JPS59188073A - 風車ブレ−ドピッチを制御する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の力卦 本発明Ｇ凧Ｊ１ｉの制御に係り、行に風車の作動中に１
戦−Ｉ３１のタービンフレードのピッチ角を制御するこ
とに係る。

Ｊ）１！１．中、駆動弐発七槻の作り出す出力は、風の
速度と共に増し、風車が受ける風力も同様に増す１、風
速が増１ことにより発電機は過度の定格出力レベルに着
し、これによりこの発電機は損害を受ける。

他の風ＩＪｉ部品も筐だ風力が過大な場合には、損害や
過度の被労を起こしやすい。これらの事は、風車か７１
ｉ；力発生に使用される場合のみ・ではなく、例えは水
をくみありるのに使用される場合にも然りでおる。従っ
て、風車が受ける風力を制御する何らかの方法が必要で
ある。その１つの方法はブレードピッチを制御すること
である。

例えは、風車が誘導発電機全作動させる場合ににスリッ
プ１に：与える様充分大きなものでなくてはならない。

風車の速度の増加と共に、発電出力も増加するが、過大
な速度になると発電機を過熱させ、或は機械的に風車に
ひずみを起こし、損傷や早期の摩滅を招く。反対に、風
車の速度が小さ過ぎる場合には、結果としてシステムと
しての機能を果たさない。従って、タービンフレードの
ピッチｋＭ整してタービンの速度全制御することがｌ要
となる。

タービンの速度全最適な出力発電レベルに正確に維持す
ることが望まれてはいるが頻繁にピッチを変化させる必
要があり、結果としてピッチ制御機構が過大に摩滅する
。従って、本発明の目的は、過大な摩滅を起こすことな
く風車の出力全正確に１ｂｌｌ　Ｈすることにある。

発明の慨殻 所望の風車の速度と測定された風車の速度との間にエラ
ーが検出された時でも、制御操作を実際には必甥としな
いことがしばしばあることが分ったつエラー１は、しば
しば瞬間的な突風によるものであり、従って風車の速度
は、風車自身により所窒のレベルにもどる。特に、エラ
ーが小さい場合は、そのエラーが長時間にわたって続が
ない限り制御上１′１は必要でない。制御システムにこ
のような条↑′Ｆ　ｔでの制御音導入することは制御シ
ステムに余ｆｉｔな損耗を招く。

しかし、風車の逸脱速度が、直ちに意図された範囲にも
どるか、或は容認で＠ないぐらい続くのかを知ることは
不ｕｆ能である。更に、風車の速度の上方への大巾な逸
脱は一瞬たりとも全く容認できないので、直ちに修正す
ることが１歎となる。

輩って、最適速度の（ｎ頼性ある制御、及び効率的な制
餡１は完全には両立しない。

本システムの１つの形態では２つのデッドバンド速度範
囲が用いられている。速度センサが速度信号を作り、こ
の速度信号を受ける制御回路が、風車の速度が比較的に
広いデッドバンドの範囲外にあるかどうかを決定する。

もし風車の速度がこの範囲外であれば、制御回路はフレ
ードピッチアクチュエータ機構に命令し、ブレードピッ
チを適切に調整する。もし速度センサに感知された現在
速度が、広いデッドバンドの範囲外にない場合には、制
御回路は所定時間にわたる平均のタービ／ａｆｌか、よ
り広いデッドバンド内のより狭いデッドバンドの範囲外
であるかどうかを決定する。もし、平均タービン速度が
上記範囲内であれば、再び制御操作は行わない。もし上
記範囲外であればｆｆ１１．制御回路はブレードピッチ
アクナユエータを作動して適切なブレードピッチに修正
する。速度以外の制御出力が、感知される場合にも同様
な原理が適用される。

本発明の他の概念によれば、ピッチ角を充分効果的に変
化させ、出力変動全修正するに必要なアクチュエータの
駆動時間全制御回路が決定する。

この１生動時間ＱＪ、タービン速度エラーの関数として
決定てれる。゛また本制御シスデムは、ヒッナ角七／す
を含むことかでさ、ピッチ角の関数としても駆１１の１
１′ｌ１ｉｉＩ全決定することができる。

ためのｆｌｔ制御帰制御膜的な形で表わしたフロック図
である　後に詳架するピッチ制御回路１ｏは命令信号を
発生し、これを風車タービン１４のフレードのピッチ角
＊　侃白ｊゴーる”アクチュエータ１２に送り込む５．
一般的に（は、成る風速が与えられるとピッチを増すと
タービン１４の回度は下がシ、グレードのピッチを減ら
せばタービン速度より高くなル、、ヒツチＨ＋Ｈ制御回
路１０はタービンブレートノビ゛ノチ用ｆｆ：に化させ
ることにより、タービンの速芒、るτってタービンによ
って駆！ｉ［ＩＪさすしる発電機１６の速訟て１：１１
山ｆ１１１ｊするっ アクチュエータ１２はＡ１１ａｎ　（：ｈｅｒｔｏｋ　
　氏等による出ｉｆ’ｉｔ　Ｅ＋　１９　Ｈ１年７月１
６Ｈの風力システムに関す；ｔ、、アメリカ合衆国特許
出願番号第２８２，９６５号に詳述されている型のもの
でよく、ここにこれ全参照する。

侠約すると、　Ｃｈｅｒｔｏｋ氏出願のアクチュエータ
は作動ロンドとねじ的に結合する作動ナツト’を回転さ
せるためのサーボモータを具備している。ロンドはター
ビン・シャフトの内部に、タービン・シャフトと共に回
転はするが軸方向にはシャフトに沿って滑るように取付
けられている。この結果、ナツトとタービン・シャフト
との間に相対的な回転が起れば、作動ロンドは軸方向に
移動することになる。作動ロンドは、これが軸方向に移
動すると、ピッチ全変化せしめるようにグレードと結合
している。

普通は、タービンブレードのピッチを一定に保つために
、作動ナツトの回転はシャフト及びロンドと同じ速さと
なるようにクラッチで維持されている。しかし、ピッチ
制御回路１０から指令が出るとクラッチは外れ、サーボ
モ〜りはタービンブレードのピッチを増すか減らすかす
るために、クービ／の回転に相対的ないずれか一方の向
きにすソト全回転する。図示した実施例において、サー
ボモータは運転状態について止又は逆の２つの命令しか
受けず、サーボモータの速さはピッチ角と無関係であっ
て、更にその作動時間は初期のピッチ角トタービン速度
とだけに依存し、サーボモータの作動中に起るこれら変
数の変化によっては影響ヲ受けないものとしている。

ピッチ１ｉ７１１簡Ｊ回路１０はマイクロプロセッサを
基需として、速度感知器１Ｂの手段にタービン１４０回
転速度を〕β跡するようにした回路が好才しい。

速度ｙ知器はターヒ／・シャフトの回転数に比例した周
波数のパルスを発生するタコメータ全具備する。これは
又これらのパルスの数を数えるためカウンタを具備する
４、所与の一定時間内に計数されたパルス数は、従って
クービンの速度に比例する、 在値全表わすイ＾号奮発生するピッチ角変換器２０を具
備する。ピッチ角感知器のある型のものはり・−ビンブ
レードの作動ロンドによって作動するポテンショメータ
を備えている。ポテンショメークの出力は電圧制御発振
器に加えられ、よってその周波数がブレードの角の指標
となる。特に、所与の一定時間の間に発振器が発生する
出力パルスの数はピッチ角を表わすことになる。

本発明の広汎な概念に従えは、タービン速度の制御はピ
ッチ角感知器を用いずとも達成し得る；タービン速度だ
けを感知して、その速度が高過きたり、又は低過ぎたシ
し７ｃ場合に、ブレードのピッチをそれぞれ増やした９
減らしタシすることが口Ｊ能である。しかし、後に説明
するように、ピッチ角感知器から導かれる情報はタービ
ン速度の効率的な制御全達成する上で有用なものである
。

ここで本発明の主眼は、風の速度が一定以上高く、ター
ビンをシステム設計上の最適回転速度で、駆動するのに
十分なだけあること全前提にして。

こｔ”ｔに相当する範囲のタービン速度とピッチ角を適
用の対象とした制御方法にあることを断っておく。風速
がそれ程高くない場合は、ブレードのピッチの制御は以
下に説明するものとは違った方法で実行逼れ、！１すに
アメリカ合衆国特許出願第２８２．９６５号に述べられ
ている方法がとられる。

本発明によると、ピッチ制御回路は、タービンの現在速
度と予め設定された最適速度枠である広域速度不感帯（
デッドバンド）とを比較することにより、°そして又予
め設定された一定時間にわたる平均速度と狭域不感帯と
を比較することによって、アクチュエータ１２に対して
命令信号を送るかどうかを決定・づ−る。結））をとし
て、制御システムＧ′」：タービンの平均速度全最大発
電出力を与える一方、早期疲労故障を回避するように設
定された狭い（狽界内に維持する：制御システムは短期
間の逸脱ＶＣついてＶ、ｌ、この範囲を超えるものであ
っても、それが４７４傷を来たすおそれのある程大きな
ものであると刀、あるいは容認できない程に効率の降下
ａ引き起すものでない限りこれを無視する。換言すれに
１、システムの実効帯域中は小さな逸脱を扱っていると
きには狭く、大きな逸脱が起るとより広くなるといえ４
）。従って、この制御システムは：、１．７ｆｉ帯」Ｔ
・’；　ｒｌ　／二車不感’ＩＦシステムである。

図示の実施例に用いられている用縮の現在速度と平均速
度との差異は完全にはη的に区別できない。この２つの
区別戸タコメータ・パルスを累積する時間の長きの違い
であるので、どちらの速度もある意味で平均速度である
。（”現在速度”に対する累積時間は°１００　ミ！Ｊ
秒、平均速度に対するそれは６２００ミリ秒であろう。

）それにも拘らず、マイクロプロセッサでは”現在速度
７はを）たかも瞬時速度のように用いられ、平均速度の
方は本来の平均値の意味である。

第２図は二重ＸＩ　Ｆ、方式の駁明図１あり・００ビン
が配電網電圧と同期状態で発電機が駆動された時にター
ビンが回転するであろう速度との差をいう、即ち、ター
ビン速度と電力を発生することもなければ配電網から電
力を受けとることもないよつな発電機の速度との差であ
る。第２図において最適と示された速度はシステムズバ
過度の負荷を負うことなしに発電機が最大限の出力を発
生するような連１ｕである１、狭ｊ、ｉＪ不感帯２１ａ
はピッブー制御回路１０が維持しようとする平均タービ
ン速度の頭載であり、一方、広域不感帯２１ｂは現在速
度値のピッチ制御回路が許容する範囲である。

２つの不感帯の上限と上限との間の速度は、この状襲が
長期間続くとなればシステムに過剰な疲労音引き起す速
度であるが、起るのが短期間だけであればあまり問題と
はならない。２つの不感帯の上限と下限との間の速度で
は発電出力の低下が長期間に許容するには著し過ぎるも
のの、平均速度が狭域不感帯内に収まっているうちはブ
レードピッチのアクチュエータの作動を必要とする程の
ことはない。

広域不感帯の上限は、例え短時間の逸脱であつくなる速
度領域の始捷９一点である。従って、この領域に達した
時はいつでもタービンの速度全即座に’ｆＪ１１１１（
’ｉすることかＭ要である。

広域不感帯の下限は様々な要因を考慮して設定される。

典型的にはこれは、この限界に達した時には必ず行なう
ことになるシステム紮最適速度に戻そうとする駆動が制
御システムにはなはだしい疲労を引き起すことのないよ
うに、めったには到達することのない値をとることにな
ろう。つまり、この値は典型的に発電効率と制御システ
ム疲労との妥協点を表わすものである。

アクチュエータからの作動を求めることが決定された後
、アクチュエータはシステムの効率に一層寄与するよう
に仕向けられる。システムは出力の変動を検出すること
においても、又、補正のためのピッチの変更が有効とな
ることにおいても、典型的に相当の遅れを含んでいる。

これらの遅れはタービンの慣性のモーメント及び制御シ
ステム内の遅れに起因する。従って、ブレードのピッチ
を単に適切な速度が検知されるまで変化させ続けるとい
うのでは効率的でない。制御部の利得が高い場合には、
所望の速度に対するオーバーシュート金避けるのが困難
となろう。反対に、非常に緩慢な制御では効率全損なう
のに加えて、破壊・損傷につながるおそれのある突風に
対して機敏に反Ｌ６するのを妨けることになる。

システムの遅れを補償するために変化率情報を加えるこ
と、即ち、タービン速度のエラーとタービンの加速度と
の両者に基づいてサーボモータの１駆動を連続的に制御
することには問題がある。風車が受ける力の周期的な成
分は加速度信号に対して本゛Ｐｆ的に雑音となる。加え
て、制御すべきシステノ・が非線形であることからして
、タービン速度と加速度に関する効果的な制御関数は極
めて複雑となる。

よって、本発明のピッチ制御回路１０はタービン速度の
エラーとブレードのピッチの初期値とによる関数ヲ予め
定め、これによって与えられる時間長だけアクチュエー
タ１２を駆動するものである。もつと詳、ｔｉｌｌにい
うならば、ピッチ制御回路１０は、アクチュエータ１２
のサーボモータにタービ／・ピッチヲ調節する作動ナラ
トラ回転させるよう命令する必要があると判定したとき
に、その時のピッチ角とタービンの現在速度又は平均速
度のいｒれかとの関数によってサーボモータに対する最
適駆動時間を決定する。サーボモータの作動時間はこの
と＠Ｖこセットされる；これはアクチュエータが作動し
ている間に遅れて感知されるシステムの変数の値に依存
しない。

この制御方式の利点はオ６図から第５図１でを参照する
ことによって明ｉｔとなる。

オ６図はスリップ速度とその一次導関数、即ちタービン
加速度を軸にとった位相一平面プロットである。本発明
に関するこれまでの記述では、又これから先の記述でも
スリップ速度の点から説明しているが、スリップ速度は
風車制御出力の１つの例に過ぎないこと全認識すべきで
ある。トルク、パワー、位相角、或は他の適轟な量とい
った他、の制御出力が代りに使い得る。プロットの始め
の部分は、スリン、プ速度及びピッチ角についての所与
の初期秦件において、ブレードのピッチを変更するため
にサーボモータが駆動されたときの軌跡を示している。

プロットの始点は制御操作の初期においてスリップ速度
が相対的に一定一一一即ち、タービン加速度はゼローー
ーという前提を反映しておリ、更にもう１つの前提があ
り、サーボモータが作動しでいる時間及びこの結果ター
ビン速度が最適１１０に近づいて最終的に安定するまで
の間は風速か−・定であるとしている。

これらの前提は第６図、第４図及び第５図の全ての位相
一平面プロットに適用でれている。現実の世界ではこれ
らの前提条件が満足されるとは限らないので、実際の軌
跡は図面に示したものとはしはしば異なってくることは
勿論理解できょう。

しかし、本制御システムは定常状態をベースにアクチュ
エータの作動時間をセットするので、システムの説明に
これらの前提をとり入汎ることは適切であるといえる。

オ６１￥１の軌跡の始まりでは、初めの位置と最適速度
との距離で表わされているようにスリップ速度エラーが
ある。ピッチ制御回路１０はこのエラーを検出し、反応
としてサーボモータを起動する。

従って、ブレードのピッチは減少し始める。グレードの
ピッチの減少とともにタービンにか＼る風の力は増大し
、従って上昇曲線が示すようにクービンの加速が始まる
。加速すれは、勿論、タービン速度が上昇するが、この
ことは曲線が石に頷くことで表わされている。オろ図に
示す例では、加速度は急速に平坦部に達するか、これは
ブレードのピッチの一定の減少に伴い速度が一定の率で
上昇することを表わしている。（実際には、所与のピッ
チ減少に対する速度上昇危はピッチ角の初期値によって
変化するが、この影響は第６図では明らかでない。９ 軌跡上に、先に述べ之前提から与えられる点でるって、
サーボモータの駆動を止めるのに最適な点が存在する。

この点でサーボモータの駆動を止めると、システムは”
ｍ力”で自然に最適速度に向けて進んでいく。もし、こ
の点板前にサーボモータを切ると、タービンは最適速度
に到達しない。

もしこれよシ後にサーボモータ全切ると、最適速度はオ
ーバーシュート全党ける。第６図においてザーボ駆動オ
フと表示したところがこの点である。

ピッチ制御回路はこの点でサーボモータを切るが、それ
はフレードのピッチとタービン速度との初期値にもとう
いてピッチ制御回路が既に決定しておいた時間がここで
経過しきるからでるる。

位相一平面プロットが示すように、タービンの加速が直
ちに減少し始めることはない。理由は、サーボモータか
ら駆動命令をとり去ってからピッチ訓諭が終了する１で
に若干の遅れがあるからである１、フレードのピッチの
変化が停止したとき、つ寸り第６図においてピッチ変更
停止と表示しである時点でも、タービンの加速はまだ続
いているが、これはブレードのピッチの変化と、この結
果起るスリップ速度の変、化との間に遅れがあるからで
ある。軌跡の直線上の部分が示すように、クービンの加
速度はピッチ変更が停止した時に減り、ブレードのピン
チが変化しなくなったあとスリップ速度は指数関数的に
最適速度に近ついていく。

第６図で示されるシステムの動きの説明は簡略的である
が、適切な制御を達成する上で考慮、すべきいくつかの
ことを表わしている。その１つはサーボモータ命令をと
り去ってから加速が止ひ筐での遅れである。もし、サー
ボモータが最適速度が得られるまで停止しなかったとす
ると、システム内のこの遅れはスリップ速度を目標の最
適値を超えるところまでもっていってしまうことは明ら
かである。

位相一平面プロットは、次のアクチュエータ命令金山す
べきか否かを決定するためにサンプルするスリップ速度
の値が現在速度値に依存しないように、サーボモータか
ら命令信号をとり除いた後に休止期間を取るのが良いこ
と全示唆している。

例えは、第３図において、サーボ駆動が止った後もある
時間はエラーが残っているが、スリップ速度は何も制御
しないでも最適値に近づいていく。

この期間でサンプルすると結果的に起るサーボモータの
動きによってスリップ速度は最適値全通ジ越えてしまう
。この理由から、ピッチ制御回路のプログラムには制御
信号の印７Ｉｌ］−＋禁止する休止期間についての配慮
がなされている。

サーボモータ駆動時間は一般に種々の初期値エラーに伴
い異なる。これ全第４図に示すがここには初期エラーの
違いとこれの結果による最適制御（７〕軌跡冴テ小才。

プロット２２は初期条件として比申°〈白（θ、・＼ン
ク・エラーを衣わ（プロ゛ント２４．２６は夫り中、ｐ
＋’：　を隻及Ｏ・小さい初期速度エラーを示す。各プ
ロットは夫々のサーボモータターンオフ点２８゜６０或
は６２を含み、ある僅かの感知時間の後の→サーボモー
タのオフ点ろ２に達するに要する時間はサーボモータオ
フ点２８に達するに要する時間より短かく、エラーが少
ない時はこれ全停止する時間は少かいことは明らかであ
る。

第４図は別の軌跡６４を示す。これは最適速度より大き
いト刀期速度に対する軌跡を例示したものである。曲線
の形状は他の一般の曲線とけ若干異なるか、これはピッ
チサーボシステムがブレードピッチ−を増すよりも減ら
す方が速いからである。

然し　−リーホモーク廊動時間が初期エラーに依存する
という共通の結果となる事は明らかであろう。

第５図はカーホモータ駆動時間が最初のピッチ角の夫々
の値組に変わる模様を示したグラフである。これはピッ
チの制御効率かピッチ角と共に変わるからである。４な
に、ピッチ角に関するスリップ速度の最初部分の導関数
はピッチ角の関数であり、換言すれは所与のスリップ速
度変化”ｃ　Ｊ成するに必ｇなピッチ角変更はピッチ角
の初期価によって変わるという事になる。

第５図のプロン）３８，４０．４２は初期速度エラーが
等しくて初期角が異なっている場合夫々について最適の
点を結んだものである。）′ろ図、４図と同様に第５図
は一般的な特性を表わし、量的に正確に表わそうとした
ものでＦｉない。６８は制御効率の高い場合の初期ピッ
チ角を表わし、ブレードピッチの所与の変化に対するス
リップ速度変化が比較的太きい。従って、６８で示され
るピッチ変化駆動時間は比較的短かい。

４０は制御効率の中程度の値を表わし、従って最適速度
に達するに駆動時間が中程度の値を示し、一方４２で示
す低制御効率の場合は最適速度によりゆっくりと近づく
事になる。従って３８．４０及び４２に対するター／オ
フ時間４４．４６及び４８はサーボモータがオンされて
から異なった時…ｊにおいて到達する。

本発明の好ましい実施例においてはピッチ制御回路はス
リップ速度エラー及びブレードピッチに基ツき編成した
ルック−アップ−テーブルｉｔむ。

これはサーボモータ駆動時間のエントリ金倉む。

制御作用がなされなければならないと判断された時には
、この駆動時間上／トリがピンチ角及び現在か平均かの
スリップ速度エラーとにより特定されたロケーションか
らンエツチされ、これに従いアクチュエータが作動され
る。

このルック−アンプ−テーブルエントリは経験的に決定
さ才するか或はシステムの代表的モデルを頼りにして決
定する。或は又、このエントリは摩耗、経年変化、或は
他の要因による変化が許容し。

得る１′Ｙトな経験に基づき、ピッチｆＩｔ制御回路１
０により適−１］、決定する事もできる。この様な適宜
の構成につい−Ｃはこ＼では示さないが、エントリは読
取り一−１：込みメモリの防鰭部分にストアされ、若し
必安な変更が生じたとすれば外部ソースから再びｖ１込
みかできる様になっている。

ピッチＩＩＩ御回路１０ｖこより遂行きれる制御ルーチ
ンを示す簡単化したフローチャート（ｒ第６図に示す。

第６図に記されり棟々のファンクションは簡単に説明す
るために記したものであって実務上から取９決めである
様な実行プログラムやサブルーチンへの分割にそのま＼
従うものではない。

ピッチ制御回路１０はルーチンの２つのグループ全サー
ビスする実行プログラムに基づくものである。第１のグ
ループはセンサ、周波数測定クロック、及び制御タイマ
を掌る。このグループは本システムに含まれたリアルタ
イムクロックがプロセッサを停止した時にツー−ビスさ
れる。この停止時間バルーチンのこのグループが次の停
止曾でに十分完遂される長さである。他の１つのグルー
プは制御ルーチ／であジオ６図に示される。これは第１
グループルーチンにより報知されるタイマ状態データ及
びセンサ入力を用いる。

制御入力にエントリがあると、プロセッサは最初にアク
チュエータ１２がタービンブレード奮励のピッチ角に駆
動する過程にあるかどうか全決定する。この決定は決定
ブロック５２によジオ６図に表わされ″（いる。若し駆
動過程にないと、このルーチンは本システムがブロック
５４に示す様に最後の作動後の休止期間にあるかどうか
を検証する。若し休止期間になければブロック５６　、
５８に示す様に現在速度がテストされ、広いデッドバン
ド外におるかどうかを決定する。若し”ＮＯ゛であれは
、フロック６０及び６２が示す様に平均速度がチェック
される。若し現在速度も平均速度も指定したデッドバン
ド外にない場合は制御ルーチンが実行プログラムの制御
へと炭る。

一方、現在速度或は平均速度がそれらの限界外にある場
合は制御ルーチンがブロック６４に示す様にルック−ア
ップ−テーブルに照会し、最初のピッチ角及び現在速度
か平均速度かのエラーにより表わされる４ノ一ボモータ
駆動時間の値を見つけ比す。それから制御ルーチンはブ
ロック６６で示す段階へと進められ、サーボモータを動
かし、ブロック６４で示される段階においてフェッチさ
れた駆動一時間値でもって駆動タイマをセットし、且つ
ブロック５２で衣わされた段階中にテストされたフラッ
グである”ドライブ・イン・プログレス”フラッグをセ
ットする。次に制御ルー・チンは実行プロ、ダラムの制
御に戻る。

制御プログラムの次の呼びの際には、ブロック５２で表
わきれるテストが１ドライブ・イン・プログレス”））
ラグがセットされている事ヲ見出す。従って、オ６図の
ブロック６８に表わされたテストへと枝わかれする。こ
のテストにおいてはプロセッサはブロック６６で表わさ
れた段階においてセットされた駆動タイマが時間切れに
なっているかを検べる。若し時間切れでなければ、制御
は実行プログラムへと戻る。若し時間切れであれば、マ
イクロプロセッサはブロック７０で示す様にアクチュエ
ータ１２を切υホールドタイマをセットし、サーボモー
タの作動が終った後に観察されねばならない休止時間の
タイミングを開始する。

ホールド・イン・ブロクレス”フラッグが次にセットさ
れルーチンは実行プログラムの制御へとＭる。次にマイ
クロプロセッサが制御ルーチンを呼びブロック５２で表
わされるテストが駆動がも早進行過程にない事を示した
時にはルーチンはブロック７０で示された段階でセット
されり゛ホールド・イン・プログレス′”フラッグ全チ
ェックする。そして、このフラッグがセットされている
事を知りホールドタイマが時間切れであるかどうかを検
べる。このテストはオ６図に決定ブロック７２で示す。

”ホールド・イン・ブロクレス”フラッグがセットされ
た後制御ルーチンを通る最初のパフ中にはホールドタイ
マは典型的に時間切れとなってはおらず、制御ルーチン
は実行プログラムの制御へと戻る。然し乍ら、ルーチン
全通る次の若干のバスにあっては休止時間が終っており
、ブロック７２で示すテストが決定的な判断を下す場合
もある。この場合には、ブロック７４で示す様にルーチ
ンは”ホールド・イン・ブロクレスｌ＋フラッグをリセ
ットし、実行プログラム制御へと戻る。然して、本シス
テムは制御ルーチンが次に呼ばれた時に現在速度か平均
速度かをテストする準備をする。

図示はれた実施例について種々の改善がなされ得る事は
明白であろう。上述した様にルツクーアッグーテーブル
値により示された時間は経験に基つきプログラム制御の
下に調整され得る。特に、ルック−アップ−テーブル値
は所与の所期条件に対して固定されたブレードピッチ変
化を表わし得るがピッチ変化を達成するに用いられるサ
ーボモーフ駆動時間はサーボモーフ動作に対するブレー
ドピッチの感度を予め観察しておい又これに基づき変更
することができる。

或は又、上記テーブルに特定されたブレードピッチ変化
の閉ループ実行に対して成る設備をなすこともできる。

この場合には、ルーチンは所望のピッチ変化がピッチセ
ンサにより指定されるまではサーボモータをオ／にして
おく事になろう。上述した位相一平面原理によれは、こ
の様なシステムでは所望の位置か検出される若干前に駆
動を停止しスイッチ遮断の遅れ及び制御の粗さを許容す
る様にする事になろう。

又更に、種々のデッドバンド限界が適宜セットし得る。

例えば、ブロク２ムが所定の時間内で夫々のデッドバン
ドから外れて幾つの平均或は」、在速度逸脱が生ずるか
についてトラック全保持しておき、若しこの様な逸脱が
なかったり極めて少なかったりした時はデツドノくンド
巾を引締めて′アクチュエータ作動の回数全署しく増す
ことなく電力生産性ケ増す様にしてもよい。又、式をプ
ログラノ・に含才せたり、或はルツクーアツズーテーブ
ルを拡張し７て１駆動時間や休止時間の言１算に最初の
タービン速度値を客贅せる事もできる。

”最適５１度”を適宜セットすることすらできる。

例えは′、広いデッドバンド限界の上限の値を固定し、
広いデッドバンドの上限値を越えた時の頻度に基つき＠
通速度を調節することが望ましい。これを達成する１つ
の方法は最適速度を周期的に増加し７、広いデッドバン
ドの上限を越えた時に減少をせる亨でをンる。この様な
構成は突風状力ご中に平均速度の目標ｋＦは大電力逸脱
の頻度を許容範囲内に保持することになる。

耳゛光明はより単純な油制御システムでも利用できる。

例えば、フレードピッチの初期値を駆動時間計算外に置
いておく事ができる。この様なシステムは勿論、効率の
少ない形態で制御する事になるが、本発明技術に基づく
基本的な効果は有する。

即ち、タービン速度の広い逸脱に対し敏速に応答はする
が、平均速度のみをよりぴったりとしたデッドバンド限
界内に留める事により過剰な制御作動を避ける事になる
。

図示された実施例において監視される制御出力はスリッ
プ速度であるが本発明のより広汎な技術は他の制御出力
を監視することによっても用いる事ができる。図示され
た構成においては問題とする出力は電力であり、これは
タービン速度として直接に感知される。又は、この電力
は風車のトルク出力全感知する事によっても感知できる
。この場合は、出力は誘導発電機のスリップ速度が代表
的には同期速度の２％以下であることから出力トルクに
おおざっばに比例する。

本発明の技術思想が誘導発電機でなく同期発電機の駆動
用のシステムに用いられた場合には感知された変数とし
て出力トルクを用いる事は特に適している。というのは
タービン速度は出力である電力を指示するものではない
からである。発電機と配電網との間の位相差の感知が同
期発電機システムにも用いる事ができる１、又或は、出
力たる電力は電気−力センサにより直接に測る事もでき
る。

上記した様に、本発明技術思想は発電に用いられる風−
東に限ったものではない。例えは、ポン７゜システムの
場合には間：須とする出力は電力であり、特にこの場合
には機械的な電力であろうか出力たる速度或はトルクも
又問題とする変数たり得る。

制御出力が感知される限り、本発明基本の技術思；ＩＩ
よ変るところばない。即ち平均制御出力は狭いデッドバ
ンド内に留める様にせしめられるが、ｊＪＪ、　ａＥ　
ｆｌｉ制御出力は広いデツドノ（／ド内に留める事だけ
が心安である。

従って、本発明技術思想はアクチュエータ動作類：Ｗを
比較的少くして風車の高い生産性を達成する１逓に１ム
い範囲の１ｉｌｌ　Ｇ’Ｊシステムレこ広げて行く事が
でき机、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御システムのブロック図、 第２図は、本発明の制御システムにおいて使用されるデ
ッドバンドの図、 第６図は、タービン速度エラーに応じて行われる制御動
作の位相一平面プロット図、 第４図は、第６図と同様な図であり、スリップ速度のい
ろいろな初期値を示した図、 ２・５図は、第６図及び第４図と同様な図であるが、初
期のブレードピッチは異なるが初期のスリップは同じで
ある場合のグラフ、 第６図は、制御システムのアクチュエータへの命令信号
の適用を算定すべく図示実施例のマイクロプロヒツサに
用いられたルーチンの簡略化フローチャートである。 １０・・・ピッチ制御回路　１２・・・アクチュエータ
１４・・・タービン　　　　１６・・・発電機１８・・
・速度センサ　　　２０・・・ピッチ角センサ図面の浄
書（内容【こ変更なし） ｆ　続　袖　１１−　書（力式） ５９．’５．１４ 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官　若　杉　和　夫　傅 １゛１１件の表示 昭和５９年特許順第２０６８０号 ：（、ンｌＩｉ’＋ｌ−をする者 事（’ｌとの関係　　出　１１Ｊｔ　　人４代理人 氏名（５９９５）弁理士　中村　稔：゛、□ν、、ノ ５捕１１モ命令の日付　　昭和５９年４月２４１−１ｆ
ｉ、袖ＩＦの対象　　　　願　書　　代理権を１１Ｆ明
するν）面金図面 ＼、　フ１こ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　風車制御システムに与えられるピッチ命令信号に感
   じて、タービンブレードのピッチを変えるためのブレー
   ドピッチアクチュエータ及びタービンプレートを有する
   タービンを含む風車を制御するための風車制御システム
   において、Ａ、　　）政事制御出力を感知し、且つ感知
   した制御信号を表わす出力信号を作る制御出力センサと
   、Ｂ、　ピッチ命令信号を作るための制御回路にして、
   且つこの制御回路へと命令信号を伝達するために上記ブ
   レードピッチアクチュエータに電気的に接続はれており
   、上記制御回路は更に、この制御回路から出力信号を受
   信するため且つ、この出力信号から現在制御出力と所定
   の平均インターバル以上の制御出力の平均値を引き出す
   ため上記制御出力センサに電気的に接続されており、上
   記制御回路は現在及び平均制御出力に感じてピッチ角の
   変化を命令する様に、少なくとも制御用、力の範囲全体
   にわたシ上記ブレードピッチアクチュエータに命令信号
   を送り然して、現在制御出力が所定の広いデッドバンド
   の外にある時、或は上記平均制御出力が、上記広いデッ
   ドバンド内の所定の狭いデッドバンド外にある時には、
   上記制御システムは上記広いデッドバンド外の制御出力
   の逸脱範囲に迅速に応答するが、平均制御出力が上記狭
   いデッドバンド外に行った時には、上記狭いデッドバン
   ド内に上記制御出力金持って来る様に働く様にした事を
   特徴とする上記制御システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載の制御システムにおいて
   、上記制御システムは、前のフレードピッチアクチュエ
   ータ動作後の所定の休止時間内に受けた出力信号から定
   められた現在制御出力に基づいて、上記アクチュエータ
   に命令信号を送ることのない上記制御システム。 ろ、　特許請求の範囲第２項記載の制御システムにおい
   て、 Ａ２　　上記制御出力センサが感知する制御出力は、タ
   ービン速１度であり、 Ｊ３．　　上記制御１出力センサが作る上記出力信号は
   、感知しヘタ−ビン速度を表わす速度信号である上記制
   御システム。 ４　％許請求の範囲第１功記載の制御システムにおいて
   、 Ａ、上記制御出力センサの感知する制御出力は、タービ
   ン速度でらシ、 Ｂ、上記制御出力センサが作る上記出力信号は、感知し
   たタービン速度を表わす速度信号である上記制御システ
   ム。 ５　特許請求の範囲第１項記載の制御システムにお・い
   て、上記制征ｌシステムは、各々のアクチュエータ動作
   前の匍１１Ｔｒｌｊ出力の関数としてアクチュエータ」
   υ作時間欠決め、そし２てこのアクチュエータ動作時間
   に等しい時間だリフレードピッチアクチュエータを動作
   きせるように命令する上記制御システム。 ６、　９計請求の範囲第５頂記載の制御システムにおい
   て、上記制御システムは、前のフレードピッチアクチュ
   エータ動作後の所定の休止時間内に出力信号を受け、そ
   の出力信号からの所定の現在制御出力に基づいて、上記
   アクチュエータに命令信号を送ることのない上記制御シ
   ステム。 ２、特許請求の範囲オ６号記載の制御システムにおいて
   、 Ａ、上記制御出力センサが感知する制御出力はタービン
   速度であり、 Ｂ、上記制御出力センサが作る上記出力信号は感知した
   タービン速度を表わす速度−信号である上記制御システ
   ム。 ８、特許請求の範囲第５号記載の制御システムにおいて
   、 Ａ、上記制御出力セ／すが感知する制御出力は、タービ
   ン速度であり、 Ｂ、上記制御出力センサが作る上記出力信号は、感知し
   たタービン速度全表わす速度信号である上記制御システ
   ム。 ９　特許請求の範囲第５項記載の制御システムにおいて
   、 Ａ、上記制御システムか、タービンブレードのヒツチ角
   全感知し１、このピッチ角を示すピッチ（ｔ１号’ｆ　
   １−Ｒｉ２制御回路に伝送するためのピッチ角セ／＋１
   を史に含み、 Ｂ、　　上口［：制御回路か、ブレードピッチアクチュ
   ゴータの動作以前に感知された上記タービンブレードピ
   ッチの関数としてもアクチュエータの動作時間を決める
   上記制御システム。 １０　　特許８１□求の範Ｐトオ９Ｊ１記載の制御シス
   テムにおいて、上記制御システムは、前のフレードピッ
   チアクチュエータ動作後の所定の休止時間内に出カイ菖
   七全受り、その出力信号からの所定の現在制御出力に基
   づいて、上記アクチュエータに命令Ｉｌ＠弓ヲ送ること
   のない上記制御システム。 １１　　特許請求の範囲第１０項記載の制御システムに
   おいて、 Ａ、上記制御用力士／すが感知する制御出力は、タービ
   ン速度であり、 Ｂ、上記制御出力センサが作る上記出力信号は、感知し
   たタービン速度を表わす速度信号である上記制御システ
   ム１． １２、特許請求の範囲オ９項記載の制御システムにおい
   て、 Ａ、上記制御出力セ／すが感知する制御出力は、タービ
   ン速度であり、 Ｂ、上記制御出力センサが作る上記出力信号は、感知し
   たタービン速度を表わす速度信号である上記制御システ
   ム。 １６、　　可変ピッチタービンブレード金有するタービ
   ンを含む風車の出力を制御する方法において、Ａ、制御
   出力全感知し、 Ｂ、　もし感知し文制御出力が、所定の比較的広いデッ
   ドバンドの範囲外である場合であって、もし現在制御出
   力が広いデッドバンドよシ高い場合は、ブレードピッチ
   金する方向に変え、もし現在制御出力が広いデッドバン
   ドより低い場合は、ブレードピッチを他の方向へと変え
   、 Ｃ０制御出力の平均を所定の時間にわたって決め、 Ｄ、　もし平均制御出力が、所定の比較的広いデッドバ
   ンド内の比較的に狭いデッドバンドの範囲外にある場合
   において、もし平均制御出力が狭いデッドバンドより高
   い場合は、ブレードピッチを成る方向に変え、もし平均
   制御出力が狭いデッドバンドより低い場合は、ブレード
   ピンチ金地の方向に変える段階全特徴とする上記方法８
   １４、％許請求の範囲第１３項記載の風車の出力を制御
   する方法において、制御出力が感知され、タービン速度
   が制御される上記方法。 １５　　特許請求の範囲第１６項記載の風車の出力を制
   御する方法において、ブレードピッチが所定の時間にわ
   たり一定した後にの与制御出力が感知でれる一Ｆ記方法
   。 １６１１″ｆ許請求の範囲第１５項記載の風車の出力を
   制御する方法において、制御出力が感知され、タービン
   速度が制御される上記方法。 １７、　　特許請求の範囲第１６項記載の風車の出力を
   制御する方法において、段階Ｂにおけるブレードピッチ
   の変化量が現在制御出力の関数でろシ、段階りにおける
   ブレードピッチの変化量が平均制御出力の関数である上
   記方法。 １８、特許請求の範囲第１７項記載の風車の出力を制御
   する方法において、制御中力が感知され、タービン速度
   が制御される上記方法。 にわたり一定した後にのみ制御出力が感知される上記方
   法。 ２、特許請求の範囲第１９項記載の風車の出力を制御す
   る方法において、制御出力が感知され、タービン速度が
   制御される上記方法。 ２１、　　特許請求の範囲第１７項記載の風車の出力を
   制御する方法において、更に Ａ、　タービンフレードのピッチ全感知する段階金倉み
   、そして Ｂ、　ブレードピッチの変化量が感知されたブレードピ
   ッチの関数でもある上記方法。 η、特許請求の範囲第２１項記載の風車の出力を制御す
   る方法において、制御出力が感知され、タービン速度が
   制御される上記方法。 ２３　　特許請求の範囲第２１項記載の風車の出力を制
   御する方法において、ブレードピッチが所定のＨ，１１
   １８１ｋＬわたり一定した後のみ制御出力が感知される
   上記方法１． ２４、特！’Ｆ　ｉｉｌ′Ｊ求の範囲第２６項記載の風
   車の出力を制御する方法においで、制御出力が感知され
   タービン速度が制御される上記方法。