2014 Fiscal Year Research-status Report
水平軸風車における可変速・翼ピッチ制御運転の最適化に関する研究
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25420115
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
長谷川 豊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20198732)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 博貴 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10626873)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体機械 / 風力発電 / 可変速運転 / 翼ピッチ角制御 / 数値解析 / モデル実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，風車単機の出力変動と構造系への負荷変動につき，風車運転制御により変動振幅を低減することを目指し，以下の要素技術の開発を数値解析と実験により行う．
①自然流入風下で運転制御する風力発電システムの数値解析モデルの構築と解析モデルの妥当性検証．②制御対象とする小型風車実験システムの設計・製作とこれを用いた実証実験．③風車への瞬時流入風速の推定方法の確立．④風車運転制御アルゴリズムの構築と有効性の確認．
平成26年度は，上記項目の内の①,②,④を実施した。
項目①に関しては，流体-構造連成解析における風車タワーモデルの構築・改善を図ると共にロータ翼とタワーの接続につき検討を加えた．この結果，解析モデルの妥当性に改善が見られた．また，ロータ周り流れ場の解析モデルにおいてロータ後流の取扱いを改善（ハイブリッド後流モデルの採用）することにより解析時間の大幅な短縮を実現した．疲労負荷解析においては，風車運転実時間を最低10分間実現することが必要であり，計算時間の短縮は非常に有益である．
項目②に関しては，小型風車実験を屋外で実施するための実験システムを構築し，予備実験を実施した．具体的には，風車装置・風速計の屋外計測システムならびに支持システムを構築し，長時間（12時間）の連続計測を行った．
項目④に関しては，PID制御に基づく翼ピッチ角の制御アルゴリズムを試作し，出力変動の低減効果を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度に実施を予定していた項目につき，研究実績の概要に示した通り，おおむねその内容を達成できた．
項目①の数値解析モデルの構築に関しては，タワーモデルの改善と計算負荷の軽減が図られた．電力系モデルについては，小型風車を対象とした可変速運転に関してモデル化を行い，一定の成果を得た．
項目②の小型風車実験システムに関しては，制御・計測系におけるノイズ対策に手間取ったが屋外実験システムを構築し予備実験を実施した．
項目③の瞬時流入風速推定に関しては，既に平成25年度に推定システムを構築しており，平成27年度に妥当性の検証実験を実施予定である．
項目④の制御アルゴリズム構築に関しては，PID制御に関して概ね構築できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は，当初の研究計画・方法に則り，以下の研究項目を実施する予定である．
数値解析に関しては，流体系-構造系-電力系の連成解析モデルを完成させ，構築した制御アルゴリズム，瞬時流入風速推定アルゴリズムと結合することにより，出力変動と構造系負荷変動の低減効果を主に数値実験により確認する．
モデル実験に関しては平成26年度に構築した実験モデルを使用して翼ピッチ角制御ならびに回転速度制御を伴う検証実験を行い，連成解析モデル，瞬時流入風速推定アルゴリズムならびに制御アルゴリズムの妥当性を検証する．
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| Causes of Carryover |
平成25年度に購入した二次元超音波風向風速計は，当初に予定した機種と同等以上の性能を有し，一方で金額が大幅に低下した。また，解析用パーソナルコンピュータは．当該予算とは別の予算にて購入することができたた．その結果，平成25年度支出額が当初予定よりも大幅に減額され，平成26年度の所要額が増額された．一方，平成26年度は当初計画通りの予算執行であったため，上記の通りに次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，今年度助成金と併せることにより，主に解析用ワークステーションの追加購入ならびに実験用システムの消耗品購入に当てる予定である．これにより，数値解析の実施環境が改善すると共に，実験用システムの改良・改善に繋がるものと期待する．
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