2014 Fiscal Year Annual Research Report
浮体式洋上風力発電システムの多目的最適制御による浮体動揺と発電出力変動の安定化
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24561059
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
涌井 徹也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40339750)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 洋上風力発電 / 浮体式洋上風力発電 / 多目的制御 / 風力タービン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界中で風力発電の導入が進んでいるが，日本のような大水深海域の広い地域では，浮体式洋上風力発電への期待が高まっている．しかし，波と風によって誘起される浮体の動揺によって発電出力の変動や疲労荷重が増大し，特に高風速域で定格出力を保持するために翼ピッチ角操作を行うと，浮体に作用する負性減衰の影響で浮体動揺が大きくなる．そこで本研究は，トレードオフ関係にある出力変動と浮体動揺を共に低減するための多目的最適制御手法の開発を数値シミュレーションを通して行った．3枚翼プロペラ型タービンを用いた定格出力5MWシステムを検討対象とした．
まず，3翼同期ピッチ操作による風力タービンの回転数フィードバック制御系に着目し，その制御パラメータがシステムの動的な挙動に及ぼす影響を分析した．先行研究で提案された制御パラメータの設定指針では，浮体の動揺は小さくなるものの発電出力の変動が陸上式の場合よりも非常に大きくなった．しかし，回転数制御系の共振周波数を浮体動揺の共振周波数よりも高く設定し，かつ減衰係数を1より大きくする（過制振）とすることで，浮体の動揺は先行研究と同水準でありながら発電出力の変動を大幅に低下できることを明らかにし，新たな制御パラメータの設定指針を提案した．
さらに，3翼同期ピッチ操作による発電出力制御と発電機負荷トルク操作による浮体動揺制御を組み合わせた多目的フィードバック制御系を構築し，その制御パラメータがシステムの動的な挙動に及ぼす影響を分析した．浮体の動揺速度に応じて発電機負荷トルクを操作することで，発電出力制御のために翼ピッチ角操作を行っても，浮体に作用する負性減衰を減少させることができ，浮体の動揺と発電出力の変動を同時に抑制することが可能になった．また，一次遅れフィルタを介して浮体の動揺速度を制御入力とすることで，波に起因する浮体動揺の影響を低減できることも明らかにした．
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