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公開番号2025044492
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152086
出願日2023-09-20
発明の名称監視装置、風力発電システムおよび監視方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類F03D 17/00 20160101AFI20250326BHJP(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】風向風速計を搭載した2基以上の風力発電装置を含む風力発電サイトにおける風向風速計の異常判定を可能とする。
【解決手段】監視装置100は、風向計および風速計を備える複数の風車から、風向および風速を含む風車の稼働情報を取得する稼働情報収集部111と、診断対象である風向計および前記風速計を備える風車である診断対象風車の周辺にある基準風車の稼働情報を基に、当該診断対象風車における風向および風速を予測する予測部113と、予測された風向および風速と、診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速とを基に、当該予測された風向および風速と、当該診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速との差の大きさを示す異常度を算出する異常判定部114と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
風向計および風速計を備える複数の風車から、風向および風速を含む前記風車の稼働情報を取得する稼働情報収集部と、
診断対象である前記風向計および前記風速計を備える風車である診断対象風車の周辺にある基準風車の稼働情報を基に、当該診断対象風車における風向および風速を予測する予測部と、
予測された風向および風速と、前記診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速とを基に、当該予測された風向および風速と、当該診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速との差の大きさを示す異常度を算出する異常判定部と、を備える
監視装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記予測部は、
前記基準風車の稼働情報を説明変数とし、前記診断対象風車における風向または風速を目的変数とする機械学習モデルを用いて、当該診断対象風車における風向および風速を予測する
請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記機械学習モデルの説明変数に含まれる稼働情報に係る基準風車が異常の場合に、当該基準風車の稼働情報を除外した稼働情報を説明変数とする機械学習モデルを生成する予測モデル生成部を備え、
前記予測部は、
生成された機械学習モデルを用いて、前記診断対象風車における風向および風速を予測する
請求項２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記機械学習モデルは、
前記説明変数となる稼働情報に含まれる風向の範囲ごとに複数の予測モデルを含んで構成される
請求項２に記載の監視装置。
【請求項５】
前記機械学習モデルは、
前記目的変数となる風速が、前記診断対象風車のカットインおよびカットアウトの間である学習データを用いて生成された機械学習モデルである
請求項２に記載の監視装置。
【請求項６】
前記機械学習モデルは、
前記診断対象風車における風向が、所定の範囲内の風向である学習データを用いて生成された機械学習モデルである
請求項２に記載の監視装置。
【請求項７】
前記診断対象風車の異常度が所定値を超えた場合に、予測された風向および風速を当該診断対象風車に繰り返し送信する風向風速送信部を備える
請求項１に記載の監視装置。
【請求項８】
前記診断対象風車の異常度が所定値を超えた場合に、当該診断対象風車の制御を変更する指令を当該診断対象風車に送信する制御変更指令送信部を備える
請求項１に記載の監視装置。
【請求項９】
前記制御変更指令送信部は、
前記診断対象風車の異常度が所定値を超えた後、当該診断対象風車の異常度が所定値を下回った場合に、当該診断対象風車の制御変更を元に戻す指令を当該診断対象風車に送信する
請求項８に記載の監視装置。
【請求項１０】
風車に備わる風車制御装置および監視装置を含んで構成され、
前記風車制御装置は、風車制御部を備え、
前記監視装置は、
風向計および風速計を備える複数の風車から、風向および風速を含む前記風車の稼働情報を取得する稼働情報収集部と、
診断対象である前記風向計および前記風速計を備える風車である診断対象風車の周辺にある基準風車の稼働情報を基に、当該診断対象風車における風向および風速を繰り返し予測する予測部と、
予測された風向および風速と、前記診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速とを基に、当該予測された風向および風速と、当該診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速との差の大きさを示す異常度を算出する異常判定部と、
前記診断対象風車の異常度が所定値を超えた場合に、当該診断対象風車の制御を変更する指令を当該診断対象風車に送信する制御変更指令送信部と、を備え、
前記診断対象風車に備わる風車制御部は、
前記制御を変更する指令を受信した場合に、前記風車の制御を変更する
風力発電システム。
（【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】
本発明は、風力発電設備に備わる風向風速計を監視する監視装置、風力発電システムおよび監視方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電設備（風車）は、支柱上に設置されたナセルに回転翼を取り付けたロータと、ロータ軸に連結した発電機とを備える。風力発電設備は、風の力を利用してロータを回転させることにより発電機で発電を行う。
【０００３】
風車に備わる制御装置（風車制御装置）は、風向計で風向を計測し、回転翼を常に風に対面するようにして、回転翼が最大限の風力を受けるようにナセルの向きを制御する（ヨー制御）。また制御装置は、ナセルの向きと風向差であるヨー誤差が過大となる異常を検知し、回転翼が安全に停止するように制御する。さらに制御装置は、ナセル上に設置された風速計で風速を計測し、暴風などによる風車の損傷を守るため、過大な風速時にヨー制御を解放して風車に過大な荷重が掛からないように制御を行う。
【０００４】
このように風車の制御において、風向を測定する風向計および風速を測定する風速計は、風車の安全で安定した稼働に重要である。このため風向計や風速計に異常が発生した場合には、早期にこれを検知し安全に風車を停止する必要がある。なお風向計および風速計には一体となったものがあるが、これらを総称して風向風速計と記す。
【０００５】
風向風速計の異常を検知する方法として特許文献１に記載の、風向／風速計によって得た風速データが所定の値以下の無風状態が所定時間以上継続した場合に、前記所定時間内における風向データにおける風向変化回数から風向／風速計の異常を判定し、異常警報を出力することを特徴とする風向／風速計の異常判定方式が提案されている。
【０００６】
また特許文献２に記載の、少なくとも一つの風車を含む風力設備の稼働状態を評価するための稼働状態評価方法であって、前記風力設備、又は、前記少なくとも一つの風車に関する稼働条件を取得する工程と、前記少なくとも一つの風車に関する実測可能な物理量について、前記稼働条件に対応する推定値を求める工程と、前記物理量に対応する実測値を取得する工程と、前記推定値と前記実測値とを比較することにより、前記少なくとも一つの風車における異常の有無を判定する工程と、を備える稼働状態評価方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平１１－０７２５０２号公報
特開２０２０－１３３６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の風向／風速計の異常判定方式では、風速については一定の数値が連続するなど無風状態の有無により異常を判定している。このため例えば、風速値に変動があり風速にオフセットが含まれる異常を判定することができない。また風向について風向変化数による異常判定では、例えば風向にオフセットが含まれ変化数が同じ異常を判定できない。また特許文献２記載の稼働状態評価方法は、風車全体に対する稼働状態の診断に関するものであり、風向風速計の異常診断を考慮していない。
【０００９】
風車の安全で安定した稼働には風向および風速を正しく測定する必要があり、風向風速計の異常を早期に検出することが求められる。風向および風速の条件が限定されず、風向風速計の異常を正確に判定することが求められている。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、風向風速計を搭載した２基以上の風力発電装置を含む風力発電サイトにおける風向風速計の異常判定を可能とする監視装置、風力発電システムおよび監視方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するため、本発明に係る監視装置は、風向計および風速計を備える複数の風車から、風向および風速を含む前記風車の稼働情報を取得する稼働情報収集部と、診断対象である前記風向計および前記風速計を備える風車である診断対象風車の周辺にある基準風車の稼働情報を基に、当該診断対象風車における風向および風速を予測する予測部と、予測された風向および風速と、前記診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速とを基に、当該予測された風向および風速と、当該診断対象風車の稼働情報に含まれる風向および風速との差の大きさを示す異常度を算出する異常判定部と、を備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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