在上 述存儲(chǔ)裝置中的上述螺距角度控制指令值設(shè)定為反映上述風(fēng)力發(fā)電裝 置設(shè)置場(chǎng)所中風(fēng)切變特性的值。雖然風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出等是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變動(dòng)的， 但由設(shè)置風(fēng)力發(fā)電裝置場(chǎng)所的地理?xiàng)l件決定的風(fēng)切變卻是相同的。這樣，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的信息不僅考慮了動(dòng)態(tài)變動(dòng)的參數(shù)，而 且考慮了根據(jù)地理?xiàng)l件被同樣地決定的風(fēng)切變等信息，因此，可進(jìn)行 精度非常高的螺距角度的控制。在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中，上述規(guī)定的參數(shù)為風(fēng)速， 上述參數(shù)檢測(cè)裝置優(yōu)選為風(fēng)速推測(cè)裝置，該風(fēng)速推測(cè)裝置具有使風(fēng)速 與上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表，并通過從上述特性 圖表讀取與上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速來推測(cè)風(fēng)速。風(fēng)速是選定螺距角度指令值所必需的重要參數(shù)之一。由于能否有 效減小負(fù)荷變動(dòng)及輸出變動(dòng)，很大程度上依賴于風(fēng)速檢測(cè)的精度，因 此，必須以高精度檢測(cè)風(fēng)速。但是，在將風(fēng)速計(jì)設(shè)置在風(fēng)車的下游來測(cè)量風(fēng)速的以往的方法中， 會(huì)受因葉片旋轉(zhuǎn)造成的風(fēng)速變動(dòng)的影響，從而不能夠正確地測(cè)量風(fēng)速。根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)速檢測(cè)裝置不是對(duì)風(fēng)速進(jìn)行物理測(cè)量，而是根據(jù) 與風(fēng)速具有密切關(guān)系的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出，通過軟件上的簡(jiǎn)單處理 求出風(fēng)速。由此，不僅可獲得非常正確的風(fēng)速，而且還可降低成本。此外，代替上述風(fēng)速推測(cè)裝置，也可以使用在流入風(fēng)車之前進(jìn)行 風(fēng)速測(cè)量的風(fēng)速計(jì)(例如，激光多普勒風(fēng)速計(jì))。由此，由于不受葉 片下游的影響，因此，可獲得高精度的風(fēng)速。在使用激光多普勒風(fēng)速計(jì)的情況下，可以設(shè)置使示蹤粒子從風(fēng)車 的上游側(cè)向風(fēng)車流動(dòng)的裝置?；蛘?，也可將在流入風(fēng)車的空氣中混入 的塵埃、水蒸汽作為示蹤物，從塵埃或水蒸汽獲得散射光并通過激光 多普勒進(jìn)行測(cè)量。在這種情況下，不必另外設(shè)置使示蹤粒子流動(dòng)的裝 置。優(yōu)選的是，上面記載的葉片螺距角度控制裝置具有頻率成分提 取裝置，從上述風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速中 的任意一項(xiàng)提取葉片數(shù)量整數(shù)倍的頻率成分；和計(jì)算裝置，根據(jù)提取 的該頻率成分計(jì)算用于除去由該頻率變動(dòng)引起的負(fù)荷變動(dòng)的螺距角 度，上述螺距角度控制指令值生成裝置將通過上述計(jì)算裝置計(jì)算出的 螺距角度反映到上述螺距角度控制指令值中。雖然考慮風(fēng)速等各種參數(shù)的變動(dòng)而求出螺距角度控制值，但是， 由于因誤差及因反饋控制造成的時(shí)間延遲等，難以完全除去負(fù)荷變動(dòng)、 發(fā)電輸出變動(dòng)。另一方面，由于輸出變動(dòng)顯著出現(xiàn)在與葉片數(shù)量相應(yīng)的頻帶中。 因此，可以通過求出用于除去這種顯著出現(xiàn)的輸出變動(dòng)的螺距角度， 將其反映到螺距角度控制指令值中，而進(jìn)一步減小輸出變動(dòng)。艮P，在使用定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置中，頻率成分提取裝置從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取葉片整數(shù)倍的頻率成分。另一方面，在使用 變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置中，頻率成分提取裝置從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速中提取葉片整數(shù)倍的頻率成分。計(jì)算裝置例如通過規(guī)定算法，對(duì)由頻率成分提取裝置提取的頻率 成分進(jìn)行計(jì)算，從而計(jì)算出頻率區(qū)域的變動(dòng)螺距角度，再對(duì)該變動(dòng)螺 距角度進(jìn)行逆頻率解析以得出時(shí)間區(qū)域的變動(dòng)螺距角度。其結(jié)果，所獲得的變動(dòng)螺距角度成為用于除去顯著負(fù)荷變動(dòng)的螺 距角度。之后，螺距角度控制指令值生成裝置將用于除去這種顯著輸出變 動(dòng)的螺距角度反映到螺距角度控制指令值中。由此，由于能夠準(zhǔn)確除去顯著出現(xiàn)的發(fā)電輸出變動(dòng)，因此，能夠 獲得更穩(wěn)定的發(fā)電輸出。本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，具有多個(gè)葉片，其中，具有葉片 螺距角度控制裝置，該葉片螺距角度控制裝置具有存儲(chǔ)裝置，用于 使影響上述葉片負(fù)荷變動(dòng)的規(guī)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值 相互建立關(guān)聯(lián)而予以存儲(chǔ)；方位角度檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)上述每個(gè)葉 片的方位角度；參數(shù)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)上述預(yù)定參數(shù)；指令值獲取 裝置，用于對(duì)上述每個(gè)葉片，分別從上述存儲(chǔ)裝置獲取螺距角度指令 值，該螺距角度指令值根據(jù)由上述方位角度檢測(cè)裝置檢測(cè)的上述每個(gè) 葉片的方位角度和由上述參數(shù)檢測(cè)裝置檢測(cè)的預(yù)定參數(shù)而選定；以及 螺距角度控制指令值生成裝置，根據(jù)通過上述指令值獲取裝置獲取的 上述螺距角度指令值和由上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉 片通用的通用螺距角度指令值，生成用于對(duì)上述葉片的螺距角度單獨(dú) 進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值。本發(fā)明提供了一種葉片螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng) 力發(fā)電裝置中使用，其中具有負(fù)荷測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角 度測(cè)量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷；調(diào)整螺距角度指令 值生成裝置，對(duì)上述每個(gè)葉片分別生成用于減小由上述負(fù)荷測(cè)量裝置 測(cè)量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距角度控制指令值生成裝 置，將對(duì)上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對(duì) 上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中，從而對(duì)上述每個(gè)葉 片生成螺距角度控制指令值。由于負(fù)荷測(cè)量裝置不是按規(guī)定的時(shí)間間隔，而是按規(guī)定的方位角 度測(cè)量負(fù)荷，因此，不僅適用于定速風(fēng)車，也適用于通過運(yùn)行狀況改 變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)速度的變速風(fēng)車。調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，例如對(duì)每個(gè)葉片計(jì)算用于減小由 上述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的負(fù)荷的最佳螺距角度，并生成調(diào)整螺距角度 指令值。之后，螺距角度控制指令值生成裝置通過將該調(diào)整螺距角度 指令值反映到控制葉片螺距角度的螺距角度控制指令值，而能夠減小 負(fù)荷的變動(dòng)。本發(fā)明提供了一種螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā) 電裝置中使用，其中具有負(fù)荷測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角度分 別測(cè)量作用于上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷；計(jì)算裝置， 根據(jù)由上述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的測(cè)量值求出上述負(fù)荷周期性變動(dòng)；調(diào) 整螺距角度指令值生成裝置，根據(jù)上述計(jì)算裝置的計(jì)算結(jié)果對(duì)上述每 個(gè)葉片分別生成用于減小負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距 角度控制指令值生成裝置，將對(duì)上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角 度指令值反映到用于對(duì)上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值 中，從而對(duì)上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。發(fā)明人著眼于葉片的負(fù)荷變動(dòng)會(huì)周期性顯著出現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，作為在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的過程中檢測(cè)負(fù)荷如何變動(dòng)的裝置，設(shè)置負(fù)荷測(cè) 量裝置及計(jì)算裝置。負(fù)荷測(cè)量裝置以規(guī)定的方位角度對(duì)作用于各個(gè)葉片上的負(fù)荷進(jìn)行 測(cè)量。這樣，由于不是按規(guī)定的時(shí)間間隔，而是按規(guī)定的方位角度測(cè) 量負(fù)荷，因此，也適用于葉片旋轉(zhuǎn)速度變化的變速風(fēng)車。計(jì)算裝置確保規(guī)定周期的量(例如，旋轉(zhuǎn)1圈)的由負(fù)荷測(cè)量裝 置測(cè)量的各方位角度的測(cè)量值，并根據(jù)這些測(cè)量值求出負(fù)荷的特性。 由此，可知道在各個(gè)葉片中出現(xiàn)哪種負(fù)荷變動(dòng)。并且，調(diào)整螺距角度指令值生成裝置求出用于除去該負(fù)荷變動(dòng)的 螺距角度調(diào)整指令值，螺距角度控制指令值生成裝置將該調(diào)整螺距角 度指令值反映到各個(gè)葉片螺距角度的控制中。由此，可減小周期性顯 著出現(xiàn)的負(fù)荷變動(dòng)。這樣，由于著眼于周期性出現(xiàn)的負(fù)荷變動(dòng)并減小了該負(fù)荷變動(dòng)， 因此，與減小瞬時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷變動(dòng)的以往的螺距角度控制相比，可以 通過非常簡(jiǎn)單的處理，更有效地減小負(fù)荷變動(dòng)。由此，可將各個(gè)葉片控制在最佳的螺距角度，從而延長(zhǎng)了葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的壽此外，在本發(fā)明中，雖然由于在至少確保一個(gè)周期的測(cè)量值之后， 根據(jù)這些測(cè)量值進(jìn)行反饋控制會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，但是，由于本發(fā)明著 眼的負(fù)荷變動(dòng)是在幾乎相同的方位角度中周期性出現(xiàn)的，因此，即使 存在由反饋引起的時(shí)間延遲，仍能以高精度除去負(fù)荷變動(dòng)。在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中，優(yōu)選的是，上述負(fù)荷測(cè) 量裝置具有方位角度測(cè)量裝置，以規(guī)定時(shí)間間隔測(cè)量各個(gè)葉片的方 位角度；觸發(fā)發(fā)生裝置，在測(cè)量結(jié)果與規(guī)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及測(cè)量裝置，根據(jù)上述觸發(fā)信號(hào)測(cè)量負(fù)荷。這樣，可以由眾所周知的常用機(jī)構(gòu)構(gòu)成負(fù)荷測(cè)量裝置，從而能低 價(jià)且簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測(cè)量裝置。上述測(cè)量裝置可以使用應(yīng)變計(jì)，測(cè)力計(jì)、光纖傳感器等。在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中，優(yōu)選的是，上述負(fù)荷測(cè) 量裝置具有在方位角度到達(dá)預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器、和根據(jù)上 述觸發(fā)測(cè)量負(fù)荷的測(cè)量裝置。編碼器和測(cè)量裝置為眾所周知的機(jī)構(gòu)。這樣，由于負(fù)荷測(cè)量裝置 由眾所周知的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，因此，能夠低價(jià)且簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測(cè)量裝置。上述測(cè)量裝置可以使用應(yīng)變計(jì)，測(cè)力計(jì)、光纖傳感器等。本發(fā)明提供一種葉片螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力 發(fā)電裝置中使用，其中具有加速度測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角 度測(cè)量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的加速度；調(diào)整螺距角度指令 值生成裝置，對(duì)上述每個(gè)葉片分別生成用于降低由上述加速度測(cè)量裝 置測(cè)量的加速度的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距角度控制指令值生 成裝置，將對(duì)上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用 于對(duì)上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中，從而對(duì)上述每 個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，例如可對(duì)每個(gè)葉片計(jì)算出用于降 低由加速度測(cè)量裝置測(cè)量的加速度的最佳螺距角度，并生成調(diào)整螺距 角度指令值。之后，螺距角度控制指令值生成裝置將該調(diào)整螺距角度 指令值反映到對(duì)葉片螺距角度進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值中，從 而降低加速度。而且，由于加速度與負(fù)荷變動(dòng)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此，可通過降低 加速度來減小負(fù)荷的變動(dòng)。本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，具有多個(gè)葉片，其中，具有葉片 螺距角度控制裝置，該葉片螺距角度控制裝置具有負(fù)荷測(cè)量裝置， 用于以規(guī)定的方位角度測(cè)量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù) 荷；調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，對(duì)上述每個(gè)葉片分別生成用于減 小由上述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距 角度控制指令值生成裝置，將對(duì)上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角 度指令值反映到用于對(duì)上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值 中，從而對(duì)上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。由于設(shè)有這種葉片螺距角度控制裝置，因此，能夠控制各個(gè)葉片 達(dá)到最佳螺距角度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件壽命較 長(zhǎng)的風(fēng)力發(fā)電裝置。


圖1為框圖，其顯示了本發(fā)明第一實(shí)施方式的葉片螺距角度控制 裝置的結(jié)構(gòu)。圖2為用于說明方位角度的視圖。圖3顯示了使風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表的 一個(gè)例子。圖4顯示了恒速風(fēng)(風(fēng)速在時(shí)間上、平面上相同)下的特性圖表 的一個(gè)例子。圖5顯示了在改變風(fēng)速時(shí)，用于消除由傾角造成的風(fēng)的影響的螺距角度修正值以及反映了該修正值的特性圖表的一個(gè)例子。圖6顯示了在改變風(fēng)速時(shí)，用于消除由風(fēng)向偏差產(chǎn)生的影響的螺距角度修正值以及反映該修正值的特性圖表的一個(gè)例子。圖7顯示了在空氣密度為變量時(shí)的特性圖表的一個(gè)例子。圖8顯示了在風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出為變量時(shí)的特性圖表的一個(gè)例子。圖9顯示了適用于使用定速風(fēng)車時(shí)的輸出變動(dòng)除去裝置的結(jié)構(gòu)。 圖10顯示了本發(fā)明第二實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置結(jié)構(gòu) 的框圖。圖11顯示了在風(fēng)力發(fā)電裝置中使用的螺旋槳型風(fēng)車的外觀圖。 圖12為框圖，其顯示了使用現(xiàn)有技術(shù)的葉片螺距角度控制裝置的 結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖13為用于說明風(fēng)切變特性、塔架特性以及風(fēng)速分布的視圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖，以第一實(shí)施方式、第二實(shí)施方式的順序?qū)Ρ景l(fā)明 的實(shí)施方式進(jìn)行說明。第一實(shí)施方式圖1為框圖，其顯示了適用于使用了定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置設(shè)有存儲(chǔ)部(存儲(chǔ)裝置)10、方位角度檢測(cè)部(方位角度檢測(cè)裝置)11、參數(shù)檢測(cè)部 (參數(shù)檢測(cè)裝置)12、指令值獲取部(指令值取得裝置)13、螺距角 度控制指令值生成部(螺距角度控制指令值生成裝置)14、以及通用 螺距角度指令值生成部(通用螺距角度指令值生成裝置)15。在存儲(chǔ)部10中，建立關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)有風(fēng)速、溫度、上述風(fēng)力發(fā)電裝 置的輸出等影響葉片負(fù)荷變動(dòng)的規(guī)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指 令值。此處，如圖2所示，方位角度是指與風(fēng)車的垂直方向所成的交角， 當(dāng)葉片位于風(fēng)車的最上部時(shí)，該方位角度為0°，在位于最下部時(shí)，該方位角度為180°。另外，對(duì)于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部IO中內(nèi)容的詳細(xì)情況將在 后面敘述。方位角度檢測(cè)部11以規(guī)定間隔，分別檢測(cè)各葉片的方位角度，并將它們輸出到指令值獲取部13。例如，可以通過設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸中的旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出求出方位角度。參數(shù)檢測(cè)部12設(shè)有用于檢測(cè)風(fēng)速的風(fēng)速檢測(cè)部(風(fēng)速檢測(cè)裝 置)121、檢測(cè)空氣密度的空氣密度檢測(cè)部122、以及檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電裝置 輸出的風(fēng)力發(fā)電裝置輸出檢測(cè)部123。風(fēng)速檢測(cè)部121在內(nèi)部設(shè)有使風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān) 聯(lián)的特性圖表(參見圖3)。風(fēng)速檢測(cè)部121以規(guī)定間隔、從風(fēng)力發(fā)電 裝置輸出檢測(cè)部123獲得風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出，并從特性圖表讀出與 所獲得的輸出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速，從而推測(cè)出風(fēng)速，并將推測(cè)的風(fēng)速輸出到 指令值獲取部13。另外，代替這種推測(cè)風(fēng)速的方法，也可以在風(fēng)流入 風(fēng)車之前使用測(cè)量風(fēng)速的風(fēng)速計(jì)(例如，激光多普勒風(fēng)速計(jì))。這樣， 由于不受葉片的下游的影響，可獲得高精度的風(fēng)速。在使用激光多普勒風(fēng)速計(jì)的情況下，可以設(shè)置使示蹤粒子從風(fēng)車 的上游側(cè)向風(fēng)車流動(dòng)的裝置?；蛘撸部蓪⒃诹魅腼L(fēng)車的空氣中混入 的塵埃和水蒸汽用作示蹤物，獲得來自塵埃或水蒸汽的散射光并通過 激光多普勒進(jìn)行測(cè)量。在這種情況下，不必另外設(shè)置使示蹤粒子流動(dòng) 的裝置?？諝饷芏葯z測(cè)部122按規(guī)定間隔檢測(cè)氣溫、氣壓，并根據(jù)空氣密 度、氣溫、氣壓的特性由該檢測(cè)值求出空氣密度。這是因?yàn)榭諝饷芏?由氣溫及氣壓唯一確定。例如，空氣密度檢測(cè)部122具有使氣溫、氣 壓及空氣密度預(yù)先建立關(guān)聯(lián)的映射，從映射中獲得通過氣溫、氣壓的 測(cè)量值選定的空氣密度，從而求出空氣密度?；蛘呖梢跃哂袣鉁?、氣壓及空氣密度的關(guān)系式，并通過將氣溫及氣壓的測(cè)量值代入關(guān)系式中， 算出空氣密度。指令值獲取部13從存儲(chǔ)部10獲取螺距角度指令值，該螺距角度 指令值，根據(jù)從上述方位角度檢測(cè)部11輸入的各個(gè)葉片的方位角度和 從參數(shù)檢測(cè)部12輸入的各種參數(shù)(例如，風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電輸出 等)而選定，并將獲得的各葉片的螺距角度指令值，即第1葉片螺距 角度指令值、第2葉片螺距角度指令值、第3葉片螺距角度指令值分別輸出到螺距角度控制指令值生成部14。由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(發(fā)電輸出信息)或發(fā)電輸出(發(fā)電輸出信息)的設(shè)定值與當(dāng)前控制量之間的差，通用螺距角度指令值生成部15計(jì)算出 用于共同控制第1 第3三個(gè)葉片的螺距角度的通用螺距角度指令值， 以使風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出與額定輸出(設(shè)定值) 一致，并將該通 用螺距角度指令值輸出到螺距角度控制指令值生成部14。例如，通用 螺距角度指令值生成部15可以由眾所周知的PID控制系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)分別從指令值獲取部13輸入的針對(duì)各個(gè)葉片的各螺距角度 指令值以及從通用螺距角度指令值生成部15輸入的通用螺距角度指令 值，螺距角度控制指令值生成部14生成用于單獨(dú)控制各個(gè)葉片的螺距 角度的螺距角度控制指令值。具體地說，通過將各螺距角度指令值與 通用螺距角度指令值相加，生成各葉片的螺距角度控制指令值。之后， 將對(duì)應(yīng)各個(gè)葉片分別獲得的螺距角度控制指令值輸出到作為控制各個(gè) 葉片的螺距角度的機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為安裝在各個(gè)葉片中的 油壓缸或電動(dòng)馬達(dá)，其是眾所周知的裝置。下面，對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部10中的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，將風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出等作為參數(shù)，將 這些參數(shù)設(shè)定為各種值，通過計(jì)算機(jī)摸擬，求出各種測(cè)試模式中的最佳螺距角度。例如，作為一種測(cè)試模式，設(shè)定風(fēng)速A(m/s)、空氣密度B(g/m3)、 發(fā)電輸出C(kW)，釆集在這種條件下改變螺距角度時(shí)的變動(dòng)負(fù)荷的數(shù) 據(jù)。接著，分析該數(shù)據(jù)結(jié)果，選擇獲得最小變動(dòng)負(fù)荷時(shí)的螺距角度， 制作使選擇的螺距角度與方位角度對(duì)應(yīng)的特性圖表。通過改變上述各個(gè)參數(shù)(風(fēng)速A (m/s)、空氣密度B (g/m3)、 發(fā)電輸出C(kW))的值并反復(fù)進(jìn)行上述工作，從而制作出各種環(huán)境下 的特性圖表。之后，使這些特性圖表與測(cè)試模式中各個(gè)參數(shù)的設(shè)定值 (風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電輸出等設(shè)定值)建立對(duì)應(yīng)并將它們寫入存儲(chǔ) 部10中。這樣，通過決定參數(shù)值，能夠獲得在該環(huán)境下最合適的螺距角度。此外，在進(jìn)行上述摸擬時(shí)，通過預(yù)先設(shè)定風(fēng)切變特性或塔架特性 (參見圖13 (a)及圖13 (b))作為固定值，從而可以獲得更合適的 螺距角度。例如，雖然上述風(fēng)速等參數(shù)是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變動(dòng)的，但是風(fēng)切變特性 或塔架特性卻是由設(shè)置該風(fēng)車的場(chǎng)所、風(fēng)車的結(jié)構(gòu)決定不變的。因此， 在考慮了這些特性之后，通過進(jìn)行摸擬，能夠獲得對(duì)該風(fēng)車特定的最 佳螺距角度，從而可以進(jìn)行更高精度的葉片螺距角度的控制。下面，舉例說明上述特性圖表的具體形式。首先，在圖4中顯示了恒速風(fēng)(風(fēng)速在時(shí)間上、平面上相同)下 的特性圖表。如該圖所示，特性圖表的橫軸為方位角度(度)，縱軸為螺距角度(度)，并且，形成余弦波(Cosine wave)，在方位角度 0。上取最大螺距角度(例如1°)而在方位角度180。上取最小螺距角度 (例如，-1°)。當(dāng)然，該圖中的角度意味著相對(duì)值。其原因在于在葉片接受的風(fēng)速達(dá)到最大的方位角度0。的位置上， 為了降低空氣動(dòng)力性能必須增大螺距角度，而在葉片接受的風(fēng)速達(dá)到 最小的方位角度180。的位置上，為了提高空氣性能必須減小螺距角度。通過上述摸擬獲得的各種環(huán)境下的特性圖表也與圖4所示的特性 圖表基本形狀大體相同，但振幅、相位不同。例如，在將空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出作為固定值而僅 改變風(fēng)速的情況下，風(fēng)速越大，對(duì)葉片負(fù)荷變動(dòng)的影響就越大(負(fù)荷 與風(fēng)速的平方成正比)。因此，在改變風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速越大，圖4中所示的余弦波的振幅就 越大。下面，為了確保間隙以使葉片不與塔架碰撞，風(fēng)車的葉片本來具 有稱為傾角(一般為5°左右)的向上的角。受該傾角的影響，流入風(fēng) 車的風(fēng)通常為上揚(yáng)風(fēng)。在風(fēng)速較小的情況下，由于上述風(fēng)速自身的影響很小，因此，可 以不考慮，但隨著風(fēng)速的上升，該傾角的影響也加大。用于消除所述 傾角對(duì)風(fēng)的影響的螺距角度修正值顯示了圖5所示的特性。在圖5中，線A為圖4所示的基本螺距角度的波形，線B為用于 消除由傾角產(chǎn)生的影響的修正值的波形，線C為將線B的修正值加到 線A的波形上的螺距角度指令值的波形。這樣，在摸擬中，在使風(fēng)速上升時(shí)所獲得的特性圖表考慮了受上 述傾角影響的上揚(yáng)風(fēng)，因此，與圖4所示的特性相比，不僅振幅不同， 而且相位也不同。另外，風(fēng)向?qū)θ~片的負(fù)荷變動(dòng)也有影響。例如，從風(fēng)車位置面朝向風(fēng)上側(cè)時(shí)，如果風(fēng)從左側(cè)吹入，則在方 位角度0。上所接受的風(fēng)的影響會(huì)增加，在方位角度180。上所接受的風(fēng) 的影響降低。因此，用于消除由所述風(fēng)向偏差所產(chǎn)生的影響的螺距角度修正值 顯示了圖6中所示的特性。在圖6中，線A為圖4所示的基本螺距角度的波形，線B為用于 消除由風(fēng)向偏差產(chǎn)生的影響的修正值的波形，線C為將線B的修正值 加到線A的波形上的螺距角度指令值的波形。這樣，在摸擬中，改變風(fēng)向時(shí)所獲得的特性圖表是增減圖4所示 的基本螺距角度振幅的圖表。此外，將風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出作為固定值，在只改變 空氣密度的情況下，空氣密度越大，葉片負(fù)荷變動(dòng)的影響也就越大。 因此，在模擬中，在改變空氣密度的情況下，能夠空氣密度越大圖4 所示特性的振幅也就越大的特性圖表。圖7顯示了將空氣密度作為變 量時(shí)的特性圖表。在圖7中，線A為空氣密度較大時(shí)的螺距角度指令 值的波形，線B為空氣密度小時(shí)的螺距角度指令值的波形。接著，在使風(fēng)速、空氣密度定為固定值，僅改變風(fēng)力發(fā)電裝置的 輸出時(shí)，如果輸出大于設(shè)定值(要求輸出)，則作用于葉片上的空氣 力比按要求輸出值運(yùn)行時(shí)大，另外，還會(huì)作用較大的變動(dòng)空氣力負(fù)荷。因此，在輸出大于要求輸出的情況下，能夠獲得加大了圖4所示的基 本螺距角度的振幅的特性圖表。圖8顯示了將風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出作為變量時(shí)的特性圖表。在圖8中，線A為輸出較大時(shí)的螺距角度指令 值的波形，線B為輸出較小時(shí)的螺距角度指令值的波形。下面，對(duì)上述本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置的作用進(jìn)行說明。首先，若指令值獲取部13從方位角度檢測(cè)部11獲取方位角度、 從參數(shù)檢測(cè)部12獲取風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出，則從存儲(chǔ)部10 獲得根據(jù)取得的風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出選定的特性圖表。之后，在獲得的特性圖表中，獲得與從方位角度檢測(cè)部ll輸入的 各葉片方位角度對(duì)應(yīng)的螺距角度指令值。由此，能夠獲得分別與第l、第2、第3葉片對(duì)應(yīng)的螺距角度指令值。指令值獲取部13將以此方式取得的螺距角度指令值輸出到螺距 角度控制指令值生成部14。螺距角度控制指令值生成部14通過將從指令值獲取部13輸入的 螺距角度指令值與從通用螺距角度指令值生成部15輸入的基于風(fēng)力發(fā) 電裝置發(fā)電輸出的通用螺距角度指令值相加，從而生成與各個(gè)葉片對(duì) 應(yīng)的螺距角度控制指令值，并將這些螺距角度控制指令值輸出到對(duì)應(yīng) 各個(gè)葉片設(shè)置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由此，能夠?qū)⒏鱾€(gè)葉片的螺距角度控制為最適合各個(gè)時(shí)刻風(fēng)力發(fā) 電裝置運(yùn)行狀況的角度。另外，如果在存儲(chǔ)部10中未存儲(chǔ)與從參數(shù)檢測(cè)部12輸入的參數(shù) 值完全一致的特性圖表，則可以選定與這些參數(shù)值最相近的特性圖表。 或者，也可以讀取多個(gè)相近的特性圖表并插補(bǔ)這些特性，從而求出螺 距角度指令值。上面，對(duì)適用于使用了定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度 控制裝置進(jìn)行說明。本發(fā)明的葉片螺距角度控制裝置也可用于使用了 變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置。下面，對(duì)適用于使用了變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度 控制裝置進(jìn)行說明。在使用變速風(fēng)車的情況下，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出控制轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速。通過改變旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)速)，各個(gè)葉片的負(fù)荷變動(dòng)也會(huì)變化。 因此，在使用變速風(fēng)車的情況下，作為上述參數(shù)，必須也考慮轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速。具體地說，在圖1所示的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)中，作 為輸入指令值獲取部13的參數(shù)，要加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并且在存儲(chǔ)部10 中存儲(chǔ)也考慮了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的特性圖表。之后，指令值獲取部13從存儲(chǔ)部IO獲取根據(jù)輸入的風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速而選定的特性圖表。在取得的特性圖 表中，獲取與從方位角度檢測(cè)部ll輸入的各個(gè)葉片方位角度對(duì)應(yīng)的螺 距角度指令值。之后，將這些螺距角度指令值分別輸出到螺距角度控制指令值生成部14。之后的處理與上述第一實(shí)施方式相同。雖然通過上述葉片螺距角度控制裝置可以極度減小在葉片中產(chǎn)生 的負(fù)荷變動(dòng)，但依然會(huì)產(chǎn)生一些輸出變動(dòng)。該輸出變動(dòng)顯著出現(xiàn)在與 葉片數(shù)量相應(yīng)的頻帶中。因此，可以通過求出用于除去這種顯著出現(xiàn) 的輸出變動(dòng)的螺距角度，并將其反映到葉片螺距角度控制指令值中， 以此進(jìn)一步減小輸出變動(dòng)。因此，在本實(shí)施方式中，在圖1所示的葉片螺距角度控制裝置中 追加了具有以下功能的輸出變動(dòng)除去裝置。圖9顯示了使用定速風(fēng)車時(shí)適用的輸出變動(dòng)除去裝置的結(jié)構(gòu)。 如圖9所示，輸出變動(dòng)除去裝置設(shè)有頻率解析部(頻率成分提取裝置)21、控制算法部(計(jì)算裝置)22，逆頻率解析部(計(jì)算裝置) 23以及計(jì)算部24。頻率解析部21從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取與葉片數(shù)量整數(shù)倍 相當(dāng)?shù)念l率成分，并且輸出提取的頻率成分。例如，在使用具有3個(gè) 葉片的風(fēng)車時(shí)，抽出3N成分(N-整數(shù))?？刂扑惴ú?2可以將從頻率解析部21輸出的頻率成分和通過圖 1所示的方位角度檢測(cè)部U檢測(cè)的方位角度作為輸入信號(hào)而得到，并 根據(jù)規(guī)定算法對(duì)這些信息進(jìn)行計(jì)算，由此，計(jì)算出頻率區(qū)域的變動(dòng)螺 距角度厶8 并將其輸出。逆頻率解析部23可以將通過控制算法部22計(jì)算的變動(dòng)螺距角度 △ 9 (")作為輸入信號(hào)而得到，并對(duì)其進(jìn)行逆頻率解析以計(jì)算出時(shí) 間區(qū)域的變動(dòng)螺距角度A6 ( t )并輸出。計(jì)算部24可以將通過逆頻率分析部23計(jì)算的時(shí)間區(qū)域的變動(dòng)螺 距角度厶9 ( t )和由通用螺距角度指令值生成部15 (參照?qǐng)D1)輸 出的通用螺距角度指令值作為輸入信號(hào)而得到，并它們相加，由此對(duì) 通用螺距角度指令值進(jìn)行微調(diào)，將微調(diào)后的通用螺距角度指令值輸出 到螺距角度控制指令值生成部14 (參照?qǐng)D1)。這樣，通過頻率分析部21從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取對(duì)各個(gè)葉片的負(fù)荷變動(dòng)有顯著影響的頻率成分，通過控制算法部22及逆頻率分析部23求出可除去該頻率成分的螺距角度，計(jì)算部24再將從逆頻率 解析部23輸出的變動(dòng)螺距角度反映到通用螺距角度指令值中。由此，能夠僅準(zhǔn)確除去顯著的輸出變動(dòng)，從而可以保持穩(wěn)定的發(fā) 電輸出。此外，在使用變速風(fēng)車的情況下，在圖9所示的輸出變動(dòng)除去裝 置中，作為輸入信號(hào)，輸入轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。即，為了在變速風(fēng)車中通過轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速控制輸出，可以變?yōu)檩敵鲞M(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的頻率解析，從而求出 變動(dòng)螺距角度A6 (t)。由此，對(duì)于變速風(fēng)車而言，也能夠進(jìn)行更 高精度的葉片螺距角度的控制。上面，雖然參照附圖對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式的葉片螺距角度控制 裝置進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是具體的結(jié)構(gòu)不應(yīng)局限于該實(shí)施方式，其還 包括不脫離本發(fā)明宗旨范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)變動(dòng)。例如，各種參數(shù)并不限于上述風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的 輸出、轉(zhuǎn)子速度(轉(zhuǎn)速)，還包括進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)對(duì)輸出等有影響的 任何參數(shù)。此外，也可以使用考慮了這些參數(shù)中所有參數(shù)變動(dòng)的螺距角度， 或者可以進(jìn)行僅考慮這些參數(shù)的一部分(例如僅考慮風(fēng)速)的螺距角 度的控制。此外，參數(shù)也不限于同步檢測(cè)得到的參數(shù)，例如，風(fēng)速與方位角 度可以按預(yù)定的間隔檢測(cè)，而隨時(shí)間變化小的空氣密度等，其檢測(cè)間 隔可以比風(fēng)速、方位角度的間隔長(zhǎng)。第二實(shí)施方式下面，對(duì)本發(fā)明第二實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置進(jìn)行說明。圖IO為框圖，其顯示了適用于使用了變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)。如圖IO所示，本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置設(shè)有負(fù)荷測(cè)量 部(負(fù)荷測(cè)量裝置)30、頻率解析部(計(jì)算裝置)31、調(diào)整螺距角度生成部(調(diào)整螺距角度指令值生成裝置)32、螺距角度控制指令值生 成部(螺距角度控制指令值生成裝置)36以及通用螺距角度指令值生 成部15。負(fù)荷測(cè)量部30按規(guī)定的方位角度(例如，每6°)分別測(cè)量作用 于各個(gè)葉片的負(fù)荷，并將測(cè)量結(jié)果作為電信號(hào)輸出。例如，該負(fù)荷測(cè)量部30具有方位角度測(cè)量器(方位角度測(cè)量裝 置)，以規(guī)定的時(shí)間間隔測(cè)量各個(gè)葉片方位角度；觸發(fā)發(fā)生電路(觸 發(fā)發(fā)生裝置)，在方位角度測(cè)量器的測(cè)量結(jié)果與預(yù)定的方位角度(例 如，6的倍數(shù)的角度) 一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及傳感器(測(cè)量裝置)， 根據(jù)觸發(fā)發(fā)生電路的觸發(fā)信號(hào)測(cè)量負(fù)荷。此處，測(cè)量負(fù)荷的傳感器可 以是安裝于葉片根部或風(fēng)車各部分上的應(yīng)變計(jì)，測(cè)力計(jì)、光纖傳感器 等。頻率解析部31可以將以規(guī)定方位角度從負(fù)荷測(cè)量部30測(cè)量的測(cè) 量值(負(fù)荷)作為輸入信號(hào)而得到，并根據(jù)該測(cè)量值，求出負(fù)荷作用 于葉片的周期性變動(dòng)。具體地說，通過在確保旋轉(zhuǎn)一圈的測(cè)量值時(shí)， 使用以下所示的計(jì)算式(1.1) 、 (1.2)，來求出負(fù)荷的方位角度特性。 能夠通過負(fù)荷的余弦成分Zic和正弦成分Zis表示該方位角度特性。[數(shù)學(xué)式1]K,丄二^2>("證)—麼)[數(shù)學(xué)式2](z丄4|>("證)一證)在上述(1.1) 、 (1.2)式中，i表示葉片編號(hào)，在有3個(gè)葉片的情 況下，i=l、 2、 3。 N是對(duì)應(yīng)考慮的負(fù)荷變動(dòng)的周期改變的整數(shù)值，其 意味著如果r^3，則表示考慮了在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)變動(dòng)3次的負(fù)荷。 K為在方位角度0°至360°中進(jìn)行測(cè)量的次數(shù)，例如，在轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)一 圈時(shí)進(jìn)行12次負(fù)荷測(cè)量時(shí)，"K=12" 。 AW為360。除以K的值。zi(nkAW)是作為來自負(fù)荷測(cè)量部30的輸入信號(hào)的各個(gè)方位角度 中的負(fù)荷測(cè)量值。接著，調(diào)整螺距角度指令值生成部32將頻率分析部31的解析結(jié) 果作為輸入信息而得到，根據(jù)該解析結(jié)果，對(duì)每一葉片分別生成用于 減小負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整螺距角度指令值。該調(diào)整螺距角度指令值生成部 32具有調(diào)整指令值計(jì)算部33和逆頻率分析部34。調(diào)整指令值計(jì)算部33將通過頻率分析部31求出的負(fù)荷變動(dòng)的余 弦成分Zic與正弦成分Zis作為輸入信號(hào)而得到，并通過規(guī)定的傳遞函 數(shù)計(jì)算該輸入信號(hào)Zic、 Zis，從而分別對(duì)各個(gè)葉片求出用于消除周期性 出現(xiàn)的顯著負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整指令值edem。此處，求出的調(diào)整指令值e idem、 92dem、 8 3dem為頻率區(qū)域上的值。此外，作為求出調(diào)整指令值計(jì)算部33使用的傳遞函數(shù)的方法，可 采用通過假定各種負(fù)荷變動(dòng)而進(jìn)行摸擬，并分析該摸擬結(jié)果來獲得最 佳調(diào)整指令值，再?gòu)脑摻Y(jié)果求出傳遞函數(shù)的方法等。(1.1)(1.2)或者，也可以根據(jù)風(fēng)車的運(yùn)行狀況設(shè)定多個(gè)傳遞函數(shù)，再根據(jù)風(fēng) 車的運(yùn)行狀況選定最佳傳遞函數(shù)來使用。由此，能夠求出較為適合的 調(diào)整指令值。接著，逆頻率解析部34將作為通過調(diào)整指令值計(jì)算部33求出的頻率區(qū)域上的值的調(diào)整指令值e idem、 92dem、 0 3dem變換為時(shí)間區(qū) 域上的值。艮P，該調(diào)整指令值原本是根據(jù)負(fù)荷測(cè)量部30以規(guī)定方位角度所測(cè) 量的負(fù)荷求出的值。因此，頻率解析部31、調(diào)整指令值計(jì)算部33所處 理的信息成為隨角度變化的特性或者調(diào)整指令值。另一方面，由于后面所述的通過通用螺距角度指令值生成部15求 出的通用螺距角度指令值是隨時(shí)間變動(dòng)的指令值，即時(shí)間軸上的指令 值，因此，必須對(duì)這些指令值進(jìn)行整合。因此，逆頻率解析部34使用當(dāng)前的方位角度信息和規(guī)定的函數(shù)， 將調(diào)整指令值e!dem、 62dem、 e 3dem轉(zhuǎn)換為時(shí)間區(qū)域上的值e , (t)、e 2 (t) 、 e 3 (t)。之后，將轉(zhuǎn)換后的調(diào)整指令值0i (t) 、 e2 (t) 、 e3 (t)作為調(diào)整螺距角度指令值，傳遞到螺距角度控制指令值生成部36。在螺距角度控制指令值生成部36中，從調(diào)整螺距角度指令值生成 部32輸入用于減小負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整螺距角度指令值，從通用螺距角度 指令值生成部15輸入作為用于使當(dāng)前輸出與目標(biāo)值一致的反饋控制量 的通用螺距角度指令值。該通用螺距角度指令值是各個(gè)葉片通用的指 令值。螺距角度控制指令值生成部36通過將輸入的通用螺距角度指令值與各個(gè)葉片的調(diào)整螺距角度指令值0i (t) 、 e2 (t) 、 e3 (t)分別相加，生成用于對(duì)各個(gè)葉片的螺距角度進(jìn)行單獨(dú)控制的螺距角度控制指令值，并將各螺距角度控制指令值輸出到用于控制各個(gè)葉片的螺距 角度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由此，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)控制指令值控制各個(gè)葉片螺距角度。如上所述，本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置可獲得以下效果。第l，由于不管葉片的旋轉(zhuǎn)速度如何，負(fù)荷測(cè)量部30均以規(guī)定的 方位角度測(cè)量負(fù)荷，因此，其優(yōu)點(diǎn)是不僅適用于定速風(fēng)車，也適用于 葉片旋轉(zhuǎn)速度隨運(yùn)行狀況變化的變速風(fēng)車。第2，負(fù)荷測(cè)量部30以規(guī)定的方位角度測(cè)量作用于各個(gè)葉片上的 負(fù)荷，頻率解析部31分析周期性負(fù)荷的變動(dòng)特性，根據(jù)該分析結(jié)果， 調(diào)整螺距角度指令值生成部32求出用于消除該負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整螺距角 度指令值，螺距角度控制指令值生成部36將該調(diào)整螺距角度指令值反 映到各個(gè)葉片螺距角度的控制中。由此，能夠減小周期性顯著出現(xiàn)的 負(fù)荷變動(dòng)。第3，由于著眼于周期性顯著出現(xiàn)的葉片負(fù)荷變動(dòng)，并且以減少 該周期性的負(fù)荷變動(dòng)為目的，因此，即使由反饋控制造成時(shí)間延遲， 仍能夠以高精度除去負(fù)荷變動(dòng)。由此，與減少瞬時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷變動(dòng)的 以往的螺距角度控制相比，能夠通過大大簡(jiǎn)化的處理有效地減小負(fù)荷 變動(dòng)。結(jié)果，能夠?qū)⒏鱾€(gè)葉片控制為最佳的螺距角度，從而延長(zhǎng)了葉 片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的壽命。第4，由于負(fù)荷測(cè)量部30由以規(guī)定的時(shí)間間隔測(cè)量各葉片方位角 度的方位角度測(cè)量器、在測(cè)量結(jié)果與預(yù)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā) 信號(hào)的觸發(fā)發(fā)生器、以及根據(jù)觸發(fā)信號(hào)測(cè)量負(fù)荷的傳感器構(gòu)成，因此， 易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測(cè)量器30。此外，例如，負(fù)荷測(cè)量器30也可以由在方位 角度達(dá)到預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器和根據(jù)上述觸發(fā)來測(cè)量負(fù)荷的傳感器構(gòu)成。由于這些編碼器和傳感器是眾所周知的機(jī)構(gòu)，因此，能 夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測(cè)量裝置。上面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，具體 的結(jié)構(gòu)并不局限于該實(shí)施方式，還包括在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi) 的設(shè)計(jì)變形等。第1，代替上述實(shí)施方式的負(fù)荷測(cè)量部30，也可以采用用于測(cè)量 葉片加速度的加速度測(cè)量部，測(cè)量規(guī)定方位角度中的葉片加速度，并 計(jì)算出用于降低該加速度的最佳螺距角度。由此，能夠降低葉片或者 構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的加速度。此外，由于具有在承受負(fù)荷變動(dòng)時(shí)， 葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件會(huì)發(fā)生振動(dòng)而產(chǎn)生加速度這一關(guān)聯(lián)關(guān)系， 因此，通過以上述方式降低加速度，也可以相應(yīng)地減小負(fù)荷變動(dòng)。第2，在上述實(shí)施方式中，雖然對(duì)適用于變速風(fēng)車的情況進(jìn)行了 說明，但是，本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置也適用于使用了定 速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置。對(duì)于定速風(fēng)車而言，在通用螺距角度指令值 生成部15中輸入的信息不是發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，而變成發(fā)電機(jī)的輸出， 通用螺距角度指令值是使發(fā)電機(jī)輸出與目標(biāo)值一致的指令值。第3，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置來實(shí)現(xiàn)上述頻率解析部31、調(diào)整指令值計(jì)算部33、逆頻率解析部34、通用螺 距角度指令值生成部15、螺距角度控制指令值生成部36各部分分別進(jìn) 行的處理內(nèi)容。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒂糜趯?shí)現(xiàn)各部功能的程序存儲(chǔ)在電腦 可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，并將記錄在該存儲(chǔ)基質(zhì)中的程序讀入電腦系統(tǒng) 中執(zhí)行，從而進(jìn)行處理。
權(quán)利要求
1. 一種葉片螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用，其中，具有負(fù)荷測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角度測(cè)量所述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷；調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，對(duì)所述每個(gè)葉片分別生成用于減小由所述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距角度控制指令值生成裝置，將對(duì)所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對(duì)所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中，從而對(duì)所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片螺距角度控制裝置，其中，所述負(fù) 荷測(cè)量裝置具有-方位角度測(cè)量裝置，以規(guī)定時(shí)間間隔測(cè)量各個(gè)葉片的方位角度； 觸發(fā)發(fā)生裝置，在測(cè)量結(jié)果與規(guī)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信 號(hào)；以及測(cè)量裝置，根據(jù)所述觸發(fā)信號(hào)測(cè)量負(fù)荷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的葉片螺距角度控制裝置，其中，所述負(fù)荷測(cè)量裝置具有在方位角度到達(dá)預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器、和根 據(jù)所述觸發(fā)測(cè)量負(fù)荷的測(cè)量裝置。
4. 一種螺距角度控制裝置，在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使 用，其中，具有負(fù)荷測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角度分別測(cè)量作用于所述葉片 或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷；計(jì)算裝置，根據(jù)由所述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的測(cè)量值求出所述負(fù)荷 周期性變動(dòng)；調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，根據(jù)所述計(jì)算裝置的計(jì) 算結(jié)果對(duì)所述每個(gè)葉片分別生成用于減小負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距角度控制指令值生成裝置，將對(duì)所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào) 整螺距角度指令值反映到用于對(duì)所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角 度指令值中，從而對(duì)所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
5. —種風(fēng)力發(fā)電裝置，具有多個(gè)葉片，其中，具有葉片螺距角度控制裝置，該葉片螺距角度控制裝置具有負(fù)荷測(cè)量裝置，用于以規(guī)定的方位角度測(cè)量所述葉片或構(gòu)成風(fēng)車 的機(jī)械零件上的負(fù)荷；調(diào)整螺距角度指令值生成裝置，對(duì)所述每個(gè)葉片分別生成用于減小由所述負(fù)荷測(cè)量裝置測(cè)量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值；以及螺距角度控制指令值生成裝置，將對(duì)所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào) 整螺距角度指令值反映到用于對(duì)所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角 度指令值中，從而對(duì)所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
全文摘要
本發(fā)明提供葉片螺距角度控制裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置。一種葉片螺距角度控制裝置，具有存儲(chǔ)部(10)，用于使影響葉片負(fù)荷變動(dòng)的預(yù)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值建立關(guān)聯(lián)而予以存儲(chǔ)；方位角度檢測(cè)部(11)，用于檢測(cè)每個(gè)葉片的方位角度；預(yù)定參數(shù)檢測(cè)部(12)，用于檢測(cè)預(yù)定參數(shù)；指令值獲取部(13)，對(duì)每個(gè)葉片分別從存儲(chǔ)部(10)獲取螺距角度指令值，該螺距角度指令值，根據(jù)由方位角度檢測(cè)部(11)檢測(cè)的每個(gè)葉片的方位角度和由預(yù)定參數(shù)檢測(cè)部(12)檢測(cè)的預(yù)定參數(shù)而選定；和螺距角度控制指令值生成部(14)，根據(jù)螺距角度指令值和通用螺距角度指令值，生成用于對(duì)葉片的螺距角度進(jìn)行單獨(dú)控制的螺距角度控制指令值。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101270724SQ20081008375
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者井手和成, 林義之, 柴田昌明 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社