JP4241644B2 - Wind turbine operation control device, method and program thereof - Google Patents

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Description

本発明は、風車の運転制御装置に係り、特に、疲労寿命が考慮される風車の運転制御装置に関するものである。   The present invention relates to a wind turbine operation control device, and more particularly to a wind turbine operation control device in which fatigue life is considered.

従来、風力発電装置の荷重設計では、暴風時のような一時的な最大荷重に耐えるための設計の他に、通常の運転状態で風力発電装置各部に作用する荷重の変動に対処することができる疲労設計が重要である。
その荷重の変動は、一般的に風の変動の大小に対応して増減する。風の変動の大小を表す主要なパラメータとして、風速の乱れ強度が存在する。この乱れ強度は、風力発電装置の建設地の気象条件と地形条件により大きく変動する。このような風の変動を受ける風力発電装置の設計には、疲労寿命の点で厳しい設計条件が過度に要求される。 Conventionally, the load design of a wind turbine generator can cope with fluctuations in the load acting on each part of the wind turbine generator in a normal operation state in addition to a design for withstanding a temporary maximum load such as during a storm. Fatigue design is important.
The load fluctuation generally increases or decreases in accordance with the magnitude of the wind fluctuation. Turbulence intensity of wind speed exists as a main parameter representing the magnitude of wind fluctuation. This turbulence intensity varies greatly depending on the weather conditions and topographic conditions of the construction site of the wind turbine generator. The design of a wind turbine generator that is subject to such wind fluctuations requires excessively strict design conditions in terms of fatigue life.

風力発電装置の設計では、建設地点毎に異なる荷重条件で設計を変更することは、必ずしも合理的ではなく、風の条件の厳しさを分類する幾つかのクラス毎に算出される荷重に耐えるように設計を変更することが一般的に行われる。風力発電装置の機種選択には制約があり、建設地点の風の条件が厳しい場合には、それより緩い条件で設計された風力発電装置を建設したいという要望が出る場合がある。このような要望がある場合でも、強度設計のような物理的設計を変更しないことが求められる。   When designing wind turbine generators, it is not always reasonable to change the design under different load conditions at each construction site, so that it can withstand loads calculated for several classes that classify the severity of wind conditions. It is common practice to change the design. There are restrictions on the choice of wind turbine generator model, and if the wind conditions at the construction site are severe, there may be a desire to construct a wind turbine generator designed under a looser condition. Even when there is such a demand, it is required not to change the physical design such as the strength design.

このような課題に対して、例えば、特開２００４−０６０４７７号公報（特許文献１）には、以下のような風力発電装置が開示されている。
上記特許文献１には、風力発電装置の運転ルールを作成する運転ルール作成器と、運転ルールに基づいて風力発電装置の運転を制御する運転制御器とを備える風力発電装置が開示されている。ここで、上記運転ルールは、風力発電装置に向かう風の乱れ強度と風力発電装置の運転状態との対応関係である。その対応関係として、例えば、乱れ強度が一定値以上であれば、運転を完全に停止することが好適に事例されている。 In response to such a problem, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-060477 (Patent Document 1) discloses the following wind power generator.
Patent Document 1 discloses a wind power generator including an operation rule creator that creates an operation rule for a wind power generator and an operation controller that controls the operation of the wind power generator based on the operation rule. Here, the operation rule is a correspondence relationship between the turbulence intensity of the wind toward the wind power generator and the operating state of the wind power generator. As the correspondence relationship, for example, if the turbulence intensity is equal to or higher than a certain value, it has been suitably exemplified that the operation is completely stopped.

風力発電装置の運転時における変動荷重は、主に、風力発電装置のブレードが受ける風荷重が風の変動に対応して変動し、風力発電装置の各部分に伝達される。その変動荷重の大きさは、風の乱れ強度に強く依存する。ここで、風力発電装置の寿命は、乱れ強度に顕著に依存している。そこで、乱れ強度が大きい領域では、出力を低下させ、又は、運転を停止するような人為的ルールに基づいて制御を行うことにより、風力発電装置に作用する変動荷重を小さくし、疲労寿命の短縮を防止している。
特開２００４−０６０４７７号公報 The fluctuating load during operation of the wind turbine generator is mainly transmitted to each part of the wind turbine generator as the wind load received by the blades of the wind turbine generator fluctuates in response to the wind fluctuation. The magnitude of the fluctuating load strongly depends on the wind turbulence intensity. Here, the lifetime of the wind turbine generator remarkably depends on the turbulence intensity. Therefore, in areas where the turbulence intensity is high, control is performed based on artificial rules that reduce the output or stop the operation, thereby reducing the fluctuating load acting on the wind turbine generator and shortening the fatigue life. Is preventing.
JP 2004-060477 A

しかしながら、風力発電装置の疲労劣化の要因においては、風速乱れ強度以外にも様々な要因があり、風速の乱れ強度のみに基づいての運転制御では、最適化制御が十分に行えないなどの問題があった。   However, there are various factors other than the wind speed turbulence intensity in the factors of fatigue degradation of the wind turbine generator, and there is a problem that the optimization control cannot be sufficiently performed in the operation control based only on the wind speed turbulence intensity. there were.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、風車の疲労劣化度に応じた最適な運転制御を実現することにより、要求される風車の疲労寿命を最大限に利用して運転し、風車の稼働率を向上させることのできる風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem. By realizing optimal operation control in accordance with the degree of fatigue deterioration of the windmill, the present invention can be operated by making the most of the required fatigue life of the windmill. An object of the present invention is to provide a wind turbine operation control device, method and program for improving the operating rate of the wind turbine.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールと、前記風車の現在の疲労劣化度を演算する疲労劣化演算手段と、前記疲労劣化演算手段により演算された前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転を制御する運転制御手段とを具備する風車の運転制御装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention relates to the accumulated operating time of the wind turbine and the fatigue of the wind turbine so that the fatigue degradation during the fatigue life of the wind turbine is the optimum critical fatigue degradation set to a value smaller than the critical fatigue degradation of the wind turbine . A fatigue deterioration schedule associated with the degree of labor deterioration, a fatigue deterioration calculating means for calculating a current fatigue deterioration degree of the windmill, a fatigue deterioration degree of the windmill calculated by the fatigue deterioration calculating means, and the fatigue Provided is a wind turbine operation control device comprising operation control means for controlling the operation of the wind turbine in accordance with the relationship with the optimum fatigue deterioration level, which is the fatigue deterioration level corresponding to the current cumulative operation time acquired from the deterioration schedule. To do.

上記構成によれば、疲労劣化スケジュールには、風車の運転累積時間と風車の最適な疲労劣化度とが対応付けられている。この疲労劣化スケジュールは、例えば、風車の疲労寿命及び疲労寿命時における最適疲労劣化度に基づいて作成される。ここで、疲労寿命時における最適疲労劣化度は、適宜設定することが可能であり、例えば、風車の疲労破損を意味する限界疲労劣化度に所定の係数（例えば、0.9など）を乗じた値に設定することが可能である。   According to the above configuration, the fatigue degradation schedule is associated with the accumulated operation time of the windmill and the optimum fatigue degradation degree of the windmill. This fatigue deterioration schedule is created based on, for example, the fatigue life of the windmill and the optimum fatigue deterioration level at the time of the fatigue life. Here, the optimum degree of fatigue deterioration at the time of fatigue life can be set as appropriate. For example, a value obtained by multiplying a limit fatigue deterioration degree, which means fatigue failure of a wind turbine, by a predetermined coefficient (for example, 0.9). It is possible to set.

この疲労劣化スケジュールは、例えば、横軸に風車の運転累積時間が、縦軸に風車の疲労劣化度が示された座標系において、風車の寿命とそのときの最適疲労劣化度とで特定される点をプロットし、この点と原点とを結ぶ直線で表される。そして、このような疲労劣化スケジュールから取得された現在の最適疲労劣化度と、演算にて得られた現在の風車の疲労劣化度との関係に応じて、運転制御手段により、風車の制御が実施される。   The fatigue deterioration schedule is specified by, for example, the life of the windmill and the optimum fatigue deterioration level at that time in a coordinate system in which the horizontal axis indicates the accumulated operation time of the windmill and the vertical axis indicates the fatigue deterioration degree of the windmill. A point is plotted and represented by a straight line connecting this point and the origin. Then, according to the relationship between the current optimum fatigue degradation degree obtained from such a fatigue degradation schedule and the current fatigue degradation degree of the windmill obtained by calculation, the wind turbine is controlled by the operation control means. Is done.

この場合において、上記疲労劣化度は、風の乱れ強度だけでなく、その他の様々な要因が風車に作用した結果、現れる評価値といえるため、この疲労劣化度に応じた運転制御を行うことにより、風車の状態が高い精度で反映された好適な運転制御を行うことが可能となる。   In this case, the degree of fatigue deterioration is an evaluation value that appears as a result of not only the wind turbulence intensity but also various other factors acting on the wind turbine, and therefore by performing operation control according to the degree of fatigue deterioration. Thus, it is possible to perform suitable operation control in which the state of the windmill is reflected with high accuracy.

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が前記疲労劣化スケジュールに沿うように、前記風車の運転を制御すると良い。   In the wind turbine operation control device described above, the operation control means may control the operation of the wind turbine so that the current fatigue deterioration degree is in accordance with the fatigue deterioration schedule.

上記構成によれば、風車の疲労劣化度を疲労劣化スケジュールに沿わせるような風車の運転制御が実施されるため、風車の疲労劣化の状況に応じた最適な運転制御が実現されることとなる。   According to the above configuration, since the wind turbine operation control is performed so that the degree of fatigue deterioration of the windmill is in accordance with the fatigue degradation schedule, optimal operation control according to the state of fatigue degradation of the windmill is realized. .

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が前記最適疲労劣化度よりも小さく設定されている通常運転下限劣化度以下であった場合には、通常運転時よりも運転条件の制約が緩められている緩和運転条件に基づいて、前記風車の運転制御を行うと良い。   In the wind turbine operation control apparatus described above, the operation control means performs normal operation when the current fatigue deterioration level is equal to or lower than the normal operation lower limit deterioration level set to be smaller than the optimum fatigue deterioration level. The operation control of the wind turbine may be performed based on the relaxed operation condition in which the restriction of the operation condition is relaxed more than the time.

上記構成によれば、現在の疲労劣化度が最適疲労劣化度よりも小さく設定されている通常運転下限劣化度以下の場合には、通常運転よりも運転条件の制約が緩められている緩和運転条件に基づいて風車の運転制御が行われることとなる。これにより、例えば、風車の運転停止を決定させる条件の一部を排除することとなるため、風車が停止される機会が減少し、風車の稼働率を向上させることが可能となる。   According to the above configuration, when the current fatigue deterioration level is equal to or lower than the normal operation lower limit deterioration level set to be smaller than the optimum fatigue deterioration level, the relaxed operation condition in which the operating condition is more relaxed than the normal operation The wind turbine operation control is performed based on the above. Accordingly, for example, part of the condition for determining the operation stop of the windmill is eliminated, so that the opportunity for the windmill to be stopped is reduced and the operating rate of the windmill can be improved.

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記最適疲労劣化度よりも大きく設定されている通常運転上限劣化度を超えていた場合には、通常運転時よりも運転条件の制約が厳しく設定されている厳格運転条件に基づいて、前記風車の運転制御を行うと良い。   In the wind turbine operation control device described above, the operation control unit is configured to perform normal operation when the current fatigue deterioration level exceeds a normal operation upper limit deterioration level set larger than the optimum fatigue deterioration level. The operation control of the wind turbine may be performed based on strict driving conditions in which the operating conditions are more strictly set than those during driving.

上記構成によれば、現在の疲労劣化度が、最適疲労劣化度よりも大きく設定されている通常運転上限劣化度を超えていた場合には、通常運転よりも運転条件の制約が厳しく設定されている厳格運転条件に基づいて、風車の運転制御が行われることとなる。これにより、疲労劣化度の増加を抑制することが可能となり、疲労劣化度を除々に最適疲労劣化度に近づけることが可能となる。   According to the above configuration, when the current fatigue deterioration degree exceeds the normal operation upper limit deterioration degree that is set to be larger than the optimum fatigue deterioration degree, the operating condition restrictions are set more severely than the normal operation. The wind turbine operation control is performed based on the strict driving conditions. As a result, it is possible to suppress an increase in the degree of fatigue deterioration, and the degree of fatigue deterioration can be gradually brought closer to the optimum degree of fatigue deterioration.

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記最適疲労劣化度よりも大きく設定されている最大疲労劣化度を超えていた場合には、外部に設けられた外部装置に対して、警告信号を送信すると良い。   In the wind turbine operation control apparatus described above, the operation control means externally outputs the fatigue degradation level when the current fatigue degradation level exceeds a maximum fatigue degradation level set larger than the optimum fatigue degradation level. A warning signal may be transmitted to the external device provided.

或いは、上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記通常運転上限劣化度よりも大きく設定されている前記最大疲労劣化度を超えていた場合には、外部に設けられた外部装置に対して、警告信号を送信すると良い。   Alternatively, in the wind turbine operation control device described above, the operation control means may be configured such that the current fatigue deterioration level exceeds the maximum fatigue deterioration level set larger than the normal operation upper limit deterioration level. May send a warning signal to an external device provided outside.

上記構成によれば、現在の風車の疲労劣化度が、風車の最大疲労劣化度を超えていた場合には、外部に設けられた外部装置に対して警告信号が送信されることとなる。このように、現在の風車の疲労劣化度が、最適疲労劣化度を大幅に超えた場合などには、外部装置に対して警告信号が発せられるため、この警告を受けた作業員などは、風車の疲労劣化状況などを慎重に吟味してから、風車の運転を停止するか否かを判断することが可能となる。   According to the above configuration, when the current fatigue degradation level of the windmill exceeds the maximum fatigue degradation level of the windmill, a warning signal is transmitted to an external device provided outside. In this way, when the fatigue degradation level of the current windmill greatly exceeds the optimum fatigue degradation level, a warning signal is issued to the external device. It is possible to judge whether or not to stop the operation of the windmill after carefully examining the fatigue deterioration status of the wind turbine.

これにより、センサなどの異常による見かけ上の疲労劣化なのか、或いは、実際に疲労劣化が進んでいるのかを再確認した後に、運転の停止を判断できるので、むやみに風車の運転が停止されることを回避でき、風車の稼働率を向上させることが可能となる。   As a result, it is possible to determine whether to stop driving after reconfirming whether it is apparent fatigue deterioration due to abnormality of the sensor or the like, or whether the fatigue deterioration is actually progressing, so the operation of the windmill is stopped unnecessarily. This can be avoided and the operating rate of the wind turbine can be improved.

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記風車の疲労破壊を意味する限界疲労劣化度以上であった場合は、前記風車の運転を停止させると良い。   In the wind turbine operation control apparatus described above, the operation control means stops the operation of the wind turbine when the current fatigue deterioration level is equal to or higher than a limit fatigue deterioration level that means fatigue failure of the wind turbine. And good.

上記構成によれば、現在の風車の疲労劣化度が、風車の劣化破損を意味する限界疲労劣化度に達した場合に、自動的に風車の運転が停止されることとなる。これにより、風車の疲労劣化が限界に達した場合には、それ以上の運転を回避させることが可能となる。   According to the above configuration, the wind turbine operation is automatically stopped when the current fatigue degradation level of the windmill reaches a limit fatigue degradation level, which means a degradation failure of the windmill. As a result, when the fatigue deterioration of the wind turbine reaches the limit, it is possible to avoid further operation.

上記記載の風車の運転制御装置において、前記運転制御手段は、風車ブレードのアジマス角または／及び風車各部に作用する荷重に応じて、各風車ブレードのピッチ角をそれぞれ個別に制御する独立ピッチ角制御、または、風車タワーの揺れを抑制させる制振制御に異常が発生した場合において、現在の前記疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールテーブルから取得した現在の最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転を制御すると良い。 In the wind turbine operation control device described above, the operation control means includes independent pitch angle control for individually controlling the pitch angle of each wind turbine blade according to the azimuth angle of the wind turbine blade or / and the load acting on each part of the wind turbine. Or, when an abnormality occurs in the vibration suppression control that suppresses the swing of the windmill tower , according to the relationship between the current fatigue deterioration degree and the current optimum fatigue deterioration degree acquired from the fatigue deterioration schedule table, It is preferable to control the operation of the windmill.

上記構成によれば、疲労劣化の低減を目的とした高機能制御に異常が発生した場合であっても、疲労劣化度に基づいて、風車の運転制御が行われることとなる。これにより、高機能制御の停止に伴って、風車が停止されることを回避することが可能となるので、風車の運転期間を長くすることができる。この結果、風車の稼働率を向上させることが可能となる。   According to the above configuration, even if an abnormality occurs in the high-function control for the purpose of reducing fatigue deterioration, the wind turbine operation control is performed based on the fatigue deterioration degree. Accordingly, it is possible to avoid the windmill from being stopped due to the stop of the high function control, so that the operation period of the windmill can be lengthened. As a result, the operating rate of the windmill can be improved.

ここで、高機能制御としては、例えば、風車ブレードのアジマス角や風車各部に作用する荷重に応じて、各風車ブレードのピッチ角をそれぞれ個別に制御する独立ピッチ角制御や、タワーの揺れを抑制させる制振制御などが挙げられる。   Here, as high-function control, for example, independent pitch angle control that individually controls the pitch angle of each wind turbine blade according to the azimuth angle of the wind turbine blade and the load acting on each part of the wind turbine, and suppression of tower shaking Vibration control to be performed.

本発明は、請求項１から請求項８のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置を備える風車を提供する。   The present invention provides a windmill comprising the windmill operation control device according to any one of claims 1 to 8.

本発明は、複数の風車と情報伝達媒体を介して接続され、各前記風車に対応して設けられ、前記風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールと、各前記風車における現在の疲労劣化度を演算する疲労劣化演算手段と、各前記風車の前記疲労劣化度と、各風車に対応する前記疲労劣化スケジュールから取得した現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度との関係に応じて、各前記風車の運転を制御する運転制御手段とを具備する風車の運転制御装置を提供する。 The present invention is connected to a plurality of wind turbines via an information transmission medium, provided corresponding to each of the wind turbines, the fatigue degradation degree at the fatigue life of the wind turbine is a value smaller than the limit fatigue degradation degree of the wind turbine A fatigue degradation schedule in which the accumulated operation time of the windmill and the fatigue degradation degree of the windmill are associated with each other so that the optimum limit fatigue degradation degree is set to Such deterioration calculation means, and the fatigue deterioration degree of each of the wind turbine, the relationship between the optimum fatigue deterioration degree is the fatigue schedule or we obtained fatigue degradation degree corresponding to the current operation cumulative time for each wind turbine Accordingly, there is provided a wind turbine operation control device comprising operation control means for controlling the operation of each wind turbine.

上記構成によれば、複数の風車と情報伝達媒体を介して接続され、この情報伝達媒体を介して送られてきた各風車のセンサ出力などに基づいて各風車の疲労劣化度を演算し、この疲労劣化度と最適疲労劣化度との関係に応じた各風車の運転制御が行われることとなる。これにより、各風車を一元制御することが可能となり、各風車の演算負荷を軽減させることが可能となる。   According to the above configuration, a plurality of windmills are connected via the information transmission medium, and the fatigue deterioration degree of each windmill is calculated based on the sensor output of each windmill sent via this information transmission medium. Operation control of each windmill according to the relationship between the fatigue deterioration degree and the optimum fatigue deterioration degree is performed. Thereby, it becomes possible to control each windmill centrally, and it becomes possible to reduce the calculation load of each windmill.

本発明は、風車の運転を制御する風車の運転制御方法であって、前記風車の疲労劣化度を演算する過程と、風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールから、現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度を取得する過程と、現在の前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転制御を行う過程とを具備する風車の運転制御方法を提供する。 The present invention is a wind turbine operation control method for controlling the operation of a wind turbine, wherein the process of calculating the fatigue degradation level of the wind turbine and the fatigue degradation level at the time of fatigue life of the wind turbine are greater than the limit fatigue degradation level of the wind turbine. so that the set optimal limit fatigue degree is small value, the fatigue degradation schedule and fatigue deterioration degree is associated the the operation cumulative time of wind turbine windmill, corresponding to the current operation cumulative time a step of obtaining the optimum fatigue deterioration degree is fatigue degradation degree, and the fatigue deterioration of the current wind turbines, the depending on the relationship between optimum fatigue degradation degree fatigue degradation scheduled or we obtained, the operation control of the wind turbine And a method for controlling the operation of the wind turbine.

本発明は、風車の運転を制御するための風車の運転制御プログラムであって、前記風車の疲労劣化度を演算するステップと、前記風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールから、現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度を取得するステップと、現在の前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転制御を行うステップとをコンピュータシステムに実行させるための風車の運転制御プログラムを提供する。 The present invention is a wind turbine operation control program for controlling the operation of a wind turbine, the step of calculating the fatigue degradation level of the wind turbine, and the fatigue degradation level at the fatigue life of the wind turbine is a critical fatigue of the wind turbine so as to optimize the limit fatigue degradation level set to a value smaller than the degree of deterioration, the fatigue degradation schedule and fatigue deterioration degree is associated the the operation cumulative time of wind turbine windmill, current operating cumulative time depending on the relationship acquiring optimum fatigue deterioration degree is fatigue degradation degree corresponding, and fatigue deterioration degree of the current of the wind turbine, the optimum fatigue deterioration degree obtained the fatigue schedule or et al., the wind turbine A wind turbine operation control program for causing a computer system to execute the step of performing the operation control is provided.

本発明の風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラムによれば、風車の疲労劣化度に応じた最適な運転制御を実現することにより、要求される風車の疲労寿命を最大限に利用して運転することが可能となるので、風車の稼働率を大幅に向上させることができるという効果を奏する。   According to the wind turbine operation control apparatus, method and program thereof of the present invention, the optimum operation control according to the degree of fatigue degradation of the wind turbine is realized, thereby making the operation utilizing the required fatigue life of the wind turbine to the maximum. As a result, it is possible to greatly improve the operating rate of the windmill.

以下に、本発明に係る風車の運転制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る風車の運転制御装置が適用された風車の主要構成部分の概略を示した図である。
図１において、風車１は、電気的接続機構２を介してその運転制御装置３に接続している。風車１は、風車塔（図示略）に、支持されるナセル４と、ハブ５と、ハブ５と同体に回転しナセル４に回転自在に支持される３枚羽根の風車ブレード６とを備えて構成されている。ナセル４には、風向風速計７が取り付けられている。風向風速計７は、電気的接続機構２を介して運転制御装置３に対して観測風速Ｖと観測風向Ｄとを出力する。 Hereinafter, an embodiment of a wind turbine operation control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of main components of a wind turbine to which a wind turbine operation control device according to an embodiment of the present invention is applied.
In FIG. 1, the windmill 1 is connected to the operation control device 3 via an electrical connection mechanism 2. The windmill 1 includes a nacelle 4 supported on a windmill tower (not shown), a hub 5, and a three-blade windmill blade 6 that rotates in the same body as the hub 5 and is rotatably supported by the nacelle 4. It is configured. An anemometer 7 is attached to the nacelle 4. The wind direction anemometer 7 outputs the observed wind speed V and the observed wind direction D to the operation control device 3 through the electrical connection mechanism 2.

運転制御装置３は、疲労劣化スケジュールテーブル３１、疲労劣化演算部（疲労劣化演算手段）３２、及び運転制御部（運転制御手段）３３を備えて構成されている。
上記運転制御装置３は、例えば、コンピュータシステムを内部に備えている。具体的には、運転制御装置３は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＨＤ（Hard Disc）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access
Memory）等から構成されている。上記疲労劣化演算部３２及び運転制御部３３により行われる各種機能を実現するための一連の処理過程は、プログラムの形式でＨＤ或いはＲＯＭなどに記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述する各部の機能が実現される。また上記疲労劣化スケジュールテーブル３１は、例えば、ＲＯＭなどに書き込まれている。 The operation control device 3 includes a fatigue deterioration schedule table 31, a fatigue deterioration calculation unit (fatigue deterioration calculation means) 32, and an operation control unit (operation control means) 33.
The operation control device 3 includes, for example, a computer system inside. Specifically, the operation control device 3 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), HD (Hard Disc), ROM (Read
Only Memory) and RAM (Random Access)
Memory) and the like. A series of processing steps for realizing various functions performed by the fatigue deterioration calculating unit 32 and the operation control unit 33 are recorded in HD or ROM in the form of a program, and the CPU reads the program into the RAM or the like. Thus, by executing information processing / calculation processing, functions of respective units described later are realized. The fatigue deterioration schedule table 31 is written in, for example, a ROM.

運転制御装置３が備える上記疲労劣化スケジュールテーブル３１には、風車の運転累積時間と風車の最適な疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールが登録されている。この疲労劣化スケジュールテーブル３１において、疲労劣化スケジュールは、例えば、風車の疲労寿命及び疲労寿命時における最適疲労劣化度に基づいて作成される。ここで、疲労寿命時における最適疲労劣化度は、適宜設定することが可能であり、例えば、風車の疲労破損を意味する限界疲労劣化度に所定の係数（例えば、0.9など）を乗じた値に設定することが可能である。
この疲労劣化スケジュールテーブル３１は、例えば、横軸に風車の運転累積時間が、縦軸に風車の疲労劣化度が示されており、風車の寿命とそのときの最適疲労劣化度とで特定される点をプロットし、この点と原点とを結ぶ直線として、疲労劣化スケジュールが表されている。ここで、本実施形態では、上記疲労劣化度の一例として、疲労損傷率を採用している。
なお、上記疲労劣化スケジュールの設定手法は一例であり、例えば、疲労劣化スケジュールは必ずしも直線で表されていなくても良い。例えば、指数関数で表されるような曲線を描いても良い。 In the fatigue deterioration schedule table 31 provided in the operation control device 3, a fatigue deterioration schedule in which the accumulated operation time of the windmill and the optimum fatigue deterioration degree of the windmill are associated is registered. In the fatigue deterioration schedule table 31, the fatigue deterioration schedule is created based on, for example, the fatigue life of the windmill and the optimum fatigue deterioration degree at the time of the fatigue life. Here, the optimum degree of fatigue deterioration during the fatigue life can be set as appropriate. For example, a value obtained by multiplying a limit fatigue deterioration degree, which means fatigue damage of a wind turbine, by a predetermined coefficient (for example, 0.9). It is possible to set.
In this fatigue deterioration schedule table 31, for example, the accumulated operation time of the windmill is shown on the horizontal axis and the fatigue deterioration degree of the windmill is shown on the vertical axis, and is specified by the life of the windmill and the optimum fatigue deterioration degree at that time. The fatigue deterioration schedule is represented as a straight line connecting the points and the origin by plotting the points. Here, in this embodiment, a fatigue damage rate is adopted as an example of the degree of fatigue deterioration.
In addition, the setting method of the said fatigue deterioration schedule is an example, for example, the fatigue deterioration schedule does not necessarily need to be represented with the straight line. For example, a curve represented by an exponential function may be drawn.

図２に、疲労劣化度の一例として疲労損傷率を採用した場合の疲労劣化スケジュールテーブル３１の一例を示す。図２において、横軸は風車１の運転累積時間を、縦軸は疲労損傷率を示している。例えば、風車１の疲労寿命がＴｆであり、且つ、疲労寿命時Ｔｆにおける最適疲労損傷率がＱである場合、この風車１の疲労劣化スケジュールは、上記疲労寿命Ｔｆ及び疲労寿命時における最適疲労損傷率Ｑで特定される点と原点とを結ぶ直線で表される。つまり、図２における実線Ａが疲労劣化スケジュールとなる。そして、この疲労劣化スケジュール上にある点が、その時々の最適疲労損傷率となる。   FIG. 2 shows an example of the fatigue deterioration schedule table 31 when the fatigue damage rate is adopted as an example of the degree of fatigue deterioration. In FIG. 2, the horizontal axis represents the accumulated operation time of the wind turbine 1, and the vertical axis represents the fatigue damage rate. For example, when the fatigue life of the windmill 1 is Tf and the optimum fatigue damage rate at the fatigue life Tf is Q, the fatigue deterioration schedule of the windmill 1 is the optimum fatigue damage at the fatigue life Tf and the fatigue life. It is represented by a straight line connecting the point specified by the rate Q and the origin. That is, the solid line A in FIG. 2 is a fatigue deterioration schedule. The point on the fatigue degradation schedule is the optimum fatigue damage rate at that time.

更に、本実施形態に係る疲労劣化スケジュールテーブル３１には、図２に示すように、上記最適疲労損傷率よりも小さい値をとるように、通常運転下限損傷率（通常運転下限劣化度）が設定されている。この通常運転下限損傷率は、例えば、図２中、実線Ｂで示されるラインを描くような値に設定されている。本実施形態では、疲労劣化スケジュールを下方に平行移動させたラインを描くように設定されている。   Furthermore, in the fatigue deterioration schedule table 31 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the normal operation lower limit damage rate (normal operation lower limit deterioration degree) is set so as to take a value smaller than the optimum fatigue damage rate. Has been. The normal operation lower limit damage rate is set to a value that draws a line indicated by a solid line B in FIG. In this embodiment, it is set to draw a line obtained by translating the fatigue deterioration schedule downward.

また、疲労劣化スケジュールテーブル３１には、図２に示すように、最適疲労損傷率よりも大きい値をとるように、通常運転上限損傷率（通常運転上限劣化度）が設定されている。この通常運転上限損傷率は、例えば、図２中、実線Ｃで示されるラインを描くような値に設定されている。本実施形態では、疲労劣化スケジュールを上方に平行移動させたラインを描くように設定されている。   Further, as shown in FIG. 2, the normal operation upper limit damage rate (normal operation upper limit deterioration degree) is set in the fatigue deterioration schedule table 31 so as to take a value larger than the optimum fatigue damage rate. The normal operation upper limit damage rate is set to a value that draws a line indicated by a solid line C in FIG. In this embodiment, it is set to draw a line obtained by translating the fatigue degradation schedule upward.

更に、本実施形態に係る疲労劣化スケジュールテーブル３１には、図２に示されるように、通常運転上限損傷率よりも大きい値をとるように、最大疲労損傷率（最大疲労劣化度）が設定されている。この最大疲労損傷率は、例えば、図２中、実線Ｄで示されるラインを描くような値に設定されている。本実施形態では、通常運転上限損傷率を上方に平行移動させたラインを描くように設定されている。
更に、疲労劣化スケジュールテーブル３１には、運転累積期間にかかわらず、疲労破壊を意味する限界疲労損傷率（限界疲労劣化度）として、１．０が設定されている。 Further, in the fatigue deterioration schedule table 31 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the maximum fatigue damage rate (maximum fatigue deterioration degree) is set so as to take a value larger than the normal operation upper limit damage rate. ing. The maximum fatigue damage rate is set to a value that draws a line indicated by a solid line D in FIG. 2, for example. In the present embodiment, the normal operation upper limit damage rate is set to draw a line translated upward.
Furthermore, in the fatigue deterioration schedule table 31, 1.0 is set as the limit fatigue damage rate (limit fatigue deterioration degree) that means fatigue failure regardless of the operation accumulation period.

図１に戻り、運転制御装置３が備える疲労劣化演算部３２は、加速度センサ７から入力されるセンサ入力値に基づいて、応力を求め、この応力に基づいて、現在の疲労損傷率を演算するものである。
例えば、図３に示すように、疲労劣化演算部３２は、まず、加速度センサ７から送られてくる観測風速Ｖと観測風向Ｄとに基づいて、荷重波形を演算により求める（図３のステップＳＰ１）。次に、この荷重波形を座標変換し、更に、所定の変換係数を乗ずることにより（図３のステップＳＰ２）、応力波形を求める（図３のステップＳＰ３）。そして、この応力波形をレインフローカウント法に基づいて処理することにより（図３のステップＳＰ４）、各応力振幅ΔＳｉ（ｉ＝１、２、３・・・）の繰り返し回数を求め（図３のステップＳＰ５）、この結果を横軸に繰り返し回数、縦軸に応力振幅を示した座標系にプロットする（ステップＳＰ６）。最後に、上記座標系に描かれているＳＮカーブと、プロットした各点との関係とに基づいて、疲労損傷率を算出する（図３のステップＳＰ７）。疲労損傷率は、以下の（１）式にて求めることができる。 Returning to FIG. 1, the fatigue deterioration calculating unit 32 included in the operation control device 3 calculates stress based on the sensor input value input from the acceleration sensor 7 and calculates the current fatigue damage rate based on the stress. Is.
For example, as shown in FIG. 3, the fatigue deterioration calculating unit 32 first obtains a load waveform by calculation based on the observed wind speed V and the observed wind direction D sent from the acceleration sensor 7 (step SP1 in FIG. 3). ). Next, the load waveform is subjected to coordinate conversion, and further multiplied by a predetermined conversion coefficient (step SP2 in FIG. 3) to obtain a stress waveform (step SP3 in FIG. 3). Then, by processing this stress waveform based on the rainflow count method (step SP4 in FIG. 3), the number of repetitions of each stress amplitude ΔSi (i = 1, 2, 3,...) Is obtained (in FIG. 3). In step SP5), the result is plotted in a coordinate system in which the horizontal axis indicates the number of repetitions and the vertical axis indicates the stress amplitude (step SP6). Finally, the fatigue damage rate is calculated based on the SN curve drawn in the coordinate system and the relationship between the plotted points (step SP7 in FIG. 3). The fatigue damage rate can be obtained by the following equation (1).

Figure 0004241644
Figure 0004241644

上記式において、ｎｉは、振幅ΔＳｉにおける実測波形の繰り返し回数、Ｎｉは、振幅ΔＳｉにおけるＳＮカーブの繰り返し回数である。ここで、上記ＳＮカーブとしては、疲労寿命評価などにおいて一般的に用いられるＳＮカーブを採用することが可能である。   In the above equation, ni is the number of repetitions of the actually measured waveform at the amplitude ΔSi, and Ni is the number of repetitions of the SN curve at the amplitude ΔSi. Here, as the SN curve, an SN curve generally used in fatigue life evaluation or the like can be adopted.

図１に戻り、運転制御装置３が備える運転制御部３３は、現在の最適疲労損傷率を図２に示した疲労劣化スケジュールテーブル３１から取得し、この最適疲労損傷率と上述の疲労劣化演算部３２により算出された最新の疲労損傷率とを比較し、この比較結果に基づいて風車１の運転制御を実現する。なお、運転制御部３３により行われる処理の詳細については、後述する。   Returning to FIG. 1, the operation control unit 33 included in the operation control device 3 acquires the current optimum fatigue damage rate from the fatigue deterioration schedule table 31 shown in FIG. 2, and this optimum fatigue damage rate and the above-described fatigue deterioration calculation unit. The latest fatigue damage rate calculated by 32 is compared, and the operation control of the wind turbine 1 is realized based on the comparison result. Details of processing performed by the operation control unit 33 will be described later.

次に、上述した構成を備える風車の運転制御装置の作用について、図を参照して説明する。
まず、ナセル４に設けられた風向風速計７から電気的接続機構２を介して観測風速Ｖと観測風向Ｄとが運転制御装置３に入力されると、疲労劣化演算部３２は、これらの情報に基づいて、上述の図３に示した処理手順で演算処理を実行することにより、現在の疲労損傷率α（図２参照）を算出する。
疲労劣化演算部３２により疲労損傷率α（図３参照）が算出されると、運転制御部３３は、現在の最適疲労損傷率βを疲労劣化スケジュール（図２の実線Ａ）から取得する。 Next, the operation of the wind turbine operation control apparatus having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
First, when the observed wind speed V and the observed wind direction D are input to the operation control device 3 from the wind direction anemometer 7 provided in the nacelle 4 via the electrical connection mechanism 2, the fatigue deterioration calculating unit 32 receives these information. Based on the above, the current fatigue damage rate α (see FIG. 2) is calculated by performing the arithmetic processing in the processing procedure shown in FIG.
When the fatigue deterioration rate α (see FIG. 3) is calculated by the fatigue deterioration calculating unit 32, the operation control unit 33 acquires the current optimum fatigue damage rate β from the fatigue deterioration schedule (solid line A in FIG. 2).

続いて、現在の疲労損傷率αと最適疲労損傷率βとを比較し、疲労損傷率αが最適疲労損傷率βよりも大きいか否かを判定する。この結果、疲労損傷率αが最適疲労損傷率βよりも大きかった場合には（図４のステップＳＡ１において「ＹＥＳ」）、運転制御部３３は、続いて、現在の運転期間に対応する通常運転上限損傷率を疲労劣化スケジュールテーブル３１から取得し、疲労損傷率αが現在の通常運転上限損傷率よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＡ２）。   Subsequently, the current fatigue damage rate α and the optimal fatigue damage rate β are compared, and it is determined whether the fatigue damage rate α is larger than the optimal fatigue damage rate β. As a result, when the fatigue damage rate α is larger than the optimum fatigue damage rate β (“YES” in step SA1 in FIG. 4), the operation control unit 33 subsequently continues the normal operation corresponding to the current operation period. The upper limit damage rate is acquired from the fatigue deterioration schedule table 31, and it is determined whether the fatigue damage rate α is larger than the current normal operation upper limit damage rate (step SA2).

この結果、疲労損傷率αが、上記通常運転上限損傷率以下であった場合には（図４のステップＳＡ２において「ＮＯ」）、運転制御部３３は、通常の運転条件に応じて風車１を運転制御する（図４のステップＳＡ３）。   As a result, when the fatigue damage rate α is equal to or lower than the normal operation upper limit damage rate (“NO” in step SA2 in FIG. 4), the operation control unit 33 changes the windmill 1 according to normal operation conditions. Operation control is performed (step SA3 in FIG. 4).

一方、疲労損傷率αが、通常運転上限損傷率よりも大きかった場合には（図４のステップＳＡ２において「ＹＥＳ」）、運転制御部３３は、現在の運転期間に対応する最大劣化損傷率を疲労劣化スケジュールテーブル３１から取得し、疲労損傷率αが現在の最大劣化損傷率よりも大きいか否かを判断する（図４のステップＳＡ４）。   On the other hand, when the fatigue damage rate α is larger than the normal operation upper limit damage rate (“YES” in step SA2 in FIG. 4), the operation control unit 33 sets the maximum deterioration damage rate corresponding to the current operation period. It is acquired from the fatigue deterioration schedule table 31, and it is determined whether the fatigue damage rate α is larger than the current maximum deterioration damage rate (step SA4 in FIG. 4).

この結果、疲労損傷率αが最大劣化損傷率以下であった場合には（図４のステップＳＡ４において「ＮＯ」）、運転制御部３３は、現在の疲労損傷率αが通常運転上限損傷率を超えてはいるものの、まだ運転を停止するまでには至らない状態であると判断し、通常運転よりも運転条件の制約が厳しく設定されている厳格運転条件に基づいて、風車１を運転制御する（図４のステップＳＡ５）。これにより、疲労劣化度を除々に最適疲労劣化度に近づけることが可能となる。この厳格運転条件に基づく運転制御では、例えば、風速乱れ強度が高い時や、他の風車の風下に入った時には、その状況がなくなるまで一時的に運転を停止する。   As a result, when the fatigue damage rate α is equal to or less than the maximum deterioration damage rate (“NO” in step SA4 in FIG. 4), the operation control unit 33 determines that the current fatigue damage rate α is equal to the normal operation upper limit damage rate. Although it has exceeded, it is determined that the operation is not yet stopped, and the wind turbine 1 is controlled to operate based on the strict operation conditions in which the restrictions on the operation conditions are set more strictly than the normal operation. (Step SA5 in FIG. 4). As a result, the degree of fatigue deterioration can be gradually brought closer to the optimum degree of fatigue deterioration. In the operation control based on this strict operation condition, for example, when the wind speed turbulence intensity is high or when entering into the lee of another windmill, the operation is temporarily stopped until the situation disappears.

一方、疲労損傷率αが最大劣化損傷率よりも大きかった場合には（図４のステップＳＡ４において「ＹＥＳ」）、運転制御部３３は、疲労損傷率αが風車の疲労破壊を意味する限界劣化損傷率未満、つまり、１．０未満であるか否かを判断する（ステップＳＡ６）。   On the other hand, when the fatigue damage rate α is larger than the maximum deterioration damage rate (“YES” in step SA4 in FIG. 4), the operation control unit 33 determines that the fatigue damage rate α is the critical deterioration that means fatigue failure of the windmill. It is determined whether it is less than the damage rate, that is, less than 1.0 (step SA6).

この結果、疲労損傷率αが、限界劣化損傷率未満であった場合には（図４のステップＳＡ６において「ＹＥＳ」）、運転制御部３３は、疲労劣化スケジュールよりも大幅に劣化が進んでいるが、即座に運転を停止する程度までは至っていないと判断して、その旨を外部に通知するべく、外部装置（図示略）に対して警告を発信するとともに（図４のステップＳＡ７）、厳格運転条件に応じた運転制御を実施する（図４のステップＳＡ５）。これにより、疲労損傷率αが疲労劣化スケジュールに対して大幅に増加している旨が外部装置に伝達され、その旨が外部装置の表示部などに表示されるとともに、上述の厳格運転条件に応じた運転制御が実施されることとなる。   As a result, when the fatigue damage rate α is less than the limit deterioration damage rate (“YES” in step SA6 in FIG. 4), the operation control unit 33 is significantly deteriorated more than the fatigue deterioration schedule. However, it is determined that the operation has not been stopped immediately, and a warning is sent to an external device (not shown) in order to notify the outside (step SA7 in FIG. 4). Operation control according to the operation conditions is performed (step SA5 in FIG. 4). As a result, the fact that the fatigue damage rate α is greatly increased with respect to the fatigue degradation schedule is transmitted to the external device, and that fact is displayed on the display unit of the external device, and in accordance with the above strict operating conditions. Operation control will be performed.

このように、風車の疲労劣化度が疲労劣化スケジュールを大幅に超えた場合などには、外部装置に対して警告が発せられるため、この警告を受けた作業員などは、風車の疲労劣化状況などを慎重に吟味してから、風車の運転を停止するか否かを判断することが可能となる。これにより、センサなどの異常による見かけ上の疲労劣化なのか、或いは、実際に疲労劣化が進んでいるのかを再確認した後に、運転の停止を判断することが可能となるので、むやみに風車の運転が停止されることを回避でき、風車の稼働率を向上させることが可能となる。   In this way, when the degree of fatigue degradation of the windmill greatly exceeds the fatigue degradation schedule, a warning is issued to the external device. After carefully examining the above, it is possible to determine whether or not to stop the wind turbine operation. As a result, it is possible to determine whether to stop driving after reconfirming whether it is apparent fatigue degradation due to abnormalities in the sensor or the like, or whether the fatigue degradation is actually progressing. Stopping operation can be avoided, and the operating rate of the windmill can be improved.

一方、疲労損傷率αが、限界劣化損傷率以上であった場合には（図４のステップＳＡ６において「ＮＯ」）、運転制御部３３は、風車１の劣化状況が疲労破壊に近いと判断し、風車１の運転を停止させるとともに、その旨を外部に通知するべく、外部装置に対して警告を発信する（図４のステップＳＡ８）。
これにより、疲労損傷率αが疲労破壊に近い旨が外部装置に伝達され、その旨が外部装置の表示部などに表示される。このように、風車の疲労損傷率αが疲労劣化を意味する限界劣化損傷率に達した場合には、自動的に風車の運転が停止されるので、それ以上の劣化の進行を抑制することが可能となる。また、風車の状態が疲労破壊に近い旨の警告が外部装置に発信されるため、この警告を受けた作業員などは、風車の状況を速やかに認識することが可能となる。 On the other hand, when the fatigue damage rate α is equal to or greater than the limit deterioration damage rate (“NO” in step SA6 in FIG. 4), the operation control unit 33 determines that the deterioration state of the windmill 1 is close to fatigue failure. Then, the operation of the windmill 1 is stopped, and a warning is transmitted to the external device so as to notify the outside (step SA8 in FIG. 4).
As a result, the fact that the fatigue damage rate α is close to fatigue failure is transmitted to the external device, and that effect is displayed on the display unit of the external device. As described above, when the fatigue damage rate α of the wind turbine reaches a critical deterioration damage rate that means fatigue deterioration, the wind turbine operation is automatically stopped, so that the progress of further deterioration can be suppressed. It becomes possible. Further, since a warning that the state of the windmill is close to fatigue failure is transmitted to the external device, an operator who has received this warning can quickly recognize the state of the windmill.

一方、図４のステップＳＡ１において、疲労損傷率αが最適疲労損傷率β以下であった場合には、図５のステップＳＡ９に進むこととなり、運転制御部３３は、現在の運転期間に対応する通常運転下限損傷率を疲労劣化スケジュールテーブル３１から取得し、疲労損傷率αが、現在の通常運転下限損傷率よりも大きいか否かを判断する（図５のステップＳＡ９）。   On the other hand, if the fatigue damage rate α is equal to or less than the optimum fatigue damage rate β in step SA1 in FIG. 4, the process proceeds to step SA9 in FIG. 5, and the operation control unit 33 corresponds to the current operation period. The normal operation lower limit damage rate is acquired from the fatigue deterioration schedule table 31, and it is determined whether or not the fatigue damage rate α is larger than the current normal operation lower limit damage rate (step SA9 in FIG. 5).

この結果、疲労損傷率αが、通常運転下限損傷率よりも大きかった場合には（ステップＳＡ９において「ＹＥＳ」）、運転制御部３３は、通常の運転条件に基づいて風車１を運転制御する（図４のステップＳＡ１０）。   As a result, when the fatigue damage rate α is larger than the normal operation lower limit damage rate (“YES” in step SA9), the operation control unit 33 controls the operation of the windmill 1 based on normal operation conditions ( Step SA10 in FIG.

一方、疲労損傷率αが通常運転下限損傷率以下であった場合には（図４のステップＳＡ９において「ＮＯ」）、運転制御部３３は、通常運転よりも運転条件の制約が緩く設定されている緩和運転条件に基づいて、風車１を運転制御する（図４のステップＳＡ１１）。
このように、現在の疲労損傷率αが最適疲労損傷率βよりも小さく設定されている通常運転下限損傷率以下であった場合には、例えば、風車の運転停止を決定させる条件の一部を排除するなどの緩和条件に基づく運転制御が行われることとなる。これにより、風車の稼働率を上げることができる。
そして、運転制御部３３は、疲労劣化演算部３２から疲労損傷率を取得する度に、図４及び図５に示した処理手順に従って、処理を繰り返し実行することにより、風車の疲労劣化状態に応じた適切な運転制御を実現させることが可能となる。 On the other hand, when the fatigue damage rate α is equal to or lower than the normal operation lower limit damage rate (“NO” in step SA9 in FIG. 4), the operation control unit 33 is set with less restrictive operating conditions than in normal operation. Based on the relaxed driving conditions, the wind turbine 1 is controlled (step SA11 in FIG. 4).
Thus, when the current fatigue damage rate α is equal to or less than the normal operation lower limit damage rate set to be smaller than the optimal fatigue damage rate β, for example, a part of the conditions for determining the stoppage of the windmill is set. Operation control based on relaxation conditions such as elimination is performed. Thereby, the operation rate of a windmill can be raised.
Then, every time the operation control unit 33 acquires the fatigue damage rate from the fatigue deterioration calculating unit 32, the operation control unit 33 repeatedly executes the process according to the processing procedure shown in FIGS. Therefore, it is possible to realize proper operation control.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る風車の運転制御装置によれば、現在の風車の劣化疲労度を示す疲労損傷率と疲労劣化スケジュールテーブル３１から取得された現在の最適疲労損傷率との関係に応じて、風車１の運転制御が実施されるため、風車１の状態が高い精度で反映された好適な運転制御を行うことが可能となる。これにより、例えば、図２に実線Ｌで示されるように、最適劣化スケジュールに沿った運転制御を行うことが可能となり、要求される風車の疲労寿命を最大限に利用して運転することができる。   As described above, according to the wind turbine operation control device according to the present embodiment, the current optimum fatigue damage rate obtained from the fatigue damage rate indicating the degree of deterioration fatigue of the current wind turbine and the fatigue deterioration schedule table 31. Since the operation control of the windmill 1 is performed according to the relationship, the suitable operation control in which the state of the windmill 1 is reflected with high accuracy can be performed. As a result, for example, as indicated by a solid line L in FIG. 2, it is possible to perform operation control according to the optimum deterioration schedule, and it is possible to operate using the required fatigue life of the windmill to the maximum. .

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

例えば、近年、疲労劣化の低減を目的とした高機能制御の開発などが進められている。この高機能制御とは、例えば、風車ブレードのアジマス角や風車各部に作用する荷重に応じて、各風車ブレードのピッチ角をそれぞれ個別に制御する独立ピッチ角制御や、タワーの揺れを抑制させる制振制御などが挙げられる。そして、上述したような本実施形態に係る風車の運転制御装置は、このような高機能制御を搭載する風車にも適用することが可能である。この場合、本発明の一実施形態に係る風車の運転制御装置は、例えば、以下のような運転制御を実施することが可能である。   For example, in recent years, development of high-function control for the purpose of reducing fatigue deterioration has been promoted. This high-function control is, for example, independent pitch angle control that individually controls the pitch angle of each wind turbine blade in accordance with the azimuth angle of the wind turbine blade and the load acting on each part of the wind turbine, or control that suppresses tower vibration. Vibration control and the like. The wind turbine operation control apparatus according to the present embodiment as described above can be applied to a wind turbine equipped with such high-function control. In this case, for example, the wind turbine operation control apparatus according to the embodiment of the present invention can perform the following operation control.

例えば、高機能制御を搭載している風車においては、センサに異常が発生した場合や、高機能制御が有効に動作していない場合には、高機能制御を停止させた上で、疲労劣化が著しく進行しない予め決められた期間だけ運転を継続するのが一般的である。一方、本実施形態に係る運転制御装置３は、このような理由により高機能制御が停止したとしても、あくまでも疲労損傷率、つまり、疲労劣化度に応じた風車１の運転制御を行う。これにより、風車を停止させる機会を減少させることが可能となるので、風車の稼働率を向上させることができる。   For example, in a windmill equipped with high-function control, if an abnormality occurs in the sensor or if high-function control is not operating effectively, fatigue deterioration will occur after high-function control is stopped. It is common to continue operation for a predetermined period of time that does not progress significantly. On the other hand, the operation control device 3 according to the present embodiment performs operation control of the wind turbine 1 according to the fatigue damage rate, that is, the degree of fatigue deterioration, even if the high function control is stopped for such a reason. Thereby, since it becomes possible to reduce the opportunity to stop a windmill, the operating rate of a windmill can be improved.

また、上述した実施形態においては、風車１が運転制御装置３を備える構成としたが、例えば、複数の風車が集中して設置されているようなエリアにおいては、１台の運転制御装置により、複数の風車の運転制御を行うような構成としても良い。
例えば、各風車１と本発明の一実施形態に係る運転制御装置とを情報伝達媒体などにより接続し、各風車１に設けられている風向風速計７などから運転制御装置３に対して、観測速度Ｖなどの情報が送信されるような構成とする。
運転制御装置は、各風車に対応する疲労劣化スケジュールテーブル３１をそれぞれ備えており、各風車に対して、図４及び図５に示した処理手順と同様の処理を行うことにより、各風車の運転制御を実現させる。このように、１台の運転制御装置により複数の風車の運転制御を一元制御することにより、各風車の演算負荷を軽減させることが可能となるとともに、構成要素の削減を図ることが可能となる。 In the above-described embodiment, the windmill 1 includes the operation control device 3. However, for example, in an area where a plurality of windmills are installed in a concentrated manner, It is good also as a structure which performs operation control of a some windmill.
For example, each windmill 1 and the operation control apparatus according to an embodiment of the present invention are connected by an information transmission medium or the like, and the wind direction anemometer 7 provided in each windmill 1 is monitored with respect to the operation control apparatus 3. A configuration is adopted in which information such as speed V is transmitted.
The operation control device includes a fatigue deterioration schedule table 31 corresponding to each windmill, and performs the same processing as the processing procedure shown in FIGS. 4 and 5 on each windmill, thereby operating each windmill. Realize control. Thus, by centrally controlling the operation control of a plurality of wind turbines with a single operation control device, it becomes possible to reduce the calculation load of each wind turbine and to reduce the number of components. .

また、上記実施形態においては、風向風速計７からの情報に基づいて、疲労荷重を算出し、この疲労荷重に基づいて応力を得ていたが、応力を得るためのセンサは風向風速計７に限られることなく、各種センサからの情報に基づいて応力を得るような構成としても良い。この場合、既存のセンサからの情報に基づく演算処理などにより、応力を得ることが好ましい。このように、既存のセンサからの情報に基づいて、応力を算出することにより、本発明の装置を低コストで実現させることが可能となる。なお、この例に限られず、応力をそのまま計測できる応力計測センサを風車１に設けることにしても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the fatigue load was calculated based on the information from the anemometer 7 and the stress was obtained based on this fatigue load, the sensor for obtaining the stress is applied to the anemometer 7. It is good also as a structure which acquires stress based on the information from various sensors, without being restricted. In this case, it is preferable to obtain stress by an arithmetic processing based on information from an existing sensor. Thus, by calculating the stress based on information from existing sensors, the apparatus of the present invention can be realized at low cost. In addition, it is not restricted to this example, You may decide to provide the windmill 1 with the stress measurement sensor which can measure stress as it is.

本発明の一実施形態に係る風車の運転制御装置を適用した風車の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the windmill to which the driving control apparatus of the windmill which concerns on one Embodiment of this invention is applied. 本発明の疲労劣化スケジュールの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fatigue degradation schedule of this invention. 図１に示した疲労劣化演算部が疲労損傷率を算出するまでの過程についてわかりやすく示した図である。It is the figure which showed clearly about the process until the fatigue degradation calculating part shown in FIG. 1 calculates a fatigue damage rate. 図１に示した運転制御部により実行される処理の過程を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process of the process performed by the operation control part shown in FIG. 図１に示した運転制御部により実行される処理の過程を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process of the process performed by the operation control part shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 風車
２ 電気的接続機構
３ 運転制御装置
４ ナセル
５ ハブ
６ 風車ブレード
７ 風向風速計
３１ 疲労劣化スケジュール
３２ 疲労劣化演算部
３３ 運転制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill 2 Electrical connection mechanism 3 Operation control apparatus 4 Nacelle 5 Hub 6 Windmill blade 7 Wind direction anemometer 31 Fatigue deterioration schedule 32 Fatigue deterioration calculation part 33 Operation control part

Claims (12)

風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールと、
前記風車の現在の疲労劣化度を演算する疲労劣化演算手段と、
前記疲労劣化演算手段により演算された前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転を制御する運転制御手段と
を具備する風車の運転制御装置。 Fatigue degree during the fatigue life of the wind turbine, so that the set optimal limit fatigue deterioration degree to a value smaller than the limit fatigue degradation degree for a wind wheel, operation cumulative time of the wind turbine and the fatigue deterioration of the wind turbine A fatigue degradation schedule associated with
Fatigue deterioration calculating means for calculating the current fatigue deterioration degree of the windmill;
According to the relationship between the fatigue deterioration level of the windmill calculated by the fatigue deterioration calculation means and the optimal fatigue deterioration level that is the fatigue deterioration level corresponding to the current cumulative operation time acquired from the fatigue deterioration schedule. A wind turbine operation control device comprising operation control means for controlling the operation of the wind turbine. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が前記疲労劣化スケジュールに沿うように、前記風車の運転を制御する請求項１に記載の風車の運転制御装置。   The wind turbine operation control device according to claim 1, wherein the operation control unit controls the operation of the wind turbine so that the current degree of fatigue degradation is in accordance with the fatigue degradation schedule. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が前記最適疲労劣化度よりも小さく設定されている通常運転下限劣化度以下であった場合には、通常運転時よりも運転条件の制約が緩められている緩和運転条件に基づいて、前記風車の運転制御を行う請求項１又は請求項２に記載の風車の運転制御装置。   When the current fatigue deterioration level is equal to or lower than the normal operation lower limit deterioration level set to be smaller than the optimum fatigue deterioration level, the operation control means is less restrictive of the operating conditions than during normal operation. The wind turbine operation control device according to claim 1, wherein operation control of the wind turbine is performed based on a relaxed operation condition. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記最適疲労劣化度よりも大きく設定されている通常運転上限劣化度を超えていた場合には、通常運転時よりも運転条件の制約が厳しく設定されている厳格運転条件に基づいて、前記風車の運転制御を行う請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置。   When the current fatigue deterioration degree exceeds the normal operation upper limit deterioration degree that is set to be greater than the optimum fatigue deterioration degree, the operation control means has more severe restrictions on operation conditions than during normal operation. The wind turbine operation control device according to any one of claims 1 to 3, wherein operation control of the wind turbine is performed based on set strict driving conditions. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記最適疲労劣化度よりも大きく設定されている最大疲労劣化度を超えていた場合には、外部に設けられた外部装置に対して、警告信号を送信する請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置。   The operation control means warns an external device provided outside when the current fatigue deterioration level exceeds a maximum fatigue deterioration level set larger than the optimum fatigue deterioration level. The wind turbine operation control device according to any one of claims 1 to 3, which transmits a signal. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記通常運転上限劣化度よりも大きく設定されている前記最大疲労劣化度を超えていた場合には、外部に設けられた外部装置に対して、警告信号を送信する請求項４に記載の風車の運転制御装置。   When the current fatigue deterioration level exceeds the maximum fatigue deterioration level that is set to be greater than the normal operation upper limit deterioration level, the operation control means is configured to externally provide an external device. The operation control device for a windmill according to claim 4, which transmits a warning signal. 前記運転制御手段は、現在の前記疲労劣化度が、前記風車の疲労破壊を意味する限界疲労劣化度以上であった場合は、前記風車の運転を停止させる請求項１から請求項６のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置。   The said operation control means stops the driving | operation of the said windmill, when the said said fatigue deterioration degree is more than the limit fatigue deterioration degree meaning the fatigue failure of the said windmill. The wind turbine operation control device according to the item. 前記運転制御手段は、風車ブレードのアジマス角または／及び風車各部に作用する荷重に応じて、各風車ブレードのピッチ角をそれぞれ個別に制御する独立ピッチ角制御、または、風車タワーの揺れを抑制させる制振制御に異常が発生した場合において、現在の前記疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールテーブルから取得した現在の最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転を制御する請求項１から請求項７のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置。 The operation control means controls the independent pitch angle control for individually controlling the pitch angle of each windmill blade according to the azimuth angle of the windmill blade or / and the load acting on each part of the windmill, or suppresses the swing of the windmill tower. 2. The operation of the wind turbine is controlled according to a relationship between the current degree of fatigue deterioration and the current optimum degree of fatigue deterioration acquired from the fatigue deterioration schedule table when an abnormality occurs in vibration suppression control. The wind turbine operation control device according to any one of claims 1 to 7. 請求項１から請求項８のいずれかの項に記載の風車の運転制御装置を備える風車。   A wind turbine comprising the wind turbine operation control device according to any one of claims 1 to 8. 複数の風車と情報伝達媒体を介して接続され、
各前記風車に対応して設けられ、前記風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールと、
各前記風車における現在の疲労劣化度を演算する疲労劣化演算手段と、
各前記風車の前記疲労劣化度と、各風車に対応する前記疲労劣化スケジュールから取得した現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度との関係に応じて、各前記風車の運転を制御する運転制御手段と
を具備する風車の運転制御装置。 Connected to multiple windmills via an information transmission medium,
The wind turbine is operated so that the degree of fatigue degradation at the fatigue life of the wind turbine is an optimum limit fatigue degradation level set to a value smaller than the limit fatigue degradation level of the wind turbine. A fatigue deterioration schedule in which the accumulated time and the fatigue deterioration degree of the windmill are associated with each other;
Fatigue deterioration calculating means for calculating the current fatigue deterioration degree in each of the windmills;
Said fatigue deterioration degree of each of the wind turbine, in accordance with the relationship between the optimum fatigue deterioration degree is the fatigue schedule or we obtained fatigue degradation degree corresponding to the current operation cumulative time for each wind turbine, each said An operation control device for a windmill comprising operation control means for controlling the operation of the windmill. 風車の運転を制御する風車の運転制御方法であって、
前記風車の疲労劣化度を演算する過程と、
風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールから、現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度を取得する過程と、
現在の前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転制御を行う過程と
を具備する風車の運転制御方法。 A windmill operation control method for controlling windmill operation,
A process of calculating the degree of fatigue deterioration of the windmill;
Fatigue degree during the fatigue life of the wind turbine, so that the optimum limit fatigue degradation level set to a value smaller than the limit fatigue degradation degree for a wind wheel, fatigue deterioration degree of the wind turbine and operation cumulative time of wind turbine From the fatigue degradation schedule that is associated with the process of obtaining the optimal fatigue degradation degree that is the fatigue degradation degree corresponding to the current cumulative operation time ,
And fatigue of the current wind turbines, the depending on the relationship between optimum fatigue degradation degree fatigue degradation scheduled or we obtained, the operation control method of a wind turbine comprising a step of controlling operation of the wind turbine. 風車の運転を制御するための風車の運転制御プログラムであって、
前記風車の疲労劣化度を演算するステップと、
前記風車の疲労寿命時における疲労劣化度が、該風車の限界疲労劣化度よりも小さい値に設定された最適限界疲労劣化度となるように、風車の運転累計時間と前記風車の疲労劣化度とが対応付けられた疲労劣化スケジュールから、現在の運転累計時間に対応する疲労劣化度である最適疲労劣化度を取得するステップと、
現在の前記風車の疲労劣化度と、前記疲労劣化スケジュールから取得した最適疲労劣化度との関係に応じて、前記風車の運転制御を行うステップと
をコンピュータシステムに実行させるための風車の運転制御プログラム。 A windmill operation control program for controlling the operation of the windmill,
Calculating the degree of fatigue deterioration of the windmill;
Fatigue degree during fatigue life of the wind turbine, so that the optimum limit fatigue degradation level set to a value smaller than the limit fatigue degradation degree for a wind wheel, fatigue deterioration of the wind turbine and operation cumulative time of wind turbine Obtaining an optimal fatigue deterioration level, which is a fatigue deterioration level corresponding to the current accumulated operation time, from a fatigue deterioration schedule associated with the degree;
And fatigue of the current wind turbines, the depending on the relationship between optimum fatigue degradation degree fatigue degradation scheduled or we acquired, the operation of the wind turbine for executing and performing the operation control of the wind turbine to the computer system Control program.
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