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公開番号2024077819
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-10
出願番号2022190001
出願日2022-11-29
発明の名称風力発電設備用の異常診断システム及び異常診断方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F03D 17/00 20160101AFI20240603BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】風力発電設備の稼働率の低下を抑制することを可能とする風力発電装置用の異常診断システムを提供する。
【解決手段】風力発電設備の異常診断を行うための風力発電設備用の異常診断システムであって、風力発電設備における風車ロータの回転軸線に対して風向がなす角度を風向偏差と定義すると、風力発電設備は、風向偏差の絶対値を減少させるようにナセルを旋回させるよう構成されており、異常診断システムは、所定期間におけるナセルの旋回量の積算値及び旋回回数のうち少なくとも一方に基づいて、風力発電設備の風向計の異常診断を行うように構成される。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
風力発電設備の異常診断を行うための風力発電設備用の異常診断システムであって、
前記風力発電設備における風車ロータの回転軸線に対して風向がなす角度を風向偏差と定義すると、前記風力発電設備は、前記風向偏差の絶対値を減少させるようにナセルを旋回させるよう構成されており、
前記異常診断システムは、所定期間におけるナセルの旋回量の積算値及び旋回回数のうち少なくとも一方に基づいて、前記風力発電設備の風向計の異常診断を行うように構成された、風力発電設備用の異常診断システム。
続きを表示（約 3,000 文字）【請求項２】
前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さい場合に、前記風向計を正常と診断するように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
【請求項３】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の運転を停止させるように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｂ）前記風向偏差が所定時間以上変化しない。
（ｃ）前記風力発電設備における気温の計測値が水の凝固点を示す温度以下である。
【請求項４】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の風向計及び気温計のメンテナンスを推奨するための通知を発信するように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｂ）前記風向偏差が所定時間以上変化しない。
（ｄ）前記風力発電設備における気温の計測値が水の凝固点を示す温度以下でない。
【請求項５】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の運転を停止させるように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｂ）前記風向偏差が所定時間以上変化しない。
（ｄ）前記風力発電設備における気温の計測値が水の凝固点を示す温度以下でない。
【請求項６】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）及び（ｅ）を満たし且つ条件（ｆ）を満たさない場合に、前記風向計のメンテナンスを推奨するための通知を発信するように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｅ）前記風向偏差が所定時間以内に変化する。
（ｆ）前記風向偏差が所定時間以内にプラスの値とマイナスの値の両方をとる。
【請求項７】
前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さい場合に、前記風力発電設備を通常運転モードで運転させ、
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の風車翼に作用する風荷重を前記通常運転モードよりも抑制する運転モードで前記風力発電設備を運転させるように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｅ）前記風向偏差が所定時間以内に変化する。
（ｆ）前記風向偏差が所定時間以内にプラスの値とマイナスの値の両方をとる。
（ｇ）前記異常診断システムは、前記風向計によって計測した風向を特定の風向と照合し、前記風向計によって計測した風向と特定の風向とが一致する。
【請求項８】
前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さい場合に、前記風力発電設備を通常運転モードで運転させ、
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）及び（ｉ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の風車翼に作用する風荷重を前記通常運転モードよりも抑制する運転モードで前記風力発電設備を運転させるように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｅ）前記風向偏差が所定時間以内に変化する。
（ｆ）前記風向偏差が所定時間以内にプラスの値とマイナスの値の両方をとる。
（ｈ）前記異常診断システムは、前記風向計を用いて計測した風向を特定の風向と照合し、前記風向計を用いて計測した風向と特定の風向とが一致しない。
（ｉ）前記風力発電設備の風速計によって計測した風速に基づいて算出される風速の乱れの強さが第３閾値以上である。
【請求項９】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）及び（ｊ）の全てを満たす場合に、前記風向計のメンテナンスを推奨するための通知を発信するように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｅ）前記風向偏差が所定時間以内に変化する。
（ｆ）前記風向偏差が所定時間以内にプラスの値とマイナスの値の両方をとる。
（ｈ）前記異常診断システムは、前記風向計を用いて計測した風向を特定の風向と照合し、前記風向計を用いて計測した風向と特定の風向とが一致しない。
（ｊ）前記風力発電設備の風速計によって計測した風速に基づいて算出される風速の乱れの強さが第３閾値以上でない。
【請求項１０】
前記異常診断システムは、以下の条件（ａ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）及び（ｊ）の全てを満たす場合に、前記風力発電設備の運転を停止させるように構成された、請求項１に記載の風力発電設備用の異常診断システム。
（ａ）前記異常診断システムは、所定期間毎に前記ナセルのヨー旋回の旋回量の積算値を算出し、算出した前記積算値が第１閾値を超える頻度が第２閾値より小さくない。
（ｅ）前記風向偏差が所定時間以内に変化する。
（ｆ）前記風向偏差が所定時間以内にプラスの値とマイナスの値の両方をとる。
（ｈ）前記異常診断システムは、前記風向計を用いて計測した風向を特定の風向と照合し、前記風向計を用いて計測した風向と特定の風向とが一致しない。
（ｊ）前記風力発電設備の風速計によって計測した風速に基づいて算出される風速の乱れの強さが第３閾値以上でない。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、風力発電設備用の異常診断システム及び異常診断方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、風力発電設備における風向計のシャフトをモータによって強制的に駆動させてシャフトの駆動に必要なトルクを検出し、トルクの検出値に基づいて風向計の着氷の有無を判定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４‐１６３２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の風力発電設備では、風向計の異常を検出するため専用のモータが必要であり、風力発電設備の構成が複雑化して高コスト化を招く。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、簡素な構成で風力発電設備の風向計の異常を診断することが可能な風力発電装置用の異常診断システム及び異常診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備用の異常診断システムは、
風力発電設備の異常診断を行うための風力発電設備用の異常診断システムであって、
前記風力発電設備における風車ロータの回転軸線に対して風向がなす角度を風向偏差と定義すると、前記風力発電設備は、前記風向偏差の絶対値を減少させるようにナセルを旋回させるよう構成されており、
前記異常診断システムは、所定期間におけるナセルの旋回量の積算値及び旋回回数のうち少なくとも一方に基づいて、前記風力発電設備の風向計の異常診断を行うように構成される。
【０００７】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の異常診断方法は、
前記風力発電設備における風車ロータの回転軸線に対して風向がなす角度を風向偏差と定義すると、前記風力発電設備は、前記風向偏差の絶対値を減少させるようにナセルを旋回させるよう構成されており、
前記異常診断方法は、所定期間におけるナセルの旋回量の積算値及び旋回回数のうち少なくとも一方に基づいて、前記風力発電設備の風向計の異常診断を行うステップを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、簡素な構成で風力発電設備の風向計の異常を診断することが可能な風力発電装置用の異常診断システム及び異常診断方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の異常診断システムによる異常診断の対象である風力発電設備の構成の一例を説明するための図である。
図１に示した風力発電設備１の異常診断を行うための異常診断システム４０のハードウェア構成の一例を示す図である。
図２に示した異常診断システム４０の機能的な構成を説明するためのブロック図である。
図２及び図３に示した異常診断システム４０による異常診断のフローの一部を示す図である。
図４に示した異常診断のフローの続きの一部を示す図である。
図５に示した異常診断のフローの続きの一部を示す図である。
風向計の回転部の固着に起因する風向追従制御の異常を説明するため図である。
平均風速と乱れ強さの閾値Ｉｔｔｈとの関係の一例を示す図である。
風向偏差Δαを説明するための図である。
通常運転モードと荷重抑制モードの各々について風速と目標出力との関係の一例を示す図である。
通常運転モードと荷重抑制モードの各々について発電機１１の出力と目標翼ピッチ角度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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