JP2010079685A - 風車構造体の応力解析装置及び応力解析プログラム並びに風力発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】運転環境に関するパラメータに基づいて、風車構造体に設定された所定の荷重観測箇所における荷重時系列データを作成する荷重データ作成部21と、荷重時系列データに基づいて、風車構造体に設定されている少なくとも1つの解析対象箇所における応力時系列データを作成する応力解析部22とを具備する風車構造体の応力解析装置3を提供する。
【選択図】図3
Description
このような風力発電システムにおいては、例えば、風況に応じて所定の発電機回転速度と出力を得るようにブレードピッチ角度を制御している。また、例えば、特許文献1には、各ブレードに流入する風の迎角並びに風力発電装置の各部に働く荷重等を算出し、この荷重変動を低減させるべく各ブレードのピッチ角を個別に制御する技術が開示されている。
本発明は、運転環境に関するパラメータに基づいて、風車構造体に設定された所定の荷重観測箇所における荷重時系列データを作成する荷重データ作成手段と、前記荷重時系列データに基づいて、前記風車構造体に設定されている少なくとも1つの解析対象箇所における応力時系列データを作成する応力解析手段とを具備する風車構造体の応力解析装置を提供する。
上記運転環境に関するパラメータとは、例えば、風速、風向、荷重等であり、少なくとも荷重を取得するために必要となるパラメータを含むものとする。また、この運転環境に関するパラメータは荷重センサにより計測される荷重データ自体であってもよい。
荷重観測箇所及び解析対象箇所は風車構造体に任意に設定することが可能である。荷重観測箇所は、例えば、上記運転環境に関するパラメータが計測される箇所に設定されることが好ましい。また、解析対象箇所は、風車の応力解析を詳細に行うために、風車構造体のいたるところに多数設定されることが好ましい。
なお、基本成分は、例えば、x、y、zの3成分である。また、解析対象箇所に応じて予め損傷を受けやすい方向、例えば、亀裂が入りやすい方向等が予め分かっている場合には、上記3成分全ての成分を用いずとも、その方向に関係する成分の荷重時系列データのみを用いて上記第1主応力時系列データ、第2応力時系列データを作成することとしてもよい。
図1は、本実施形態に係る風力発電システムの概略構成を示したブロック図である。
図1に示されるように風力発電システム1は、3枚のブレード11と、ナセル12と、ナセル12に3枚のブレード11を取り付けるロータヘッド13と、ナセル12を支持する支柱14とを有する風車構造体2を備えている。なお、本実施形態においては、3枚のブレードを有する場合を例示するが、ブレードの枚数については特に制限されない。
また、荷重は、例えば、風向、風速、出力等のパラメータから算出することが可能である。例えば、荷重の計測に用いられるパラメータと運転環境に関するパラメータとは、独立したものとして取り扱われる。
上記荷重変換テーブルは、荷重観測箇所における荷重時系列データから各解析対象箇所における荷重時系列データをそれぞれ得るための変換テーブルであり、例えば、所定の条件下における荷重観測箇所及び解析対象箇所における荷重を実際に計測し、この計測結果を比較することで作成される。このように、変換テーブルを有していることにより、荷重観測箇所における荷重時系列データから多数の解析対象箇所における荷重時系列データを容易に推定することが可能となる。
図6に、x成分における応力時系列データの一例を示す。図6に示されるように、応力時系列データは、横軸に時間、縦軸に応力を示したものである。
具体的には、図8に示すように、第1主応力時系列データにおいて、各時刻t1、t2,tmにおける主応力方向は異なる。例えば、時刻t1の主応力方向はv1、時刻t2における主応力方向はv2、時刻tmにおける主応力方向はvm等のように、主応力方向は各時刻における各基本成分の応力時系列データに応じて変化する。従って、本処理では、このように時事刻々と変化する主応力方向のうち、最大主応力を示している時刻の主応力方向を指定応力方向として特定するか、予め設定した方向成分に換算する。
そして、累積応力が劣化基準値を超えている解析対象箇所が存在していた場合には、その旨を通知する(図4のステップSA10)。例えば、遠隔に設置されている風力発電装置の制御室に設置されている表示装置に表示する、非常用のランプを点灯させる等の種々の方法により、その旨をオペレータ等に通知するとともに、運転制御装置18に対してその旨を示す信号を出力する。これにより、運転制御装置18においては、風力発電装置の運転を停止する等の緊急措置がとられる。これにより、経年劣化による風車構造体の故障を未然に防止することが可能となる。
2 風車構造体
3 応力解析装置
11 ブレード
12 ナセル
13 ロータヘッド
15 主軸
17 発電機
18 運転制御装置
105 風向・風速計
106 ピッチセンサ
Claims (5)
- 運転環境に関するパラメータに基づいて、風車構造体に設定された所定の荷重観測箇所における荷重時系列データを作成する荷重データ作成手段と、
前記荷重時系列データに基づいて、前記風車構造体に設定されている少なくとも1つの解析対象箇所における応力時系列データを作成する応力解析手段と
を具備する風車構造体の応力解析装置。 - 前記荷重データ作成手段は、前記解析対象箇所に対応付けられている荷重変換テーブルを用いて、前記荷重観測箇所の荷重時系列データから前記解析対象箇所における各基本成分の荷重時系列データをそれぞれ作成し、
前記応力解析手段は、
前記解析対象箇所における単位荷重作用時の各基本成分の構造応答と各基本成分の荷重時系列データとに基づいて、前記解析対象箇所に作用する各基本成分の応力時系列データを求め、
各基本成分の前記応力時系列データから各時刻における主応力方向に対する応力値を示す第1主応力時系列データを求め、
前記第1主応力時系列データのうち、最大主応力を示した時刻における主応力方向を指定方向として特定し、
各基本成分の前記応力時系列データから各時刻における前記指定方向に対する応力値を示す第2応力時系列データを作成する請求項1に記載の風車構造体の応力解析装置。 - 応力解析手段は、前記解析対象箇所毎の前記第2主応力時系列データから累積応力を求め、この累積応力が予め設定されている劣化基準値を超えるか否かを判定し、累積応力が該劣化基準値を超える解析対象箇所が存在した場合に、その旨を通知する通知手段を備える請求項2に記載の風車構造体の応力解析装置。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の風車構造体の応力解析装置と、
風力発電装置の運転制御を行う運転制御装置と
を備え、
前記応力解析装置は前記応力の情報を前記運転制御装置にフィードバックし、
前記運転制御装置は、該応力の情報に基づいて前記風力発電装置の運転制御を行う風力発電システム。 - 運転環境に関するパラメータに基づいて、風車構造体に設定された所定の荷重観測箇所における荷重時系列データを作成する荷重データ作成処理と、
前記荷重時系列データに基づいて、前記風車構造体に設定されている少なくとも1つの解析対象箇所における応力時系列データを作成する応力解析処理と
をコンピュータに実行させるための風車構造体の応力解析プログラム。
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