JP4241644B2 - 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 本発明の疲労劣化スケジュールの一例を示す図である。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (12)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。

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