JP4908455B2 - 風力発電装置用ファン装置および風力発電装置 - Google Patents
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Description
クーラには、空気をクーラに通風させるクーラファンが設けられており、ヒータやクーラファンは、それぞれ設定温度に基づいてオンオフ制御されている(例えば、特許文献1参照。)。
このようにして過加熱状態になった機器を冷却するために、クーラファンにより大きな駆動電力が供給され、駆動電力がさらに大きくなるという問題があった。一方で、過冷却状態は、クーラファンが冷却の必要がない機器の冷却を継続して行って生じる状態である。つまり、クーラファンが必要のない駆動電力を消費して生じる状態であり、駆動電力が過剰に消費されているという問題があった。
本発明の風力発電装置用ファン装置は、回転翼の回転駆動により少なくとも発電を行う機器を内部に収納する筐体内の空気を、前記機器を通過して前記筐体外に排出するクーラファンと、前記機器の温度、および、前記機器の運転状況に基づいて前記クーラファンを駆動制御する制御部と、が設けられ、前記制御部は、前記機器の運転状況を、前記筐体の外部における風向および風速を計測する風向風速計の計測結果に基づいて推定し、前記クーラファンを駆動制御することを特徴とする。
この推定された機器の温度勾配に基づいてクーラファンの駆動を制御することにより、機器の温度のみに基づいて制御する方法と比較して、クーラファンの駆動制御を適切に行うことができる。例えば、クーラファンによる冷却停止遅れ、つまり機器の冷却過多が防止される。言い換えると、不必要なクーラファンの駆動が防止され、クーラファンにおける駆動電力の消費量が抑制される。
さらに、クーラファンによる冷却開始遅れ、つまり機器の過加熱が防止される。言い換えると、クーラファンの駆動時間が短縮され、クーラファンによる駆動電力の消費が抑制される。
その上、制御部は、筐体の外部における風向および風速に基づくことにより機器における運転状況を把握することができ、機器において発生する熱量を推定することができる。
以下、本発明の第1の実施形態にかかる風力発電装置ついて図1から図7を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する全体図である。
風力発電装置1は、図1に示すように、風力発電を行うものである。風力発電装置1には、基礎B上に立設された支柱2と、支柱2の上端に設置されたナセル(筐体)3と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル3に設けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4を覆う頭部カプセル5と、ロータヘッド4の回転軸線周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車回転翼(回転翼)6と、ロータヘッド4の回転により発電を行う発電設備7と、風力発電装置1の周囲における風向および風速を測定する風向風速計9と、が設けられている。
これにより、風車回転翼6にロータヘッド4の回転軸線方向から風が当たると、風車回転翼6にロータヘッド4を回転軸線まわりに回転させる力が発生し、ロータヘッド4が回転駆動される。
ナセル3の内部に収納された発電設備7には、図2に示すように、ロータヘッド4の回転駆動力を発電機14に伝達する主軸(図示せず)を回転可能に支持する主軸受11と、ロータヘッド4の回転を増速して発電機14に伝達する増速機12と、主軸受11および増速機12の潤滑に用いられるオイルを冷却するオイル冷却部13と、伝達された回転駆動力を用いて発電を行う発電機14と、発電された電気の電圧を制御するトランス部15と、周波数を制御するコンバータ部16と、が設けられている。
オイル冷却部13には、潤滑用オイルの熱を放熱するオイル用熱交換器(機器)21と、オイル用熱交換器21に空気を通風させるオイル用ファン(クーラファン)22と、主軸受11とオイル用熱交換器21との間、または、増速機12とオイル用熱交換器21との間で潤滑用オイルを循環させる油管23と、が設けられている。
なお、発電機本体31、発電機用ファン32および発電用ダクト33としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
なお、トランス本体41、開口部およびトランス用ファン43としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
コンバータ部16には、周波数の変換を行うコンバータ本体(機器)51と、コンバータ本体51を冷却するコンバータ用ファン(クーラファン)52と、が設けられている。
なお、コンバータ本体51としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
風向風速計9により測定された風向および風速は、後述する制御部76に出力されている。
さらに、風力発電装置1には、図3に示すように、オイル用温度センサ72と、発電機用温度センサ73と、トランス用温度センサ74と、コンバータ用温度センサ75と、オイル用ファン22、発電機用ファン32、トランス用ファン43およびコンバータ用ファン52(以下、「オイル用ファン22など」と表記する。)の制御を行う制御部76と、オイル用ファン22と、発電機用ファン32と、トランス用ファン43と、コンバータ用ファン52と、を有する風力発電用ファン装置71が設けられている。
風力発電装置1においては、ロータヘッド4の回転軸線方向から風車回転翼6に当たった風の力が、ロータヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風の力を風車回転翼に効果的に作用させ
るため、適宜ナセル3を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド4は風上に向けられている。
図4は、図3の風力発電用ファン装置の制御を説明するフローチャートである。
風力発電用ファン装置71の制御部76には、図4に示すように、風向風速計9により計測されたナセル3の外部の風向および風速が入力される(ステップS1)。
制御部76における稼動状態推定部77は、入力された風向および風速に基づいて、オイル用熱交換器21などにおける稼働率の推定を行う(ステップS2)。稼働率の推定は、予め稼動状態推定部77に記憶されたデータマップに基づいて行われていてもよいし、計算式に基づいて行われていてもよく、特に限定するものではない。
例えば、オイル用熱交換器21における温度勾配は、オイル用温度センサ72から入力されたオイル用熱交換器21の温度と、稼働率に対応したオイル用熱交換器21における発熱量と、オイル用ファン22の稼動状態と、に基づいて行われている。オイル用熱交換器21における発熱量は、温度推定部78に予め記憶された稼働率に対応した発熱量が用いられている。
なお、発電機本体31、トランス本体41およびコンバータ本体51における温度勾配も、オイル用熱交換器21の場合と同様に温度推定部78により推定されている。
例えば、発電機用ファン32の駆動を制御する場合について説明すると、図5の実線で示すように、ファン制御部79は、発電機本体31の温度および温度勾配に基づいて、発電機本体31の温度が所定の温度範囲(図5のT0からT1まで)に収まるように、発電機用ファン32を駆動するON信号や、停止させるOFF信号を出力する。
このように制御することで、図5の点線で示すように、発電機本体31の温度のみに基づいて発電機用ファン32を制御する場合と比較して、発電機本体31の温度を所定の温度範囲内に収めることができる。
さらに、オイル用ファン22などによる冷却開始遅れ、つまりオイル用熱交換器21などの過加熱が防止される。言い換えると、オイル用ファン22などの駆動時間が短縮され、オイル用ファン22などによる駆動電力の消費が抑制される。
上述のように、風向風速計9と、オイル用温度センサ72などの測定結果と、に基づいてオイル用ファン22などを制御してもよいし、図6に示すように、風車回転翼6の回転数および風車回転翼6のピッチ角と、オイル用温度センサ72などの測定結果と、に基づいてオイル用ファン22などを制御してもよく、特に限定するものではない。
上述のように、風向風速計9と、オイル用温度センサ72などの測定結果と、に基づいてオイル用ファン22などを制御してもよいし、図7に示すように、発電機本体31による出力電力と、オイル用温度センサ72などの測定結果と、に基づいてオイル用ファン22などを制御してもよく、特に限定するものではない。
次に、本発明の第2の実施形態について図8から図10を参照して説明する。
本実施形態の風力発電装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、風力発電用ファン装置における制御方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図8から図10を用いて風力発電用ファン装置における制御のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図8は、本実施形態の風力発電装置における制御を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
風力発電用ファン装置171の制御部176には、風向風速計9により計測されたナセル3の外部の風向および風速が入力される。その後、オイル用熱交換器21などにおける時間に対する温度勾配の推定までは第1の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
以下では、他のファンと比較して容量が大きなオイル用ファン22と、他のファンと比較して容量が小さな発電機用ファン32と、に対する制御を例として説明する。
図9におけるTa1は、オイル用熱交換器21の温度であってオイル用ファン22の稼動開始温度であり、Ta2は、オイル用ファン22の停止温度である。図10におけるTb1は、発電機本体31の温度であって発電機用ファン32の稼動開始温度であり、Tb2は、発電機用ファン32の停止温度である。
その後、時間t11からt12になると、オイル用熱交換器21における温度がファンの稼動開始温度(Ta1)に到達するため、オイル用ファン22が駆動(ON)される。その一方で、発電機本体31の温度はファンの稼動開始温度(Tb1)よりも低いため、発電機用ファン32は停止(OFF)されたままである。
オイル用熱交換器21の温度は、オイル用ファン22により冷却されるため低下する。
発電機本体31は、オイル用熱交換器21と比較して熱容量が小さいため、オイル用熱交換器21よりも速やかに温度が低下する。
3 ナセル(筐体)
6 風車回転翼(回転翼)
9 風向風速計
21 オイル用熱交換器(機器)
22 オイル用ファン(クーラファン)
31 発電機本体(機器)
32 発電機ファン(クーラファン)
41 トランス本体(機器)
43 トランス用ファン(クーラファン)
51 コンバータ本体(機器)
52 コンバータ用ファン(クーラファン)
71,171 風力発電用ファン装置
76,176 制御部
Claims (3)
- 回転翼の回転駆動により少なくとも発電を行う機器を内部に収納する筐体内の空気を、前記機器を通過して前記筐体外に排出するクーラファンと、
前記機器の温度、および、前記機器の運転状況に基づいて前記クーラファンを駆動制御する制御部と、
が設けられ、前記制御部は、前記機器の運転状況を、前記筐体の外部における風向および風速を計測する風向風速計の計測結果に基づいて推定し、前記クーラファンを駆動制御することを特徴とする風力発電装置用ファン装置。 - 前記クーラファンは、複数の前記機器のそれぞれに対して複数設けられ、
前記制御部は、一のクーラファンの駆動を他のクーラファンの駆動状態に基づいて制御することを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置用ファン装置。 - 風により回転駆動される回転翼と、
該回転翼の回転駆動により少なくとも発電を行う機器と、
該機器を内部に収納する筐体と、
請求項1または2に記載の風力発電装置用ファン装置と、
が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
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