特許 6405324 風力発電装置及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6405324

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】風力発電装置及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/00 20160101AFI20181004BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20181004BHJP

   F03D 7/04 20060101ALI20181004BHJP

   H02P 9/00 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F03D80/00

   F03D1/06 A

   F03D7/04 A

   F03D7/04 E

   H02P9/00 F

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-15734(P2016-15734)

(22)【出願日】2016年1月29日

(65)【公開番号】特開2017-133461(P2017-133461A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2017年1月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】馬場 満也

(72)【発明者】

【氏名】林 義之

(72)【発明者】

【氏名】有木 和歌子

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２７４９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２４０２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００５／０８３２６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０１９８８２８４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６１９６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２０６０５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ８０／００

Ｆ０３Ｄ １／０６

Ｆ０３Ｄ ７／０４

Ｈ０２Ｐ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップと、
前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、
を備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重の振幅の閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択する
ことを特徴とする風力発電装置の運転方法。

【請求項2】

風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップと、
前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、
を備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択し、
前記荷重の前記閾値は、前記風車ロータの回転数、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ、又は、前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも１つに応じて可変であることを特徴とする風力発電装置の運転方法。

【請求項3】

風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップと、
前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、
を備え、
前記荷重に基づいて、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ又は前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも一方を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重に加えて、前記モーメントＭｄ又は前記モーメントＭｑの前記少なくとも一方に基づいて前記運転モードを選択することを特徴とする風力発電装置の運転方法。

【請求項4】

前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重又は前記荷重の振幅の少なくとも一方が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置の運転方法。

【請求項5】

前記風力発電装置は、前記風車ロータを回転可能に支持するためのナセルをさらに含み、
前記運転方法は、前記ナセルの加速度を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重に加えて、前記ナセルの前記加速度に基づいて前記運転モードを選択することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。

【請求項6】

前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。

【請求項7】

前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風力発電装置の運転方法。

【請求項8】

風車翼を有する風車ロータと、
前記風車翼に作用する荷重を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサで取得した前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、
を備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重の振幅が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択するように構成された
ことを特徴とする風力発電装置。

【請求項9】

風車翼を有する風車ロータと、
前記風車翼に作用する荷重を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサで取得した前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、
を備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択するように構成され、
前記荷重の前記閾値は、前記風車ロータの回転数、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ、又は、前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも１つに応じて可変である
ことを特徴とする風力発電装置。

【請求項10】

風車翼を有する風車ロータと、
前記風車翼に作用する荷重を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサで取得した前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、
を備え、
前記荷重に基づいて、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ又は前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも一方を取得するモーメント算出部をさらに備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重に加えて、前記モーメント算出部により取得された前記モーメントＭｄ又は前記モーメントＭｑの前記少なくとも一方に基づいて前記運転モードを選択するように構成された
ことを特徴とする風力発電装置。

【請求項11】

前記運転モード選択部は、前記荷重又は前記荷重の振幅の少なくとも一方が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択するように構成された
ことを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の風力発電装置。

【請求項12】

前記風車ロータを回転可能に支持するためのナセルと、
前記ナセルの加速度を取得するための加速度センサと、をさらに備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重に加えて、前記加速度センサで取得した前記ナセルの前記加速度に基づいて前記運転モードを選択するように構成された
ことを特徴とする請求項８乃至１１の何れか一項に記載の風力発電装置。

【請求項13】

前記運転モードに基づいて前記風力発電装置の運転を制御するための運転制御部をさらに備え、
前記運転制御部は、前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制するように構成された
ことを特徴とする請求項８乃至１２の何れか一項に記載の風力発電装置。

【請求項14】

前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含むことを特徴とする請求項８乃至１３の何れか一項に記載の風力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は風力発電装置及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば高風速時のような過酷な気象条件から風力発電装置を保護するため、風力発電装置の運転モードを変更する試みが提案されている。
例えば、特許文献１には、風速が臨界風速（ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）以上の高風速域において風力運転装置を継続して運転するための方法が開示されている。特許文献１に記載の運転方法では、風速が臨界風速以上の高風速域において、風車翼のピッチ角を制御することにより、風速に応じて出力を不連続に減少させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第７９４８１０４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、風車翼に作用する荷重は、風車ロータが受ける風の風速に加えて、風車ロータの回転数や、風車翼のピッチ角等の影響も受ける。
この点、特許文献１に記載の運転方法では、風車翼に作用する荷重の決定要因の一つに過ぎない風速のみを運転出力変更の判定基準としている。
しかしながら、風速以外の要因も考慮して風車翼の荷重をより適切に評価して、風車翼に加わる荷重をより適切に低減し、これにより、風車の構成部品（例えば、風車翼を含む風車ロータが接続されるドライブトレインや、風車ロータを支持するナセルやタワー）に作用する荷重を低減することが望まれる。

【0005】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、風車の構成部品に作用する荷重を適切に低減可能な風力発電装置の運転方法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）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の運転方法は、
風車翼を有する風車ロータを含む風力発電装置の運転方法であって、
前記風車翼に作用する荷重を取得するステップと、
前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから前記風力発電装置の運転モードを選択するステップと、を備える。

【0007】

上記（１）の方法では、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の直接的な要因となり得る風車翼の荷重に基づいて運転モードの選択を行う。すなわち、通常運転モードよりも風車翼の荷重が抑制される荷重抑制運転モードを選択するか否かを風車翼の荷重に基づいて決定するため、風車翼の荷重の決定要因の一部（例えば風速）のみに基づいて運転モードを選択する場合に比べて、荷重に応じて運転モードをより適切に選択することができる。よって、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0008】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重又は前記荷重の振幅の少なくとも一方が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択することを特徴とする。
上記（２）の方法によれば、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の直接的な要因となり得る風車翼の荷重又は荷重の振幅が比較的大きくなったときに荷重抑制運転モードで風力発電装置を運転する。これにより、通常運転モードを採用した場合には風車翼に過大な荷重及び／又は荷重振幅が加わってしまう場合において、荷重抑制運転モードを適切に選択することができる。よって、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0009】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択し、
前記荷重の前記閾値は、前記風車ロータの回転数、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ、又は、前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも１つに応じて可変である。
同一の風況であっても、ロータの回転数が大きくなると風車翼に作用する荷重も増加する。このように、風車翼に作用する荷重は、ロータ回転数と相関がある。このため、荷重抑制運転モードにおいてロータ回転数を制限している場合において風車翼に作用する荷重が許容範囲内であっても、通常運転モードに変更した途端に荷重が許容範囲を超えてしまうおそれがある。この点、上記（３）の方法のように、荷重の閾値を風車ロータの回転数に応じて可変にすれば、ロータ回転数が荷重に与える影響を考慮して、運転モードを適切に選択することができる。
また、風車翼に作用する荷重が許容範囲内であっても、風車ロータに作用するモーメントＭｄ又はＭｑが過大であると、風車翼のタワーへの接触やヨーブレーキの滑りが生じてしまうおそれがある。すなわち、風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの風車ロータのモーメントＭｄは、風車翼のタワーへの接触の生じやすさを表す指標である。また、風力発電装置のヨー旋回軸回りの風車ロータのモーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。この点、上記（３）の方法のように、荷重の閾値をモーメントＭｄ又はＭｑに応じて可変にすれば、風車翼のタワーへの接触やヨーブレーキの滑りの発生を防止できる。

【0010】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの方法は、
前記荷重に基づいて、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ又は前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも一方を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重に加えて、前記モーメントＭｄ又は前記モーメントＭｑの前記少なくとも一方に基づいて前記運転モードを選択する。
上述のとおり、モーメントＭｄは、風車翼のタワーへの接触の生じやすさを表す指標であり、モーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。上記（４）の方法では、風車翼の荷重に加えて、風車翼の荷重から算出される風車ロータのモーメントＭｄ又はＭｑに基づいて風力発電装置の運転モードを選択するので、風車翼のタワーへの接触や風車翼又はヨーモータ等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置の停止時間を低減することができる。

【0011】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの方法において、
前記風力発電装置は、前記風車ロータを回転可能に支持するためのナセルをさらに含み、
前記運転方法は、前記ナセルの加速度を取得するステップをさらに備え、
前記運転モードを選択するステップでは、前記荷重に加えて、前記ナセルの前記加速度に基づいて前記運転モードを選択する。
ナセルの加速度は、ナセル及びナセルに収容される構成部品又はナセルに支持されるロータの振動の指標である。上記（５）の方法では、風車翼の荷重に加えて、ナセルの加速度に基づいて風力発電装置の運転モードをより適切に選択するので、風車翼のタワーへの接触や風車翼又はナセルに収容される構成部品等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置の停止時間を低減することができる。

【0012】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制する。
上記（６）の方法によれば、荷重抑制運転モードにおいて、通常運転モードでの運転時に比べて、風車ロータの回転数を低くし、又は、風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードよりも風車翼の荷重を抑制することができる。これにより、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0013】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの方法において、
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含む。
上記（７）の方法によれば、荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、第１荷重抑制運転モードよりも荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードとを含む。このように、複数の荷重抑制運転モードを設けることで、風車翼の荷重、及び、風車ロータの回転数又は風車翼のピッチ角に応じて段階的に風車翼の荷重を抑制することが可能となり、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0014】

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
風車翼を有する風車ロータと、
前記風車翼に作用する荷重を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサで取得した前記荷重に基づいて、通常運転モードと、前記通常運転モードよりも前記風車翼に作用する前記荷重が小さい１以上の荷重抑制運転モードと、を含む複数の運転モードから風力発電装置の運転モードを選択するように構成された運転モード選択部と、を備える。

【0015】

上記（８）の構成では、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の直接的な要因となり得る風車翼の荷重に基づいて運転モードの選択を行う。すなわち、通常運転モードよりも風車翼の荷重が抑制される荷重抑制運転モードを選択するか否かを風車翼の荷重に基づいて決定するため、風車翼の荷重の決定要因の一部（例えば風速）のみに基づいて運転モードを選択する場合に比べて、荷重に応じて運転モードをより適切に選択することができる。よって、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0016】

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記運転モード選択部は、前記荷重又は前記荷重の振幅の少なくとも一方が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択するように構成される。
上記（９）の構成によれば、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の直接的な要因となり得る風車翼の荷重又は荷重の振幅が比較的大きくなったときに荷重抑制運転モードで風力発電装置を運転する。これにより、通常運転モードを採用した場合には風車翼に過大な荷重及び／又は荷重振幅が加わってしまう場合において、荷重抑制運転モードを適切に選択することができる。よって、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0017】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記運転モード選択部は、前記荷重が閾値以上である場合に前記１以上の荷重抑制運転モードの何れかを選択するように構成され、
前記荷重の前記閾値は、前記風車ロータの回転数、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ、又は、前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも１つに応じて可変である。
同一の風況であっても、ロータの回転数が大きくなると風車翼に作用する荷重も増加する。このように、風車翼に作用する荷重は、ロータ回転数と相関がある。このため、荷重抑制運転モードにおいてロータ回転数を制限している場合において風車翼に作用する荷重が許容範囲内であっても、通常運転モードに変更した途端に荷重が許容範囲を超えてしまうおそれがある。この点、上記（１０）の構成のように、荷重の閾値を風車ロータの回転数に応じて可変にすれば、ロータ回転数が荷重に与える影響を考慮して、運転モードを適切に選択することができる。
また、風車翼に作用する荷重が許容範囲内であっても、風車ロータに作用するモーメントＭｄ又はＭｑが過大であると、風車翼のタワーへの接触やヨーブレーキの滑りが生じてしまうおそれがある。すなわち、風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの風車ロータのモーメントＭｄは、風車翼のタワーへの接触の生じやすさを表す指標である。また、風力発電装置のヨー旋回軸回りの風車ロータのモーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。この点、上記（１０）の構成のように、荷重の閾値をモーメントＭｄ又はＭｑに応じて可変にすれば、風車翼のタワーへの接触やヨーブレーキの滑りの発生を防止できる。

【0018】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１０）の何れかの構成において、
前記風力発電装置は、前記荷重に基づいて、前記風車ロータの回転面と水平面とが交差する直線回りの前記風車ロータのモーメントＭｄ又は前記風力発電装置のヨー旋回軸回りの前記風車ロータのモーメントＭｑの少なくとも一方を取得するモーメント算出部をさらに備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重に加えて、前記モーメント算出部により取得された前記モーメントＭｄ又は前記モーメントＭｑの前記少なくとも一方に基づいて前記運転モードを選択するように構成される。
上述のとおり、モーメントＭｄは、風車翼のタワーへの接触の生じやすさを表す指標であり、モーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。上記（１１）の構成では、風車翼の荷重に加えて、風車翼の荷重から算出される風車ロータのモーメントＭｄ又はＭｑに基づいて風力発電装置の運転モードを選択するので、風車翼のタワーへの接触や風車翼又はヨーモータ等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置の停止時間を低減することができる。

【0019】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１１）の何れかの構成において、前記風力発電装置は、
前記風車ロータを回転可能に支持するためのナセルと、
前記ナセルの加速度を取得するための加速度センサと、をさらに備え、
前記運転モード選択部は、前記荷重に加えて、前記加速度センサで取得した前記ナセルの前記加速度に基づいて前記運転モードを選択するように構成される。
ナセルの加速度は、ナセル及びナセルに収容される構成部品又はナセルに支持されるロータの振動の指標である。上記（１２）の構成では、風車翼の荷重に加えて、ナセルの加速度に基づいて風力発電装置の運転モードをより適切に選択するので、風車翼のタワーへの接触や風車翼又はナセルに収容される構成部品等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置の停止時間を低減することができる。

【0020】

（１３）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１２）の何れかの構成において、
前記風力発電装置は、前記運転モードに基づいて前記風力発電装置の運転を制御するための運転制御部をさらに備え、
前記運転制御部は、前記１以上の荷重抑制運転モードでは、前記通常運転モードでの運転時に比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記通常運転モードよりも前記荷重を抑制するように構成される。
上記（１３）の構成によれば、荷重抑制運転モードにおいて、通常運転モードでの運転時に比べて、風車ロータの回転数を低くし、又は、風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードよりも風車翼の荷重を抑制することができる。これにより、風車翼をはじめとする風車の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼のタワーへの接触や風車翼等の損傷の発生を抑制しながら、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【0021】

（１４）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１３）の何れかの構成において、
前記１以上の荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、前記第１荷重抑制運転モードに比べて、前記風車ロータの回転数を低くし、または、前記風車翼のピッチ角をフェザー側にすることにより、前記第１荷重抑制運転モードよりも前記荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードと、を含む。
上記（１４）の構成によれば、荷重抑制運転モードは、第１荷重抑制運転モードと、第１荷重抑制運転モードよりも荷重を抑制した第２荷重抑制運転モードとを含む。このように、複数の荷重抑制運転モードを設けることで、風車翼の荷重、及び、風車ロータの回転数又は風車翼のピッチ角に応じて段階的に風車翼の荷重を抑制することが可能となり、風力発電装置の発電の機会を増やすことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車の構成部品に作用する荷重を適切に低減可能な風力発電装置の運転方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。

【図2】一実施形態に係る風力発電装置のコントローラの構成を示す図である。

【図3】一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。

【図4】一実施形態に係る運転モードを判定するステップのフローチャートである。

【図5】ロータ回転数と、ロータ回転数に対応する荷重の閾値との関係を示すグラフである。

【図6】一実施形態に係る風力発電装置の運転制御の例を示す図である。

【図7】風車ロータ５のモーメントＭｄを説明するための図である。

【図8】風車ロータ５のモーメントＭｑを説明するための図である。

【図9】モーメントＭｄと荷重の閾値との関係の一例を示すグラフである。

【図10】モーメントＭｑと荷重の閾値との関係の一例を示すグラフである。

【図11】一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0025】

まず、幾つかの実施形態に係る運転方法が適用される風力発電装置の全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、風力発電装置１は、少なくとも１本の風車翼２及びハブ３で構成される風車ロータ５と、ハブ３に連結されるメインシャフト６と、風車ロータ５の回転エネルギーにより駆動される発電機１０と、を備える。メインシャフト６と発電機１０とはドライブトレイン８を介して接続されており、風車ロータ５の回転エネルギーは、メインシャフト６及びドライブトレイン８を介して発電機１０に伝達されるようになっている。
また、風力発電装置１は、メインシャフト６、ドライブトレイン８、発電機１０等の各種機器を収容するためのナセル７と、ナセル７を支持するタワー９と、を備える。風車ロータ５は、ナセル７によって回転可能に支持されている。なお、ハブ３は、スピナ（ハブカバー）４によって覆われていてもよい。
風力発電装置１は、海上に設置される洋上風力発電装置であってもよいし、陸上に設置された陸上風力発電装置であってもよい。

【0026】

風力発電装置１は、風車翼２に作用する荷重（翼荷重）を取得するための荷重センサ１２をさらに備える。
荷重センサ１２は、例えば、風車翼２の翼根部２ａに取り付けられた歪センサを含み、該歪センサにより取得される歪データに基づいて風車翼２に作用する荷重を算出するように構成されていてもよい。なお、風車翼２の翼根部２ａとは、風車翼２のハブ３側の端部を構成している構造部分のことであり、風車翼２からハブ３へ伝達される曲げモーメントを負担する。
風車ロータ５が複数の風車翼２で構成される場合、荷重センサ１２は、複数の風車翼２の各々に設けられ、それぞれの風車翼２に作用する荷重を取得するように構成されていてもよい。

【0027】

一実施形態では、風力発電装置１は、ナセル７の加速度を取得するための加速度センサ１４を備えていてもよい。

【0028】

図２は、一実施形態に係る風力発電装置のコントローラの構成を示す図である。
風力発電装置１は、風力発電装置１の運転を制御するためのコントローラ２０をさらに備える。図２に示すように、一実施形態に係るコントローラ２０は、運転モード選択部２２と、モーメント算出部２４と、運転制御部２６と、を備える。
運転モード選択部２２は、荷重センサ１２により取得された翼荷重や、加速度センサ１４により取得されたナセル７の加速度等に基づいて、風力発電装置１の運転モードを複数の運転モードから選択するように構成される。
モーメント算出部２４は、荷重センサ１２により取得された翼荷重に基づいて、風車ロータ５のモーメントを算出するように構成される。
運転制御部２６は、運転モード選択部２２により選択された運転モードに基づいて、風力発電装置１の運転を制御するように構成される。

【0029】

次に、幾つかの実施形態に係る風力発電装置の運転方法について、上述した風力発電装置１に適用する場合を例として説明する。

【0030】

図３は、一実施形態に係る風力発電装置の運転方法のフローチャートである。図３に示すように、一実施形態に係る風力発電装置の運転方法は、風車翼２に作用する荷重Ｍを取得するステップ（Ｓ１０２）と、ステップＳ１０２で取得した荷重Ｍに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）と、を備える。そして、風力発電装置１は、ステップＳ１０４〜Ｓ１１４にて選択された運転モードで運転される。

【0031】

ステップＳ１０２では、風車翼２に設けられた荷重センサ１２を用いて、風車翼２に作用する荷重Ｍを取得してもよい。

【0032】

風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）では、運転モード選択部２２は、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、該通常運転モードよりも風車翼２に作用する荷重が小さい（即ち、荷重が抑制された）１以上の荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１，Ｍｏｄｅ２，…）と、を含む複数の運転モードから、風力発電装置１の運転モードを選択する。より具体的には、図３のフローチャートに示す運転方法では、運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）よりも風車翼２に作用する荷重が小さい第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）と、第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）よりも風車翼２に作用する荷重がさらに小さい第２荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ２）と、を含む３つの運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択される。

【0033】

他の実施形態では、風力発電装置１の運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、上述の第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）と、を含む２つの運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択されてもよい。あるいは、他の実施形態では、運転モードを選択するステップにおいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）と、上述の第１荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ１）、上述の第２荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ２）、及び、さらなる荷重抑制運転モード（Ｍｏｄｅ３，…）を含む４つ以上の運転モードから風力発電装置１の運転モードが選択されてもよい。また、風力発電装置１の運転モードとして、荷重抑制運転モードが選択される場合よりもさらに過酷な風況において風力発電装置１の運転が停止される停止モードが含まれていてもよい。
以降、本明細書において、第１荷重抑制運転モード及び第２荷重抑制運転モードを、それぞれ、第１抑制モード及び第２抑制モードと表記する場合がある。

【0034】

風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）についてより具体的に説明する。
運転モードを選択するステップでは、まず、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０２で取得した荷重Ｍに基づいて、各運転モードについてのフラグの成立条件が満たされているかを判定し、成立条件が満たされている何れかの運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ１０４）。

【0035】

そして、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０４でＯＮとされた運転モードのフラグに基づいて、そのフラグに対応した運転モードを選択する（Ｓ１０６〜Ｓ１１４）。例えば、ステップＳ１０４で第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０６の結果がＹＥＳ）、第２抑制モードが選択される（Ｓ１１０）。また、ステップＳ１０４で第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０６の結果がＮＯかつＳ１０８の結果がＹＥＳ）、第１抑制モードが選択される（Ｓ１１２）。あるいは、ステップＳ１０４で通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１０６の結果がＮＯかつＳ１０８の結果がＮＯ）、通常運転モードが選択される（Ｓ１１４）。
このように、ステップＳ１０４〜Ｓ１１４では、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）、及び、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のうち、フラグの成立条件が満たされた運転モードのフラグがＯＮとされ、このフラグに対応する運転モードが選択される。

【0036】

一実施形態では、運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）において、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０２で取得した荷重Ｍが閾値以上である場合に、荷重抑制運転モード（第１抑制モード又は第２抑制モード）を選択する。すなわち、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で取得した荷重Ｍが閾値以上である場合に、荷重抑制運転モード（第１抑制モード又は第２抑制モード）のフラグをＯＮとする。
なお、荷重Ｍは、風車翼２のフラップ方向の荷重（フラップ荷重）であってもよい。ここで、風車翼２のフラップ方向とは、風車翼の長手方向に直交する断面において、前縁と後縁を結ぶ方向（エッジ方向又はコード方向）に直交する方向である。

【0037】

この実施形態に係るステップＳ１０４について、図４を参照して説明する。図４は、一実施形態に係る運転モードを判定するステップ（Ｓ１０４）のフローチャートである。
一実施形態において、運転モードを判定するステップ（Ｓ１０４）では、運転モード選択部２２は、荷重Ｍ（ステップＳ１０２で取得した荷重Ｍ）を閾値と比較し（Ｓ４０２）、荷重Ｍが閾値以上である場合に荷重抑制運転モードの何れかのフラグをＯＮとし、荷重Ｍが閾値未満である場合に通常運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ４０４〜Ｓ４１２）。

【0038】

より具体的には、運転モード選択部２２は、荷重Ｍを閾値Ｍｔｈ１と比較し（Ｓ４０４）、荷重Ｍが閾値Ｍｔｈ１未満である場合には（Ｓ４０４のＮＯ）、通常運転モードのフラグをＯＮとする（Ｓ４０８）。一方、ステップＳ４０４にて荷重Ｍが閾値Ｍｔｈ１以上である場合には（Ｓ４０４のＹＥＳ）、さらに、荷重Ｍを閾値Ｍｔｈ２（但しＭｔｈ２＞Ｍｔｈ１である。）と比較し（Ｓ４０６）、荷重Ｍが値Ｍｔｈ２未満である場合には（Ｓ４０６のＮＯ）第１抑制モードのフラグをＯＮとし（Ｓ４１０）、荷重Ｍが値Ｍｔｈ２以上である場合には（Ｓ４０６のＹＥＳ）第２抑制モードのフラグをＯＮとする（Ｓ４１２）。

【0039】

このように、運転モードを判定するステップ（Ｓ１０４）では、風車翼２に作用する荷重Ｍを閾値（Ｍｔｈ１，Ｍｔｈ２）と比較することにより、何れかの運転モードのフラグがＯＮとされる。そして、運転モード選択部２２は、ステップＳ１０４にてＯＮとなったフラグに対応する運転モードを選択し（Ｓ１１０〜Ｓ１１４）、運転制御部２６は、該運転モードに基づいて風力発電装置１の運転を制御する。

【0040】

上述したステップＳ１０２〜Ｓ１１４を含む運転方法では、通常運転モードよりも風車翼２の荷重が抑制される荷重抑制運転モードを選択するか否かを風車翼２の荷重に基づいて決定する。このため、風車翼２の荷重の決定要因の一部（例えば風速）のみに基づいて運転モードを選択する場合に比べて、荷重Ｍに応じて運転モードを適切に選択することができる。
また、上述したステップＳ１０２〜Ｓ１１４を含む運転方法では、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の直接的な要因となり得る風車翼２の荷重Ｍが比較的大きくなったときに荷重抑制運転モードで風力発電装置１を運転する。これにより、通常運転モードを採用した場合には風車翼２に過大な荷重が加わってしまう場合において、荷重抑制運転モードを適切に選択することができる。よって、風車翼２をはじめとする風車（風力発電装置１）の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２等の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。

【0041】

一実施形態では、運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）において、風車翼２に作用する荷重Ｍの振幅が閾値以上である場合に、荷重抑制運転モードの何れかのフラグをＯＮとし、これに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択してもよい。
風車翼２に作用する荷重Ｍの振幅は、風車翼２に作用する疲労荷重の指標であり、風車翼２の損傷の直接的な要因となり得る。よって、上述のように、風車翼２の荷重Ｍの振幅が閾値以上となったときに荷重抑制運転モードで風力発電装置１を運転することで、通常運転モードを採用した場合には風車翼２に過大な荷重振幅が加わってしまう場合において、荷重抑制運転モードを適切に選択することができる。よって、風車翼２をはじめとする風車（風力発電装置１）の構成部品に作用する荷重を低減して、風車翼２の損傷の発生を適切に抑制しながら、風力発電装置１の発電の機会を増やすことができる。

【0042】

また、一実施形態では、運転モードを選択するステップ（Ｓ１０４〜Ｓ１１４）において、風車翼２に作用する荷重Ｍ及び荷重Ｍの振幅の両方がそれぞれ閾値以上である場合に、荷重抑制運転モードの何れかのフラグをＯＮとし、これに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択してもよい。

【0043】

幾つかの実施形態において、荷重抑制運転モードでは、通常運転モードでの運転時に比べて風車ロータ５の回転数（ロータ回転数）を低くすることにより、通常運転モードでの運転時よりも風車翼２に作用する荷重を抑制する。
例えば、通常運転モードでの目標回転数（ｒｐｍ）がΩ_０である場合、荷重抑制運転モードでの目標回転数をΩ_１（ただし、Ω_１＜Ω_０）としてもよい。

【0044】

第１抑制モード及び第２抑制モードを含む複数の荷重抑制運転モードを設ける実施形態においては、第２抑制モードでは、第１抑制モードに比べて、風車ロータ５の回転数を低くすることにより、第１抑制モードよりも風車翼２に作用する荷重が抑制されるようになっていてもよい。
例えば、２つの（２段階の）荷重抑制運転モードを設ける場合、通常運転モードでの目標回転数をΩ_０とし、第１抑制モードでの目標回転数をΩ_１（ただし、Ω_１＜Ω_０）とし、第２抑制モードでの目標回転数をΩ_２（ただし、Ω_２＜Ω_１）としてもよい。

【0045】

幾つかの実施形態において、荷重抑制運転モードでは、通常運転モードでの運転時に比べて風車翼２のピッチ角をフェザー側にすることにより、通常運転モードでの運転時よりも風車翼２に作用する荷重を抑制するようにしてもよい。この実施形態に係る運転方法は、例えば、風車ロータと発電機とがドライブトレインを介さずに直結され、風車ロータの回転数が固定速の風力発電装置に適用することができる。

【0046】

第１抑制モード及び第２抑制モードを含む複数の荷重抑制運転モードを設ける実施形態においては、第２抑制モードでは、第１抑制モードに比べて、風車翼２のピッチ角をフェザー側にすることにより、第１抑制モードよりも風車翼２に作用する荷重が抑制されるようになっていてもよい。

【0047】

運転モードを選択するステップ（上述のＳ１０４〜Ｓ１１４）において、風車翼２に作用する荷重Ｍが閾値以上である場合に荷重抑制運転モードを選択する実施形態（例えば、上述において図３及び図４のフローチャートを参照して説明した実施形態）では、荷重Ｍの閾値は、風車ロータ５の回転数（ロータ回転数）に応じて可変であってもよい。

【0048】

荷重Ｍの閾値が風車ロータ５の回転数に応じて可変である一実施形態について、図５を参照して説明する。
図５は、ロータ回転数と、ロータ回転数に対応する荷重の閾値との関係を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は、ロータ回転数及びロータ回転数に対応する風力発電装置の運転モードを示し、縦軸は荷重の大きさを示す。

【0049】

本実施形態では、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）での目標回転数はΩ_０であり、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）での目標回転数はΩ_１（ただし、Ω_１＜Ω_０）であり、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）での目標回転数はΩ_２（ただし、Ω_２＜Ω_１）である。

【0050】

図５のグラフにおいて、直線Ｌ０〜Ｌ２は、それぞれ、風車翼２に作用する荷重Ｍが等価であるレベルを示す直線（荷重等価ライン）であり、Ｌ０は荷重Ｍが比較的小さい「安全運転レベル」を示し、Ｌ１はＬ０よりも荷重Ｍが大きい「運転注意レベル」を示し、Ｌ２はＬ１よりもさらに荷重Ｍが大きい「運転停止レベル」を示す。

【0051】

図５のグラフにおいて、Ｍ１＿ｏｎは、通常運転モードでの運転中において第１抑制モードを選択するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値であり、Ｍ２＿ｏｎは、第１抑制モードでの運転中において第２抑制モードを選択するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値である。すなわち、Ｍ１＿ｏｎ及びＭ２＿ｏｎは、現在の運転モードよりも、より翼荷重が抑制された運転モードを選択するか否かを判断するための荷重Ｍの閾値である。
また、Ｍ１＿ｏｆｆは、第１抑制モードでの運転中において通常運転モードに復帰するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値であり、Ｍ２＿ｏｆｆは、第２抑制モードでの運転中において第１抑制モードに復帰するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値である。すなわち、Ｍ１＿ｏｆｆ及びＭ２＿ｏｆｆは、現在の運転モードよりも、より通常運転モードに近い運転モードを選択するか否かを判断するための荷重Ｍの閾値である。
なお、Ｍｔｒｉｐは、通常運転モードでの運転中において風力発電装置１を停止するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値である。また、Ｍ１’＿ｏｎは、荷重抑制運転中である旨の警報を発生するか否かを判定するための荷重Ｍの閾値である。

【0052】

図５に示すように、荷重Ｍの各閾値を設定した場合、以下に述べる考え方にしたがって、風力発電装置１の運転モードが移行する。なお、以下の説明において、Ｐ１〜Ｐ７は、図５のグラフ中に示す点Ｐ１〜Ｐ７のことである。
通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）での運転時に荷重ＭがＭ１＿ｏｎ以上となれば（Ｑ１）、荷重抑制運転中である旨の警報が発生されるとともに、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）が選択されて、第１抑制モードでの運転に移行する（Ｑ２）。
あるいは、第１抑制モードでの運転時に荷重ＭがＭ１’＿ｏｎ以上となれば（Ｑ２）、荷重抑制運転中である旨の警報が発生される。
第１抑制モードでの運転時に、荷重ＭがＭ２＿ｏｎ（通常運転モードにおけるＭｔｒｉｐに相当する「運転停止レベル」の荷重）以上となれば（Ｑ３）、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）が選択されて、第２抑制モードでの運転に移行する（Ｑ４）。
第２抑制モードでの運転時に、荷重ＭがＭ２＿ｏｆｆ（「運転注意レベル」の荷重）未満に低下すれば（Ｑ５）、第１抑制モードでの運転に移行（復帰）する（Ｑ６）。
第１抑制モードでの運転時に、荷重ＭがＭ１＿ｏｆｆ（「安全運転レベル」の荷重）未満に低下すれば（Ｑ７）、通常運転モードでの運転に移行（復帰）する（Ｑ８）。
なお、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）での運転時に、荷重ＭがＭｔｒｉｐ以上となった場合には、運転モードを停止モードに移行して、風力発電装置１の運転が停止されるようになっていてもよい。

【0053】

風車翼２に作用する荷重は、ロータ回転数と相関があるため、荷重抑制運転モードにおいてロータ回転数を制限している場合において風車翼２に作用する荷重が許容範囲内であっても、通常運転モードに変更した途端に荷重が許容範囲を超えてしまうおそれがある。例えば、図５に示した例において、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）での運転時に、風車翼２に作用する荷重Ｍが、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）における安全運転レベルの荷重Ｍ_Ｓ１であるときに、運転モードを通常運転モードに変更したとすれば、「運転注意レベル」相当の荷重よりも大きな荷重Ｍ_Ｓ２が風車翼２に作用してしまうこととなる。
この点、上述した実施形態のように、荷重Ｍの閾値を風車ロータ５の回転数に応じて可変とすることで、ロータ回転数が荷重に与える影響を考慮して、運転モードを適切に選択することができる。

【0054】

図６は、図５のグラフに示したロータ回転数（運転モード）と荷重Ｍの閾値の関係に基づく風力発電装置１の運転制御の例を示す図である。図６において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は、上から順に、風車翼２に作用する荷重Ｍ、ロータ回転数、及び、運転モードを示す。

【0055】

時刻ｔ１及びｔ５では、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）での運転時に荷重Ｍが閾値Ｍ１＿ｏｎ以上となったため、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）が選択されて運転モードが該第１抑止モードに移行している。
時刻ｔ２では、第１抑制モードでの運転時に荷重Ｍが閾値Ｍ２＿ｏｎ以上となったため、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）が選択されて運転モードが該第２抑止モードに移行している。
時刻ｔ３では、第２抑制モードでの運転時に荷重Ｍが閾値Ｍ２＿ｏｆｆ未満となったため、第１抑制モードが選択されて運転モードが該第１抑止モードに移行（復帰）している。
また、時刻ｔ４及びｔ６では、第１抑制モードでの運転時に荷重Ｍが閾値Ｍ１＿ｏｆｆ未満となったため、通常運転モードが選択されて運転モードが該通常運転モードに移行（復帰）している。
なお、時刻ｔ７では、通常運転モードでの運転時に荷重Ｍが閾値Ｍｔｒｉｐ以上となったため、風力発電装置１の運転が停止モードに移行している。

【0056】

通常運転モードと第１抑制モードとの間での運転モードの移行時と、第１抑制モードと第２抑制モードとの間での運転モードの移行時とで、ロータ回転数の変更速度（ｒｐｍ／ｓｅｃ）を異ならせてもよい。
例えば、通常運転モードと第１抑制モードとの間での運転モードの移行時にはロータ回転数を比較的速やかに変更するとともに、第１抑制モードと第２抑制モードとの間での運転モードの移行時にはロータ回転数を比較的ゆっくりと変更するようにしてもよい。
これは、通常運転モードを比較的速やかに第１抑制モードに移行することにより風車翼２に作用する荷重を速やかに抑制するとともに、第１抑制モードを比較的緩やかに第２抑制モードに移行することにより、風力発電装置１を構成する機器を保護するためである。

【0057】

なお、図６のグラフにおいて、荷重ＭがＭ１＿ｏｆｆ又はＭ２＿ｏｆｆ未満に一度なっても、所定期間Ｔ_１の間は、運転モードを変更することなく風力発電装置１の運転を継続し、所定期間Ｔ_１経過後に、運転モードのフラグの判定及び運転モードの選択を行っている。これは、所定期間Ｔ_１の間に風速の変動が激しい場合などに、運転モードの移行が頻繁に起こらないようにするためである。

【0058】

図７は風車ロータ５のモーメントＭｄを説明するための図であり、図８は、風車ロータ５のモーメントＭｑを説明するための図である。
運転モードを選択するステップ（上述のＳ１０４〜Ｓ１１４）において、風車翼２に作用する荷重Ｍが閾値以上である場合に荷重抑制運転モードを選択する実施形態（例えば、上述において図３及び図４のフローチャートを参照して説明した実施形態）では、荷重Ｍの閾値は、風車ロータ５の回転面と水平面とが交差する直線Ｌ３回りの風車ロータ５のモーメントＭｄ（図７参照）に応じて可変であってもよく、あるいは、荷重Ｍの閾値は、風力発電装置１のヨー旋回軸Ｏ回りの風車ロータ５のモーメントＭｑ（図８参照）に応じて可変であってもよい。

【0059】

なお、風車ロータ５のモーメントＭｄ又はモーメントＭｑは、モーメント算出部２４により、ステップＳ１０２にて取得した翼荷重Ｍに基づいて算出される。
風車ロータ５が複数の風車翼２により構成される場合には、風車ロータ５のモーメントＭｄ又はモーメントＭｑは、複数の風車翼２のそれぞれの翼荷重を用いて算出される。

【0060】

風車翼２に作用する荷重は、風車ロータ５の回転面内において一様ではない分布となっている場合がある。
例えば、図７の（Ａ）に示すように、風車翼２に作用する荷重は、風車翼２が風車ロータ５の最下部にあるとき（荷重Ｆ_Ｂ）に比べて、風車翼２が風車ロータ５の最上部にあるとき（荷重Ｆ_Ａ）のほうが大きくなる場合がある。この場合、これらの荷重の差（荷重偏差）によって、風車ロータ５において、風車ロータ５の回転面と水平面とが交差する直線Ｌ３回りのモーメントＭｄ（首上げモーメント）が発生する。
また、風況によっては、図７の（Ｂ）に示すように、風車翼２に作用する荷重は、風車翼２が風車ロータ５の最下部にあるとき（荷重Ｆ_Ｂ）に比べて、風車翼２が風車ロータ５の最上部にあるとき（荷重Ｆ_Ａ）のほうが大きくなるとともに、これらの荷重の向きが図７の（Ａ）の場合とは逆向きになる場合がある。この場合、これらの荷重の差（荷重偏差）によって、風車ロータ５において、風車ロータ５の回転面と水平面とが交差する直線Ｌ３回りのモーメントＭｄ（首下げモーメント）が発生する。

【0061】

図７の（Ａ）の場合と（Ｂ）の場合とを比べると、図７の（Ｂ）に示されるような首下げ方向のモーメントＭｄが発生した場合、風車翼２とタワー９とが接触する可能性が大きくなる。すなわち、風車ロータ５に作用するモーメントＭｄは、風車翼２のタワー９への接触の生じやすさを示す指標である。
そして、風車翼２に作用する荷重がＭ許容範囲内であっても、風車ロータ５に作用するモーメントＭｄが過大であると、風車翼２のタワー９への接触が生じてしまうおそれがある。
そこで、風力発電装置１の運転モードの選択する場合における翼荷重Ｍの閾値をモーメントＭｄに応じて可変とすることで、風車翼２のタワー９への接触の発生を効果的に防止することができる。

【0062】

図９は、モーメントＭｄに応じて荷重の閾値を可変とする場合の、モーメントＭｄと荷重の閾値との関係の一例を示すグラフである。
図９のグラフにおいて横軸はモーメントＭｄを示し、縦軸は荷重を示す。また、モーメントＭｄは、図７の（Ａ）に示すモーメントＭｄの向き（首上げモーメントの向き）を正としている。
図９に示すように、モーメントＭｄが負であり（即ち図７の（Ｂ）に示すような首下げモーメントＭｄが生じる場合）、かつ、その絶対値が比較的大きい場合（図９のグラフではモーメントＭｄがＭｄ１以下である場合）の荷重の閾値Ｍ_＿Ｍｄ１は、モーメントＭｄが正であり（即ち図７の（Ａ）に示すような首上げモーメントＭｄが生じる場合）、かつ、その絶対値が比較的大きい場合（図９のグラフではモーメントＭｄがＭｄ２以上である場合）の閾値にＭ_＿Ｍｄ２比べて小さい。これにより、風車翼２のタワー９への接触が生じる可能性が大きくなっている場合に、荷重抑制モードを選択しやすくすることができる。

【0063】

また、例えば、図８に示すように、風車翼２に作用する荷重は、風車翼２が風車ロータ５の一方の側方部にあるとき（荷重Ｆ_Ｄ）に比べて、風車翼２が風車ロータ５の反対側の側方部にあるとき（荷重Ｆ_Ｃ）のほうが大きくなる場合がある。この場合、これらの荷重の差（荷重偏差）によって、風車ロータ５において、風力発電装置１のヨー旋回軸Ｏ回りの風車ロータ５のモーメントＭｑが発生する。

【0064】

風力発電装置１のヨー旋回軸Ｏ回りの風車ロータ５のモーメントＭｑが大きいほど、ヨー角滑りが生じやすくなることから、該モーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。
そして、風車翼２に作用する荷重Ｍが許容範囲内であっても、風車ロータ５に作用するモーメントＭｑが過大であると、ヨーブレーキの滑りが生じてしまうおそれがある。
そこで、風力発電装置１の運転モードの選択する場合における翼荷重Ｍの閾値をモーメントＭｑに応じて可変とすることで、ヨーブレーキの滑りの発生を効果的に防止することができる。

【0065】

図１０は、モーメントＭｑに応じて荷重の閾値を可変とする場合の、モーメントＭｑと荷重の閾値との関係の一例を示すグラフである。
図１０のグラフにおいて横軸はモーメントＭｑを示し、縦軸は荷重を示す。また、モーメントＭｄは、図８に示すモーメントＭｑの向き（平面視において反時計回り方向）を正としている。
図１０に示すように、モーメントＭｑの絶対値が比較的大きい場合（図１０のグラフにおいてモーメントＭｑがＭｑ１以下又はＭｑ４以上である場合）の荷重の閾値Ｍ_＿Ｍｑ１は、モーメントＭｑの絶対値が比較的小さい場合（図１０のグラフにおいてモーメントＭｑがＭｑ２より大きくＭｑ３未満である場合）の荷重の閾値Ｍ_＿Ｍｑ２に比べて小さい。これにより、ヨー角滑りの可能性が大きくなっている場合に、荷重抑制モードを選択しやすくすることができる。

【0066】

幾つかの実施形態に係る運転方法は、風車翼２に作用する荷重Ｍに基づいて、上述した風車ロータ５のモーメントＭｄ又はモーメントＭｑの少なくとも一方を取得するステップ、及び／又は、加速度センサ１４を用いてナセル７の加速度を取得するステップをさらに備える。そして、運転モードを選択するステップでは、上述の荷重Ｍに加えて、モーメントＭｄ、モーメントＭｑ又はナセル７の加速度に基づいて、運転モードを選択する。

【0067】

上述したように、モーメントＭｄは、風車翼２のタワー９への接触の生じやすさを表す指標であり、モーメントＭｑは、ヨーモータの損傷の要因となるヨー角すべりの生じやすさを表す指標である。そこで、風車翼２の荷重Ｍに加えて、風車翼２の荷重Ｍから算出される風車ロータ５のモーメントＭｄ又はＭｑに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択することにより、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２又はヨーモータ等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置１の停止時間を低減することができる。
また、ナセル７の加速度は、ナセル７及びナセル７に収容される構成部品又はナセル７に支持される風車ロータ５の振動の指標である。そこで、風車翼２の荷重に加えて、ナセル７の加速度に基づいて風力発電装置１の運転モードをより適切に選択することで、風車翼２のタワー９への接触や風車翼２又はナセル７に収容される構成部品等の損傷の発生をより適切に抑制しながら、風力発電装置１の停止時間を低減することができる。

【0068】

ここで、風車翼２に作用する荷重Ｍに加えて、風車ロータ５のモーメントＭｄに基づいて運転モードを選択する例について、図１１を参照して説明する。
図１１は、一実施形態に係る風力発電装置１の運転方法のフローチャートである。図１１に示すように、一実施形態に係る風力発電装置の運転方法は、風車翼２に作用する荷重Ｍを取得するステップ（Ｓ１２２）と、ステップＳ１２２で取得した荷重Ｍに基づいて、風車ロータ５のモーメントＭｄを取得するステップ（Ｓ１２３）と、ステップＳ１２２で取得した荷重Ｍ及びステップＳ１２３で取得したモーメントＭｄに基づいて風力発電装置１の運転モードを選択するステップ（Ｓ１２４〜Ｓ１３４）と、を備える。そして、風力発電装置１は、ステップＳ１２４〜Ｓ１３４にて選択された運転モードで運転される。

【0069】

図１１のフローチャートに含まれるステップのうち、Ｓ１２２及びＳ１２４については、上述した図３のフローチャートに含まれるステップＳ１０２及び１０４と同様のステップであるので、説明を省略する。

【0070】

ステップＳ１２３では、モーメント算出部２４は、ステップＳ１２２で取得した荷重Ｍに基づいて、風車ロータ５のモーメントＭｄを算出する。ここで、風車ロータ５が複数の風車翼２により構成される場合には、風車ロータ５のモーメントＭｄ又はモーメントＭｑは、複数の風車翼２のそれぞれの翼荷重を用いて算出される。

【0071】

ステップＳ１２５では、運転モード選択部２２は、ステップＳ１２３で算出されたモーメントＭｄに基づいて、各運転モードについてのフラグの成立条件が満たされているかを判定し、成立条件が満たされている何れかの運転モードのフラグをＯＮとする。
ステップＳ１２５は、例えば、図４のフローチャートに示す方法と同様のやり方で、モーメントＭｄと閾値とを比較することによって、通常運転モード、第１抑制モード及び第２抑制モードの何れかの運転モードのフラグをＯＮとする。

【0072】

そして、運転モード選択部２２は、ステップＳ１２４及びＳ１２５でＯＮとされた運転モードのフラグに基づいて、そのフラグに対応した運転モードを選択する（Ｓ１２６〜Ｓ１３４）。
ステップＳ１２４又はＳ１２５の少なくとも一方で第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１２６の結果がＹＥＳ）、第２抑制モードが選択される（Ｓ１３０）。また、ステップＳ１２４及びＳ１２５の両方で第２抑制モードのフラグがＯＮとされず、かつ、ステップＳ１２４又はＳ１２５の少なくとも一方で第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１２６の結果がＮＯかつＳ１２８の結果がＹＥＳ）、第１抑制モードが選択される（Ｓ１３２）。あるいは、ステップＳ１２４及びＳ１２５の両方で第２抑制モードのフラグも第１抑制モードのフラグもＯＮとされず、ステップＳ１２４及びＳ１２５の両方で通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）のフラグがＯＮとされた場合には（Ｓ１２６の結果がＮＯかつＳ１２８の結果がＮＯ）、通常運転モードが選択される（Ｓ１３４）。
このように、ステップＳ１２４〜Ｓ１３４では、荷重Ｍ及びモーメントＭｄに基づいて、通常運転モード（Ｍｏｄｅ０）、第１抑制モード（Ｍｏｄｅ１）、及び、第２抑制モード（Ｍｏｄｅ２）のうち、フラグの成立条件が満たされた運転モードのフラグがＯＮとされ、このフラグに対応する運転モードが選択される。

【0073】

なお、風車翼２に作用する荷重Ｍに加えて、風車ロータ５のモーメントＭｑ又はナセル７の加速度に基づいて運転モードを選択する場合についても、上述と同様の説明が適用できる。

【0074】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0075】

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【符号の説明】

【0076】

１ 風力発電装置
２ 風車翼
２ａ 翼根部
３ ハブ
５ 風車ロータ
６ メインシャフト
７ ナセル
８ ドライブトレイン
９ タワー
１０ 発電機
１２ 荷重センサ
１４ 加速度センサ
２０ コントローラ
２２ 運転モード選択部
２４ モーメント算出部
２６ 運転制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】