[发明专利]风力发电装置以及风力发电装置的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置。

背景技术

一般而言，风力发电装置是这样的构造：在高数十米的圆筒状的塔架的上部，设置有包含增速机以及发电机的机舱(nacelle)、以及安装了风轮叶片的风轮转子等重物。在这样的风力发电装置中，在系统事故发生等情况下，系统电压降低，对发电机的电负载变小，故发电机的转子(以下，称作发电机转子)的旋转会急剧加速。因此，风轮转子在风轮叶片的风引起的旋转中进一步加入发电机转子的旋转，从而相对流入风速会增大，对风力发电装置造成过大的机械冲击(以下，称作“荷载”)。

为此，在具有风轮叶片的桨距控制机构的风力发电装置中，在对风力发电装置的荷载急剧增大时，通过将风轮叶片的桨距角向顺桨(feather)侧切换，使风逃逸，来抑制风轮转子的加速，从而使发电机转子的转矩减少，最终使风力发电装置停止。

此时，若使顺桨的速度，即桨距角的切换速度最大来急剧地向顺桨侧切换，使翼的旋转减速，则推进力会急剧减少，故相对机舱会产生前倾方向的急剧的荷载，进而对塔架的荷载变得过大。另外，相对荷载来设计/制造确保了足够强度的塔架，从成本的观点来看，也不是优选方案。另一方面，若使顺桨为低速来使桨距角缓慢地向顺桨侧切换，则虽然对塔架的荷载会相对地被减少，但是不仅对风轮叶片的荷载会增大，而且将风轮叶片的旋转速度减速到希望的速度还需要较多时间。

在专利文献1中，公开了一种利用机械式制动器来减速发电机转子的技术。

专利文献1：美国专利申请公开第2007/0189900号说明书

然而，在专利文献1所公开的技术中，没有采用桨距角控制，若在诸如风轮转子的旋转急剧加速时，突然驱动机械式制动器来使其旋转停止，则因惯性力会对风量发电装置产生过大的荷载。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种风力发电装置，其在风轮转子急剧加速时，能够在不对塔架以及风轮叶片双方造成机械冲击的情况下，使该风轮转子停止。

为了解决上述课题，本发明采用以下技术方案。

本发明的第1形式是一种风力发电装置，其特征在于，包括：风轮转子，其具有桨距角可变的叶片；控制单元，其控制所述叶片的驱动速度以及驱动时机；和，桨距角控制单元，其基于所述控制单元，驱动所述叶片来控制所述桨距角，其中，在所述风轮转子的旋转速度已成为既定的容许旋转速度以上的情况下，所述控制单元进行控制以使所述叶片的驱动速度从高速向低速阶段性地或者连续地变化。

在本发明的第1形式的风力发电装置中，叶片的驱动速度阶段性地或者连续地变化。若将叶片的桨距角高速地向顺桨侧驱动，则会对塔架等造成机械冲击。另一方面，若将叶片的桨距角低速地向顺桨侧驱动，则风轮转子到减速/停止为止需要较多的时间，在此期间，会对风轮叶片造成因空气动力或离心力等引起的机械冲击。因此，如本发明这样，通过使风轮叶片的驱动速度阶段性地或者连续地变化，能够减轻对塔架等的机械冲击，并且，通过缩短到风轮转子停止为止的时间，能够减轻对叶片的负载。这样，能够一边减轻对塔架或叶片等风力发电装置的构造物的过大的荷载，一边使风轮转子停止。此外，在此，所说的高速，优选设置为诸如7°/s以上7.5°/s以下左右的速度，所说的低速，优选设置为诸如1°/s以上4°/s以下左右的速度。

另外，上述第1形式的风力发电装置，其构成可以为：包括制动单元，该制动单元使所述风轮转子的旋转停止，其中，在所述风轮转子的旋转速度已成为既定的容许旋转速度以上的情况下，在由所述控制单元使所述叶片的驱动速度从高速向低速阶段性地或者连续地变化后，由所述制动单元使所述风轮转子的旋转停止。

根据这种构成，在风轮转子的旋转急剧地加速并成为既定的容许旋转速度以上的情况下，通过在控制桨距角时，阶段性地或者连续地切换风轮叶片的驱动速度，从而使风轮转子的旋转速度减速。其后，利用制动装置，使风轮转子的旋转停止。因此，由于不会急剧地驱动风轮叶片，故不会对风力发电装置的构造物施加机械冲击。另外，由于配合桨距角控制来利用制动装置，故即使以低速度驱动叶片来进行桨距角控制，也足以能使风轮转子的旋转停止。

上述第1形式的风力发电装置，其构成可以为：在所述风轮转子的旋转速度已成为既定的容许旋转速度以上的情况下，在由所述控制单元使所述叶片的驱动速度从高速向低速阶段性地或者连续地变化后，通过使与所述风轮转子一体地旋转并由所述风轮转子的旋转而驱动的发电机反相制动，来使所述风轮转子的旋转停止。