JP5191061B2 - 風力発電装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置の運転方法に関し、詳細には、風力発電装置は、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置によってシャットダウン信号がトリガされた後に、シャットダウンされる。また、本発明は、少なくとも１つの風力発電装置を有するエネルギー供給システムにも関する。更に、本発明は、風力発電装置の安全チェーンおよび風力発電装置にも関する。

概して、一般的な風力発電装置は、ローター、少なくとも１つの角度調節可能なローターブレード、ローターの制動のための機械式ブレーキ装置、運転制御装置、および安全システムを有する。

機械式ブレーキ装置は、風力発電装置の場合、ドライブトレインの高速回動側でギアボックスと係合する。ランナと呼ばれる回転部品を有する発電機も、この側に配置されている。機械式ブレーキ装置はまた、ドライブトレインの低速側、すなわち、ギアボックスとローターブレードの間の側、に配置することもできる。しかし、ブレーキがローターハブまたは発電機のランナのエリアで係合するように、ギアボックスのない風力発電装置を設計することもできる。本発明の枠組みにおいて、「ローター」という用語は、特に、ドライブトレイン、高速シャフト、発電機のランナ、ギアボックス、ローターシャフト（＝低速シャフト）、ローターハブおよびローターブレードの各用語を指す。「ローターの制動」は、特に、ドライブトレインの制動を意味する。

１つ以上の風力発電装置の運転方法が一般に知られている。その一例に、「Windkraft Systemauslegung, Netzintegration
und Regelung（風力発電システム設計、グリッド統合および制御）」（Siegfried Heier著、第４版、B.G.Teubner、２００５年２月）というテキストが挙げられる。

本発明の目的は、特に、安全チェーンによって起動される安全シャットダウン後の、風力発電装置の安全な動作を保証することにある。

風力発電装置の運転および風力発電装置自体は、その設計、特に、安全性に関する事項の点で重要である。特に、ネットワークの停止に関わる強風の場合、ローターにおいて風によって引き起こされる空力トルクに発電機が抵抗できない場合、タワーに過度の負荷、特に、タワー基部に屈曲トルクが生じ、ブレード角の調節が不能となり、必要に応じて安全チェーンが起動される。ネットワークの障害のため、より一般には発電機の負荷遮断のため、風力発電装置のブレーキシステムがローターの制動を開始するまで、ローターが強風で加速し始める。ブレーキ力の強さに応じて、さまざまな強度の負荷が風力発電装置にかかる。

更に、風力発電装置は、安全コンセプトと、対応する安全システムとを有する。安全コンセプトには、故障が発生し、運転制御システムに障害が発生した場合でも、風力発電装置が安全な状態を保つことができるようにする全ての装置、動作モード、および操作指示が含まれる。

独国実用新案第２０ ２００５ ０１４ ６２９号明細書 独国特許第１０１ １５ ２６７号明細書

SiegfriedHeier著、「Windkraft Systemauslegung, Netzintegrationund Regelung」、第４版、B.G.Teubner、２００５年２月

風力発電装置の安全システムは、運転制御システムより論理的に上位の装置を有する。概して、安全システムは、不法侵入または偶発的な操作によって解除されてはならない。該システムは、安全関連のしきい値を超えるか、または運転制御システムが風力発電装置の制御を失い、これにより、ユニットを動作範囲に保つことができない場合に作動される。また、安全システムは、例えば保守作業などのために、風力発電装置の望ましくない起動を防止する装置も有する。

また、安全システムは、通常、安全チェーンも有し、安全チェーンは、風力発電装置の中心的な装置である。安全関連のしきい値を越えた場合、運転制御システムに関係なく、安全チェーンによって保護装置が起動される。これに関して、保護装置とは、空力および／または機械式ブレーキシステム、発電機または発電機／コンバータシステムのネットワーク分離装置、緊急シャットダウン保護装置または安全装置、およびメインスイッチである。

更に、風力発電装置のための安全装置は、独国実用新案第２０ ２００５ ０１４ ６２９号明細書から公知である。更に、風力発電装置の監視方法および風力発電装置は、独国特許第１０１ １５ ２６７号明細書に開示されている。

上記目的は、風力発電装置の運転方法であって、詳細には、風力発電装置は、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置によってシャットダウン信号がトリガされた後にシャットダウンされ、風力発電装置は、風力発電装置から空間的に離れているかまたはその外部の操作装置によって、シャットダウン後の動作のために解放されることを更に特徴とする方法によって解決される。

本発明によれば、安全シャットダウン後に、風力発電装置を適切なタイムリーに再起動することが可能となる。風力発電装置は、少なくとも１つのローターブレードを有するローター、補助電源を有するブレーキシステム、および安全センサシステムを有する安全システム、および少なくとも１つの緊急シャットダウンスイッチ、および運転データを記録するためのメモリを有する制御装置を備える。制御装置は、風力発電装置の（再）起動のために、風力発電装置から空間的に離れているかまたはその外部にある（例えば遠隔監視制御センターにある）操作装置に接続されている。風力発電装置と、風力発電装置の一部でないか風力発電装置に直接またはすぐ近くに提供または配置されていない操作装置との接続は、所定の期間に、例えば風力発電装置のシャットダウン段階中、一時的に確立されるか、確立することができる。当然ながら、本発明の枠組み内で、風力発電装置は、遠隔監視制御センターにある操作装置にオンラインで常時接続されていてもよい。

本発明による操作装置によって、風力発電装置の遠隔操作が可能であり、安全シャットダウン後に操作装置で利用可能であるか操作装置に送信される実質的に重要な全運転データの対応するポジティブチェックがなされた後に、風力発電装置の再起動が、開始または起動または始動される。このために、操作装置が置かれている遠隔監視制御センターに対して、安全シャットダウンの起動後に、例えば自動的に通知が行われる。

安全シャットダウン装置は、運転制御システムより論理的に上位の装置であり、他の運転制御とは独立して、風力発電装置の安全にとって重大なしきい値に入っているかを監視し、これらのしきい値の１つを越えると、安全シャットダウンを起動させる。これは、風力発電装置の運転制御システムが、重大な障害の際に、風力発電装置を正常な動作範囲に保つ状態にない場合に、特に要求される。安全シャットダウン装置は、また、運転制御システムの障害の場合に、風力発電装置を安全なシステム状態に維持する。

風力発電装置の安全シャットダウンは、とりわけ、回転速度の超過、振動、制御ハードウェアおよび／または制御ソフトウエアのエラーにより、およびタワーヘッドにおいてケーブルの過度のねじれが生じた場合に起動されうる。このため、風力発電装置の安全チェーンは、例えば、有線スイッチ、特に配線スイッチを有し、緊急シャットダウン装置の「緊急停止」または安全シャットダウンの「安全停止」を起動させるための全ての接点が直列に接続されている。

「安全停止」の起動のために、安全チェーンは、ローターの超過回転速度の切替装置、発電機の速度、振動スイッチなどへの接点を有する。安全シャットダウンは、システムにとって重大なエラーが発生した場合に、従業員または操作要員または保守要員が現場にいない限り風力発電装置を再起動することができないことを保証する。

「緊急停止」の起動のために、例えば、トップボックス、ローターハブ、ローターベアリングの近く、およびタワー基部、コンバータボックス、ならびに例えばブレード調整システムの保守に使用されるサービススイッチに、緊急シャットダウンボタンが設けられている。

本発明による利点として、安全チェーンの起動後、風力発電装置から離れて設置されている操作装置の形での遠隔操作または遠隔制御を介して、安全チェーンがリセットされるという点がある。これにより、風力発電装置のいわば手動リセットが、遠方から、すなわち、風力発電装置自体に手を触れることなく行われる。一般に知られているように、安全チェーンは、回転速度の超過、振動、制御（「監視役」機能）のほか、該当する場合はケーブルのねじれのための対応するセンサシステムまたは対応するセンサを有する。

安全システムの起動後は、ローターが、好ましくは特に運転制御装置を迂回して制動されうる。また、安全システムの起動後に、制動のために運転制御装置を迂回する必要のないように、運転制御装置が安全システムの一部であっても、安全システムが運転制御装置の一部であってもよい。

安全シャットダウン後の再開前に、遠隔監視制御センターにおいて１つ以上のテスト段階が実行される。これには、好ましくは、エラーメモリの読み出し、現場に人がいないこと（人の安全）の確認、少なくとも１台のカメラによる風力発電装置の外観の視覚的検査、特に、ユニットの内外の全部品が所定の位置に存在し、機能していることを確認するための、少なくとも１台のカメラによるドライブキャビネットの回転部品の視覚的検査が含まれる。このチェックは、遠隔監視制御センター内の、経験豊富で権限を有し、運転データおよび操作装置への然るべきアクセス権を有する人の制限されたグループによってのみ実施されなければならず、運転データの正常確認後に、風力発電装置が、安全シャットダウン後の動作のために解放される。所定の人物の選択されたアクセス権または権限付与によって、風力発電装置のリセットが、偶発的に実行されたり、あるいは経験のない人によって実行されないことが保証される。

更に、風力発電装置の再起動前に、ブレード調整システムも、主および副ブレーキシステム、ならびにこれらの補助電源（ピッチバッテリ）と同様にチェックされ、これらのチェックは、運転制御システムによって自動的に実行されうる。任意選択で、例えば、ハブの内部で、回転自在カメラ（例えばウェブカム）により、ハブ部品の緩みによりブレード調整がブロックされていないあるいは硬直していないことを確認することができる。更に、ネットワークパラメータのチェックにより、生成される電力をネットワークに提供できることが確認される。このため、回転速度の超過のリスクが事実上回避される。

風力発電装置またはその個々の部品の外観の視覚的検査によって、全体的な構造、特に、ローターブレードが全体的な完全性が確認される。これは、好ましくは近くの風力発電装置に設けたカメラによって行われる。あるいは、監視は、リアナセル部分または場合によっては拡張アームに固定されたカメラによって行うこともでき、カメラの視距離に沿ってローターをゆっくりと回すことによってローターブレードを望むように導くことができる。

詳細には、ナセル内の全ての回転部品が視覚的に検査され、これには、例えば、ローターシャフトまたはアクスルトラニオン、ギアボックスマシンの場合はギアボックスへのカップリングおよびギアボックスの出力、機械式ブレーキ、発電機のカップリング、発電機、該当する場合には発電機のギャップのほか、スリップリングユニットなどがある。更に、制御キャビネット、変圧器、コンバータ、アジムット（azimut）システム、発電機、およびギアボックスクーラーなどの、ナセル内の他の部品の構造的な全体性がチェックされる。パワーモジュールがタワー基部または別の変電所に収容されている場合、本発明の枠組み内で、他のカメラがそこにも配置される。

好ましい実施形態では、操作装置による風力発電装置の解放後に、潜在的な不均衡または振動を確認するために、風力発電装置の回転部品が、ドライブトレインをゆっくりと再起動している間視覚的に監視される。十分に高い画像転送速度を得るために、操作装置との遠隔監視制御センターへのオフラインのデータ転送が必要とされてもよく、これにより、風力発電装置の起動中に、運転データ（定格速度以下の）が記録されるようになる。その後、遠隔監視制御センターにおけるデータの転送または評価のための十分な時間をとれるように、マシンが、再度シャットダウンされるか、または危険のない状態に保たれる。風力発電装置は、別のポジティブチェックがなされた後にのみ、通常操作のために解放される。

ここに挙げる監視手段により、質量の不均衡のほかに、空力的な不均衡も取り除かれる。更に、ハブに据え付けたカメラを使用して、ブレード角度が非対称であることが大まかに特定され、実際値センサシステムに基づくソフトウェアモニタリングによって、より細かい非対称性が取り除かれる。また、ウインドトラッキングの位置の大まかなずれもまた、風向計に向けたカメラによって、あるいは、既存の外部カメラを風速測定センサシステムに旋回させることによって、取り除くことができる。ウインドセンサの着氷またはウインドセンサへのその他の損傷も、これによって視覚的に取り除かれる。更に、ケーブルの過度のねじれは、据え付けたカメラまたはセンサ、およびケーブルエンドスイッチによってチェックすることができる。

本発明の利点は、現場で従業員が風力発電装置を手動でリセットすることなく、風力発電装置が、操作装置によって遠隔監視または遠隔制御を介してリセットされるため、安全チェーンにより、安全シャットダウン後の停止期間が短縮されることにある。これは、安全チェーンが、誤った起動によって、例えば、センサのエラーまたは接点のエラーによって、起動された場合に特に重要である。現場の操作要員がマシンのナセルに登る必要がないため（ナセルに登るには長く時間がかかるため、時間遅延が更に発生する）、遠隔リセットにより人の安全性も高まる。これに代わり、操作要員に風力発電装置を現場で検査させることなく、風力発電装置が解放される。更に、遠隔監視制御センターの人員は、主に保守および修理作業を扱う現場のサービス要員よりも、記録された運転データの評価にかなり熟練している。

遠隔監視制御センターにおいて、ユニットまたはその主要部品を危険にさらす風力発電装置の状態が存在しないとの解析がなされた場合には、操作装置を介して安全チェーンがリセットされるが、その際、安全チェーンのセンサをバイパスすることはできない。このため、全てのセンサにエラーがない場合にのみ、安全チェーンをリセットできることが保証される。

好ましい実施形態によれば、シャットダウン後でかつ風力発電装置の解放前に、風力発電装置は、所定の、特に現在の、風力発電装置に関するおよび／または風力発電装置からの運転データに基づいてチェックされる。これにより、風力発電装置が運転可能かどうかがチェックされる。このために、対応するデータまたは画像データが、好ましくは更新され操作装置に転送される。同時に、運転データをチェックするために、風力発電装置のエラーメモリも読み出される。

詳細には、風力発電装置のシャットダウン後および／またはその間に、風力発電装置に人がいるかどうかがチェックされ、風力発電装置の近くまたは風力発電装置に人がいない場合にのみ、風力発電装置が、安全シャットダウン後の動作のために解放される。従業員または操作要員が現場にいるかどうかの検出は、好ましくは自動的に行われる。このために、例えば、モーションセンサ、近接スイッチ、ドアまたはハッチの閉機能およびスイッチが、タワーのプラットホームの登攀保護および駆動可能なユニットに提供される。対応するセンサに基づいて風力発電装置に人がいると判定された場合には、ユニットを再起動のために解放することができない。

好ましい実施形態では、風力発電装置の解放が文書化され、解放の文書化は、日付、時間、およびエラーコードの形でのエラー識別を含んで行われ、可能であれば安全関連データのチェック後に風力発電装置を遠隔でリセットした権限保持者に関する情報も含む。

更に、風力発電装置は、特に人および／または機能エラーおよび／またはハードウェアに関連するセキュリティコードのロック解除後に、動作のために解放されることが好ましい。対応するセキュリティコードを操作装置に入力した後は、風力発電装置を安全シャットダウン後に開放する権限を有する経験のある人の制限されたグループしかアクセスすることができない。この場合、セキュリティコードは、人に関連するもの、すなわち特別に権限を与えられた人だけが解放を許可することができる、と、エラーに関連するものの両方があり、このため、エラー検出後は、特別なセキュリティコードを使用して、解放された操作装置を介してしか、エラーを解決することができない。

また、人に関連するセキュリティコードには、ハードウェア関連の実施形態も含まれ、これには、例えば操作装置に挿入できるハードウェアドングル（コピー保護プラグ）またはキー動作スイッチがある。

本発明の枠組み内で、セキュリティの向上のために、複数のセキュリティコードまたは認証が、階層構造をなしていることも考察される。このため、例えば、遠隔監視制御センターでの最初の認証の後にユニットがチェックされ、ポジティブチェックをした後のみ、風力発電装置を再起動するためにおそらく別の人物による別の認証の入力が要求される。

有利な実施形態によれば、風力発電装置のシャットダウン後および／またはその間に、操作装置に対して通知が行われることが提案される。これにより、安全シャットダウン後に、メッセージが、遠隔監視制御センターに自動的に送信され、これには、エラーメッセージのエラーリストが含まれうる。また、本発明の枠組み内で、この種の通知は、然るべき無線通信、例えばＳＭＳなどを介して行うことも可能である。

本方法の有利な更に発展した実施形態では、風力発電装置の解放の回数は、所定の期間内に制限され、解放がその期間を越えた後は、解放を行うことができない。許可された回数を越えた後は、現場のサービス要員が、最初に風力発電装置の検査または目視検査を行わなければならないため、これにより、風力発電装置の安全性が向上する。

安全性を更に向上させるために、有利な更に発展した実施形態では、上述の異なるチェックを関連付け、全てのチェックが問題なく実行され確認された場合にのみ遠隔リセットを許可するチェックロジックが運転制御システムに保存される。詳細には、必要なチェックの一部、例えば、ネットワークパラメータまたは補助電源の状態のチェックは、運転制御システムによって自動的または半自動的に実行されうる。しかし、遠隔リセットは、基本的には、特別な資格を有する人物によって後に解放される。

更に、上記目的は、少なくとも１つの風力発電装置を有するエネルギー供給システムであって、風力発電装置と特に空間的に離れた位置に操作装置が設けられており、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置によって安全シャットダウンが起動された後に、操作装置によって、風力発電装置が動作のために解放されることをさらに特徴とするエネルギー供給システムによって解決される。

詳細には、風力発電装置にロック装置が設けられており、ロック装置が起動されると、風力発電装置の解放が操作装置によってブロックされる。風力発電装置のロック装置は、安全チェーンへの操作装置の能動的なアクセスをブロックし、ロック装置による解放後にのみ、安全チェーンまたは安全シャットダウンのリセットが、操作装置によって実行できるようにする。

ロック装置は、好ましくはサービススイッチとして設計される。ロック装置は、サービススイッチとして設計され、現場での保守目的のために起動された安全チェーンが、操作装置のリセットによって偶発的にキャンセルされないことを、現場の保守要員が保証できるように機能する。サービススイッチは、例えば風力発電装置のタワー基部および／またはナセルに配置される「手動ストップ」スイッチとして設計されてもよく、このスイッチは、「風力発電装置の停止」と、「ロック装置の起動」の二重の機能を有する。

また、ロック装置が起動されると、風力発電装置の安全チェーンおよび／または安全システムのリセット機能への操作装置のアクセスがブロックされることが望ましい。詳細には、安全チェーンまたは安全システムのリセット機能が、操作装置でブロックされる。このために、能動的なアクセスを阻止するための、詳細には安全シャットダウンのリセットをブロックするための、対応する装置が操作装置に提供される。

別法では、保守要員が制御端末を介して風力発電装置の運転制御コンピュータにログインして、ロック装置の起動が行われてもよい。この起動は、例えば、風力発電装置のタワー基部またはナセルの制御端末から行うことができる。

本発明の別の実施形態では、安全チェーンのリセットまたは操作装置による解放の場合には、風力発電装置で音声信号および／または光学信号が発せられる。詳細には、保守目的のために人が訪れるエリア、例えばタワー、マシンナセル、ローターハブ内部、では、この種の信号により、残っている可能性のある人に対して警告が発せられる。別法では、あるいはこれに加えて、信号を、風力発電装置のエリア内にいる人が一般に携帯している受信器（ワイヤレス受信機、「ビーパ」）に送信することもできる。これにより、遠隔リセットの場合に、上述した手段によって偶然発見されなかった風力発電装置にいる人へのリスクを最小限に抑えることができる。

更に、本発明によれば、上記の方法に従ってエネルギー供給システムが作動される。

また、上記の目的は、上記のロック装置を有して設計されるかこれを備えた風力発電装置であって、ロック装置が起動されると、安全チェーンまたは安全システムによる安全シャットダウン後に、操作装置による風力発電装置の解放がブロックされる風力発電装置によっても解決される。これにより、安全シャットダウン後のリセットがブロックされる。風力発電装置のリセットまたは解放は、ロック装置を解除した後でなければ行うことができない。

更に、風力発電装置またはエネルギー供給システムは、ロック装置の起動後、風力発電装置の解放のための操作装置が、パスワードの入力または認証の送信後にロック解除されることを更に特徴とする。特別に資格を有する従業員によるユニットの重要な運転データの例えば遠隔でのチェックの後、重要な運転データのポジティブチェックがなされた場合に、風力発電装置が、所定の熟練者の特別に保護されたアクセス権を使用して、再起動のために遠隔で解放される。

別法では、あるいはこれに加えて、風力発電装置またはエネルギー供給システムの場合、ロック装置の起動後、風力発電装置に人がいるかどうかがチェック後、人がいないと判定されると、風力発電装置の解放のために操作装置がロック解除される。続いて実行されるステップとしては、風力発電装置に従業員がいないこと、および／または「緊急停止」が行われていないことのチェック、遠隔監視制御センターでの、特別に資格を有する従業員による特に重要なユニットの運転データの遠隔チェック、およびポジティブチェックがなされた場合に、再起動のためのユニットの遠隔解放、の各ステップが挙げられる。

上記目的は、風力発電装置の安全チェーンであって、風力発電装置が安全シャットダウン後に動作のために解放されるように、風力発電装置の安全シャットダウンの起動後に、風力発電装置とは空間的に離れた位置にある操作装置によって、またはこれに関連して作動されるか作動可能となるリセットスイッチが設けられていることをさらに特徴とする安全チェーンによって解決される。

本発明によれば、風力発電装置の安全シャットダウンが行われる安全チェーンは、このため、遠隔監視制御センターの操作装置に関連して切り換えられるかまたは切り換え可能な一種の遠隔動作リセットスイッチを有する。これにより、安全シャットダウンの起動後に、遠隔監視制御センターの操作装置で複数のチェックが実行され、風力発電装置が機能しておりエラーが存在しない状態であるかどうかが判定された後に、風力発電装置の再起動が解放される。

安全チェーンはまた、緊急シャットダウン装置の少なくとも１つの手動作動スイッチが設けられ、スイッチの手動作動後、風力発電装置の安全シャットダウンが起動されることを更に特徴とする。スイッチの作動によって、風力発電装置の稼働部分が切断される、および／または、風力発電装置のローターブレードのブレーキプログラムが起動される。緊急シャットダウン装置による安全シャットダウンは、詳細には風力発電装置の操作要員または保守要員によって起動される。このために、複数の手動作動スイッチが、例えば、回転部品の近く、トップボックス内、グラウンドボックス内、コンバータの近くなどに設けられている。更に、手動作動スイッチは、キー操作スイッチとして設計されたサービススイッチでもあり、これは、キーを手で回すと、風力発電装置の安全シャットダウンを実施する。

好ましい実施形態によれば、センサによって起動可能な安全シャットダウン装置の少なくとも１つのスイッチが設けられ、スイッチの作動後風力発電装置の安全シャットダウンが起動されることがさらに提案される。

例えば、センサを使用してケーブルのねじれが監視される。更に、風力発電装置の振動のほか、ローターの回転速度の超過が記録され、ギアボックスおよびコントローラの回転速度の超過が、各センサの「監視役」の支援により記録される。詳細には、これにより、ナセルへの損傷を引き起こすおそれのあるマシンの部分が監視される。

更に、緊急シャットダウン装置の少なくとも１つのスイッチまたはそのいくつかのスイッチ、および安全シャットダウン装置の少なくとも１つのスイッチまたは複数のスイッチは、特に直列に接続されている。これにより、安全チェーンの安全な動作が保証される。遠隔監視制御センターの操作装置によって切り換えられるリセットスイッチに加えて、少なくとも１つの他のリセットスイッチが提供されるように、安全チェーンは、好ましくは複数のリセットスイッチを有する。このようなリセットスイッチは、手動または自動で作動させることができる。自動作動可能なリセットスイッチの一例が、風力発電装置のネットワークが、他のエラーのない風力発電装置のために切断された場合のネットワーク回復のためのリセットスイッチである。

リセットスイッチとしての手動ボタンが、例えばトップボックスまたはグラウンドボックスのほか、風力発電装置のほかの場所に設けられてもよい。

リセットスイッチは、それぞれのリセットスイッチから独立して安全チェーンをリセットできるように、互いに並行に接続されている。

緊急シャットダウン装置および／または安全シャットダウン装置によって、風力発電装置の可動部品の対応するブレーキプログラムが起動される。安全上の理由により、安全シャットダウンまたは対応するスイッチの起動後にユニットのシャットダウンが確実に行われるように、かつリレーの故障の場合のために、緊急シャットダウン装置および／または安全シャットダウン装置は、それぞれ、好ましくは少なくとも２つのスイッチリレーを有する。

更に、一実施形態によれば、操作装置による風力発電装置の解放は、緊急シャットダウン装置による緊急シャットダウンの場合にブロックされる。緊急停止後、「緊急停止」が現場で解除されるまで、遠隔リセットを行うことができない。

更に、上記安全チェーンは、緊急シャットダウン装置による緊急シャットダウンの場合、ローターが、特に機械式ブレーキ装置により停止されるか、および／または部品の電力が遮断されることを特徴とする。技術的に可能であれば、好ましくは、全ての部品が電源から切断される。

これに対して、安全シャットダウン装置による安全シャットダウンの場合、ローターは、ブレーキ装置によって、低負荷モードまたは状態、特にトランドル（trundle）状態に移行される。

本発明によれば、緊急シャットダウン装置および／または安全シャットダウン装置は、安全シャットダウンの形態が異なる。安全シャットダウンの場合、ユニットは、ブレーキシステム、特にブレード調整、の起動により、安全なユニット状態に移行される。しかし、ローターは停止されず、低負荷のトランドル状態に保たれる。更に、全てのシステムが、電力を遮断されるとは限らず、例えばウインドトラッキングシステムは動作中のままである。更に、本発明によれば、対応するチェックの後に、遠隔リセットが可能となる。

緊急シャットダウン装置の場合、ローターをできるだけすぐに完全停止させるために、機械式ブレーキ装置も直接作動される。更に、可能であれば、全ての部品が電源から切断される、すなわち、ウインドトラッキングなどのシステムもオフにされる。唯一の例外は、補助電源によってバッファされたブレード調整などのシステムであり、これは、安全チェーンの起動時に、ローターブレードをブレーキ/フェザリング（feathering）位置に移動させるために、電気的に動作させる必要もある。

２つの安全チェーン機能、すなわち、緊急シャットダウン装置および／または安全シャットダウン装置、による段階的動作（stepping）は、緊急停止リレーによる中間ピックアップを有する直列接続によって実現される。

詳細には、好ましくは、無停電電源が安全チェーンにも提供され、これにより、風力発電装置または安全チェーンの信頼性の高い動作が実現される。

安全チェーンが、有線スイッチ、特に固定配線スイッチとして設計されることもまた有利である。これにより、落雷後であっても安全性が最大限に確保される。

更に、上記目的は、上記の本発明による安全チェーンを備えて設計された風力エネルギーユニットによって解決される。

本発明の一般的な目的を制限することなく、本発明を、図面を参照して例示的な実施形態に基づいて下記に記載する。本文において詳細に説明されない本発明に係る全ての詳細の開示に関しては、図面を特に参照する。

風力発電装置の概略図を示す。 風力発電装置の主要部品の概略ブロック図を示す。 安全チェーンの概略回路図を示す。

以下の図面において、同じまたは類似するタイプの要素または対応する部品には、要素の重複を防ぐために、同じ参照符号が付されている。

図１は、風力発電装置１０の概略図を示す。風力発電装置１０は、タワー１１と、ローターハブ９に取り付けられた３枚のローターブレード１４を有するローター１２を有する。ローターハブ９は、ローターシャフト１３に連結されている。風が吹くと、ローター１２が公知のように回転する。ローター１２に接続されているか、またはローターハブ９とローターシャフト１３を介して接続されている発電機から電力を生成でき、消費者ネットワークに供給されうる。

図２は、風力発電装置１０の主要部品の概略図を示す。運転制御装置または運転制御システムとも呼ばれる運転制御部１５は、風力発電装置１０の動作を制御および／または調整する。運転制御部１５と協調しているのが、安全監視部１６であり、安全チェーン２０に接続されている。安全チェーン２０は、例えば、振動検出装置、手動（緊急停止）スイッチおよび回転速度スイッチリレーを有する。安全チェーン２０は、例えば、激しい振動や、操作要員による緊急停止スイッチの作動などの、安全に関わる事象の発生時に、風力発電装置をシャットダウンして、危険のない状態に移行させる役割を担う。安全チェーン２０は、ハードウェアチェーンとして設計することができる。

安全チェーン２０が起動されると、発電機２３がネットワーク２５から切り離され（電気的部品２１への矢印によって示される）、ローターシャフト１３または高速シャフト２２が、例えばブレード調整部１８または機械式ブレーキ１９を介して制動される。あるいはまた、調節装置１７などの１つ以上の調整または制御装置が直接バイパスされる（図示なし）。また、この安全監視部１６は、運転制御部１５の機能をチェックするように設計されうる。このため、安全監視部１６は、好ましくは一種の監視役（watch
dog）として設計される。破線で示すように、運転制御部１５´が、安全監視部１６を含んでもよい。これは、安全監視部１６と統合されている運転制御部１５´である。

更に、安全チェーン２０は、運転制御システムまたは運転制御部１５，１５´に接続され、安全シャットダウン中に外部の操作装置４１に接続される。操作装置４１は、風力発電装置１０の外部、例えば遠隔監視制御センターに設置されている。安全チェーン２０を介した安全シャットダウンの起動後に、操作装置４１にメッセージが送信され、この結果、風力発電装置がシャットダウンされたことが、遠隔監視制御センターに記録される。

安全シャットダウン後に、重要な動作パラメータの遠隔問合せが実行され、この運転データに基づいて、停止された風力発電装置１０が再起動可能であるかどうかがチェックされうる。このために、運転制御部１５，１５´の視覚的記録が、ナセルまたは近くの風力発電装置にある外付けカメラ４２または内部カメラ４３を介して、操作装置４１に送信される。

本発明の枠組み内で、１台に限らず、複数台のカメラ４２が、ナセルの外側および内側の、安全に関わる場所に設置されており、対応する画像データを操作装置４１に送信することが可能である。現在の運転データまたは画像データに基づいて、遠隔監視制御センターの操作要員により対応するチェックが実行され、然るべき権限を有する人物が、安全シャットダウン後に、風力発電装置１０のリセットまたは解放を許可するが、これは、風力発電装置１０が適切に動作していることが確認され、かつ操作装置４１に１つ以上の対応するセキュリティコードが入力された場合に限られる。

更に、風力発電装置１０の対応するセンサによって、風力発電装置１０に人がいるかどうかが判定される。この種のセンサは、図２に概略的に示され、参照符号４４によって示されている。例えば、センサ４４は、動きセンサなどの形で設計され、運転制御部１５，１５´に接続されている。

運転制御部１５，１５´は、対応する電子データラインを介して、調整装置１７およびブレード調整部１８のほか、機械式ブレーキ１９にも接続されている。ブレード調整部１８は、詳細にはアクチュエータであり、ローターブレード１４のブレード調整が確実に行われるようにする。したがって、機械式ブレーキ１９はアクチュエータであり、この例示的な実施形態では、機械式ブレーキ１９が高速シャフト２２に作用するようにさせる。機械式ブレーキ１９は、ローターシャフト１３にも作用するが、これは図示されていない。

参照符号２６はデータ接続を示しており、ローターブレード１４の１つ以上のローターブレード角度を、運転制御部１５または１５´に伝えている。参照符号２７はデータ接続を示しており、高速シャフト２２の実際の回転速度を、運転制御部１５または１５´に伝えている。更に、シャフト２２またはシャフト２２上のセンサが、接続ライン３２を介して安全チェーン２０に接続されており、この接続ラインを介して回転速度の超過が検出されると、対応する信号が１つのセンサ（ここでは図示なし）から安全チェーン２０に送信される。その結果、例えば安全チェーン２０によって風力発電装置の安全シャットダウンが起動される。参照符号３０はデータラインを示しており、干渉信号（この例示的な実施形態では電気的部品２１によって発せられる）を、運転制御部１５または１５´に伝えている。

図２の例示的な実施形態では、操作装置４１と、風力発電装置に設けられたカメラ４２，４３およびセンサ４４間の通信は、運転制御部１５，１５´または運転制御システムを介して行われる。別法では、この目的のために、追加の通信装置が存在していてもよい。更に、カメラ４２，４３およびセンサ４４と、操作装置４１間で直接通信が行われてもよい。

安全チェーン２０によって安全シャットダウンが起動されると、対応するメッセージまたは信号が、運転制御部１５を介して操作装置４１に送信される。別法では、安全チェーン２０と操作装置４１の間に直接接続ライン３３が提供されてもよい。次に、操作装置４１は、運転制御部１５，１５´から現在の運転データまたは追加のデータを受信するために、接続ライン３４を介して運転制御部１５，１５´と通信し、遠隔監視制御センターにおいて詳細な評価を受けることができる。

風力発電装置１０は、以下のように動作する。風が吹くと（参照符号３１）、ローター１２が回転方向２９に沿って回転する。これによりローターシャフト９も回転し、例えば、伝達比１:１００でギアボックス２４を有する高速シャフト２２を回転させる。これにより発電機２３に電圧が発生し、この電圧が、電気的部品２１において調整、変圧され、および／または交流電圧に変換される。電気的部品２１の出力には、ネットワーク２５への接続が設けられ、このネットワークを介して電圧または電力が消費者に供給される。風力発電装置のための一般に知られている調整および管理の概念は、例えば、上述した「Windkraft Systemauslegung, Netzintegration
und Regelung（風力発電システム設計、グリッド統合および制御）」（Siegfried Heier著）というテキストの第５章に開示されている。

図３は、風力発電装置において使用され、電源から切断される安全チェーン２０の概略図を示す。

安全チェーン２０は、有線スイッチ、特に配線スイッチであり、無停電電源４５を有する。この種のいわゆるＵＰＳは、当業者に公知である。また、電源として、例えばバッテリが設けられてもよい。

緊急シャットダウン装置ＮＡの場合、直列に接続された手動スイッチ４６．１、４６．２、４６．３、…が、トップボックス、グラウンドボックス、タワー基部、コンバータキャビネット、および風力発電装置のほかの場所に、緊急停止スイッチとして配置され、電源４５に接続されている。更に、別のキー操作スイッチ４７が、他の手動作動スイッチ４６．１、４６．２、４６．３、…に直列に接続されており、このスイッチ４７は、保守要員により、対応するキーによって起動される。このタイプのキー操作スイッチ４７は、サービススイッチとも呼ばれ、例えば、ブレード調整装置の保守のために、トップボックス（ナセル内の制御キャビネット）に設けられている。

緊急シャットダウン装置ＮＡは、全ての稼働部品と全ての回転部品をシャットダウンする。稼働部品は、緊急シャットダウン装置ＮＡの起動時に、可能であれば電源から切断される。風力発電装置の安全シャットダウンが行われるように、スイッチは、スイッチ４６．１、４６．２、４６．３、…、４７のうちの１つが起動されるとオープンとなる。この「緊急停止」により、接続されているリレー４８，４９がオープンとなる（フェイルセーフ構成）。

ループが遮断されると、安全シャットダウンが行われるように、自己保持リレー４８，４９が降下する（fall）。リレー４８，４９は、例えば風力発電装置のブレーキを制御し、例えばブレーキプログラムを起動させる。

更に、安全シャットダウン装置ＳＡの追加のスイッチ５６．１、５６．２、５６．３、…が、手動作動スイッチ４６．１、４６．２、４６．３、…、４７に直列に接続されており、安全シャットダウン装置ＳＡのスイッチは、センサによって切り換えられる。スイッチ５６．１、５６．２、５６．３、…に対応しているセンサは、マシンの可動部品などを監視する。例えば、２つのセンサによってケーブルのねじれ（時計回りおよび反時計回り）が監視される。更に、振動、ローターおよびギアボックスの回転速度の超過の定期チェック、および運転制御システムの監視（監視役）が行われる。

緊急シャットダウン装置ＮＡまたは安全シャットダウン装置ＳＡによる安全シャットダウン後に、風力発電装置の再開を可能にするために、自己保持リレー６１．１および各種リセットスイッチ６１．２、６１．３、...は相互に並列に、スイッチ４６．１、４６．２、４６．３、…、４７、および別のスイッチ５６．１、５６．２、５６．３、...に対しては直列に切り換えられる。このため、各種リセットスイッチ６１．２、６１．３、...が提供される。これらのリセットスイッチ６１．２、６１．３、...のは、例えばトップボックスやグラウンドボックスの適切な場所に、機械的に起動可能なスイッチとしてともに設計することができる。

更に、ネットワーク回復のためのリセットスイッチも存在する。自己保持スイッチ６１．１は、風力発電装置の正常動作中はクローズされている。図３は、切断状態の安全チェーン２０を示している。

本発明による更なるリセットスイッチとして、安全チェーン２０はリセットスイッチ６２を有し、これは図３に概略的に示した遠隔監視制御センターの操作装置４１によって遠隔で切り換えられる。安全シャットダウンは、センサ切替スイッチ５６．１、５６．２、５６．３、...が起動されると実行される。本発明の概念により、遠隔監視制御センターでの確認後に、リセットスイッチ６２が、操作装置４１によって遠隔で作動され、これにより風力発電装置１０が再起動されるように、リレー５８，５９が降下する（fall）。全てのセンサにエラーがなければ、安全チェーン２０がリセットされる。また、安全シャットダウン装置ＳＡによって開始される安全シャットダウンは、風力発電装置の部品のための対応するブレーキプログラムも実行する。

９ ローターハブ
１０ 風力発電装置
１１ タワー
１２ ローター
１３ ローターシャフト
１４ ローターブレード
１５ 運転制御部
１５´ 安全監視部と一体化された運転制御部
１６ 安全監視部
１７ コントローラ
１８ ブレード調整部
１９ 機械式ブレーキ
２０ 安全チェーン
２１ 電気的部品
２２ 高速シャフト
２３ 発電機（ランナおよび固定子を含む）
２４ ギアボックス
２５ ネットワーク
２６ データ接続
２７ データ接続
２８ 角度調整
２９ 回転方向
３０ 干渉信号
３１ 風
３２ 接続ライン
３３ 接続ライン
３４ 接続ライン
４１ 操作装置
４２ カメラ
４３ カメラ
４４ センサ
４５ 電源
４６．１，４６．２，４６．３ スイッチ
４７ キー操作スイッチ
４８ リレー（緊急停止）
４９ リレー（緊急停止）
５６．１，５６．２，５６．３ スイッチ
６１.１ 自己保持スイッチ
６１．２，６１．３ リセットスイッチ
６２ リセットスイッチ
ＮＡ 緊急シャットダウン装置
ＳＡ 安全シャットダウン装置
５８ リレー（安全停止）
５９ リレー（安全停止）

Claims (26)

1. 風力発電装置（１０）の運転方法であって、
   運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置（ＳＡ）によってシャットダウン信号がトリガされた後に、前記風力発電装置（１０）をシャットダウンするステップと、
   前記風力発電装置（１０）とは空間的に離れている操作装置（４１）による安全シャットダウン後の動作のために、前記風力発電装置（１０）を解放するステップと、
   前記風力発電装置（１０）にロック装置を設けるステップであって、前記ロック装置の起動の際に、前記操作装置（４１）による前記風力発電装置（１０）の解放が防止される、ステップと、
   を含む、方法。
2. 前記安全シャットダウン後かつ前記風力発電装置（１０）の解放前に、前記風力発電装置（１０）は、前記風力発電装置（１０）に関するおよび／または前記風力発電装置（１０）からの所定の運転データに基づいて遠隔でチェックされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記風力発電装置（１０）の安全シャットダウン後および／またはその間に、前記風力発電装置（１０）における人の存在がチェックされる、請求項１に記載の方法。
4. 前記風力発電装置（１０）の解放が文書化される、請求項１に記載の方法。
5. 前記風力発電装置（１０）は、人および／または機能エラーおよび／またはハードウェアに関連するセキュリティコードのロック解除後の動作のために解放される、請求項１に記載の方法。
6. 前記操作装置（４１）は、前記風力発電装置（１０）の安全シャットダウン後および／またはその間に通知を受ける、請求項１に記載の方法。
7. 前記風力発電装置（１０）の解放の回数が、所定の期間内に制限される、請求項１に記載の方法。
8. 少なくとも１つの風力発電装置（１０）を備えるエネルギー供給システムであって、前記風力発電装置（１０）とは空間的に離れている操作装置（４１）は、前記操作装置（４１）によって、前記風力発電装置（１０）が、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置（ＳＡ）によって起動された安全シャットダウン後の動作のために解放されるように設けられており、前記風力発電装置（１０）にロック装置が設けられており、前記ロック装置の起動の際に、前記風力発電装置（１０）の解放が前記操作装置（４１）によってロックされる、エネルギー供給システム。
9. 前記ロック装置はサービススイッチとして設計されている、請求項８に記載のエネルギー供給システム。
10. 前記ロック装置の起動の際に、前記風力発電装置（１０）の安全チェーンおよび／または安全システムのリセット機能への前記操作装置（４１）のアクセスがブロックされる、請求項８に記載のエネルギー供給システム。
11. 風力発電装置（１０）であって、前記風力発電装置（１０）に設けられたロック装置を備え、前記ロック装置の起動の際に、前記風力発電装置（１０）の解放が、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置（ＳＡ）によって起動された安全シャットダウン後に操作装置（４１）によってブロックされる、風力発電装置（１０）。
12. 前記ロック装置はサービススイッチとして設計されている、請求項１１に記載の風力発電装置（１０）。
13. 前記ロック装置の起動の際に、前記風力発電装置（１０）の安全チェーン（２０）および／または安全システムのリセット機能への前記操作装置（４１）のアクセスがブロックされる、請求項１１に記載の風力発電装置（１０）。
14. 前記ロック装置の起動後に、前記風力発電装置（１０）の解放のための前記操作装置（４１）が、パスワードの入力または認証の送信後にロック解除される、請求項１３に記載の風力発電装置（１０）。
15. 前記ロック装置の起動後に、前記風力発電装置（１０）の解放のための前記操作装置（４１）が、前記風力発電装置（１０）における人の存在または不在をチェックし、人が不在であると判定された後にロック解除される、請求項１３に記載の風力発電装置（１０）。
16. 安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）であって、前記風力発電装置（１０）の安全シャットダウンの起動後に、運転制御システムより論理的に上位の安全シャットダウン装置（ＳＡ）によって、前記風力発電装置（１０）が安全シャットダウン後の動作のために解放されるように、前記風力発電装置（１０）とは空間的に離れている操作装置（４１）によってまたは前記操作装置（４１）と関連して作動されるかまたは作動可能となるリセットスイッチ（６２）を備える安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）であって、緊急シャットダウン装置（ＮＡ）の少なくとも１つの手動作動スイッチ（４６．１、４６．２、４６．３、４７）は、前記スイッチ（４６．１、４６．２、４６．３、４７）の手動作動後に、前記風力発電装置（１０）の安全シャットダウンが起動されるように設けられている、風力発電装置（１０）。
17. センサによって作動可能な安全シャットダウン装置（ＳＡ）の少なくとも１つのスイッチ（５６．１、５６．２、５６．３）が、前記スイッチ（５６．１、５６．２、５６．３）の作動後に、前記風力発電装置（１０）の安全シャットダウンが起動されるように設けられている、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
18. 前記緊急シャットダウン装置（ＮＡ）の前記少なくとも１つのスイッチ（４６．１、４６．２、４６．３、４７）と、前記安全シャットダウン装置（ＳＡ）の前記少なくとも１つのスイッチ（５６．１、５６．２、５６．３）とは直列に接続されている、請求項１７に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
19. 前記緊急シャットダウン装置（ＮＡ）による緊急シャットダウンの場合に、前記風力発電装置（１０）の解放が前記操作装置（４１）によってブロックされる、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
20. 前記緊急シャットダウン装置（ＮＡ）による緊急シャットダウンの場合に、前記風力発電装置（１０）のローターが機械式ブレーキ装置により停止されるか、かつ／または部品から電力が遮断される、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
21. 前記安全シャットダウン装置（ＳＡ）による安全シャットダウンの場合に、前記風力発電装置（１０）のローターは、ブレーキ装置によって低負荷モードまたは低負荷状態に移行される、請求項１７に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
22. 少なくとも１つの他のリセットスイッチ（６１．１、６１．２、６１．３）が設けられている、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
23. 複数のリセットスイッチ（６１．１、６１．２、６１．３、６２）が互いに並列に接続されている、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
24. 前記緊急シャットダウン装置（ＮＡ）および／または前記安全シャットダウン装置（ＳＡ）は、それぞれ、１つのスイッチリレー（４８、４９、５８、５９）を有する、請求項１７に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
25. 無停電電源（４５）が設けられている、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。
26. 前記安全チェーン（２０）は有線スイッチとして設計されている、請求項１６に記載の安全チェーン（２０）を有する風力発電装置（１０）。

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