CN109667706A - 风力发电装置及其控制方法和控制程序 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能够以简便的处理准确且迅速地判定有无异常的风力发电装置及其控制方法和控制程序。风力发电装置(1)具备：塔部(3)；多个风车部(5)，分别具有转子、设于转子的叶片及利用转子的旋转力来进行发电的发电机；支撑部件(4)，与塔部(3)连接，支撑多个风车部(5)；检测部(6)，检测表示多个风车部(5)中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及异常判定部(7)，基于由检测部(6)检测出的多个风车部(5)的运行状态来判定各风车部(5)有无异常。

Description

风力发电装置及其控制方法和控制程序

技术领域

本发明涉及风力发电装置及其控制方法和控制程序。

背景技术

风力发电装置通常为对于一个塔部仅设置一个风车部的结构(单转子式)，但是也已知有对于一个塔部设置多个风车部的、所谓的多转子式风力发电装置。在多转子式风力发电装置中，风车部的合计受风面积变大，能够从一个塔部得到的发电量(输出)变大。

下述专利文献1及2公开了与多转子式风力发电装置相关的技术。

现有技术文献

专利文献1：国际公开第2017/108057号

专利文献2：德国专利发明第102012020052号说明书

发明内容

发明所要解决的课题

在以往的单转子式的风力发电装置中，为了检测装置的异常状态，使用有对实际的运行状态与基于过去的存储数据的正常模型进行比较的方法。然而，在上述以往方法中，需要生成与各种运行状态对应的正常模型，另外，为了生成正常模型必须存储庞大的运行数据。另外，由于实际的运行状态多种多样(例如，叶片的俯仰角的设定值与风车部的横摆角的设定值的组合等)，因此也有可能无法得到用于比较的正常模型。

另外，在多转子式风力发电装置中，对于一个塔部设有多个风车部，因此在一个风车部进行异常运行的情况下，有可能对其他风车部造成影响(例如，不平衡等)。因此，尤其是在多转子式风力发电装置中，期望迅速地判定各风车部有无异常。

另外，在单转子式的风力发电装置中，在产生了异常的情况下，通常进行强制地使风车部紧急停止的控制。在多转子式的风力发电装置中具备多个风车部，因此在进行上述那样的针对异常的紧急停止控制的情况下，多个风车部中的至少一个风车部紧急停止。因此，在多转子式的风力发电装置中，当进行紧急停止控制时，在一个塔部中混有进行紧急停止的风车部与不进行紧急停止控制的正常运行的风车部。由此，有时在风力发电装置中产生不平衡，对风力发电装置整体作用有过大的载荷。由于当产生了过大的载荷时会导致风力发电装置的破损等，因此需要在多转子式的风力发电装置中预测在风力发电装置的各部分产生的载荷。

在进行紧急停止控制的情况下，能够通过预测在风力发电装置的各部分产生的载荷，来进行用于抑制载荷的风车部整体的协调控制等。

本发明鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供能够以简便的处理准确且迅速地判定有无异常的风力发电装置及其控制方法和控制程序。

用于解决课题的技术方案

本发明的第一技术方案为一种风力发电装置，上述风力发电装置具备：塔部；多个风车部，分别具有转子、设于上述转子的叶片及利用上述转子的旋转力来进行发电的发电机；支撑部件，与上述塔部连接，支撑上述多个风车部；检测部，检测表示上述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及异常判定部，基于由上述检测部检测出的上述多个风车部的上述运行状态来判定各上述风车部有无异常。

根据上述那样的结构，多个风车部分别具有转子、设于转子的叶片及利用转子的旋转力来进行发电的发电机，各风车部由与塔部连接的支撑部件支撑。由此，在塔部上经由支撑部件而设置有多个风车部。因此，各风车部配置在风的状况较为接近的环境(风况)下，受到同一方向上的风而旋转来发电。另外，在放置于大致相同的风况下的多个风车部中，假设正常运行时的运行状态相互大致一致。在本发明中，检测部检测多个风车部中的各风车部的运行状态，基于检测出的多个风车部的运行状态来判定各风车部有无异常。因此，能够准确且迅速地判定风车部是否产生异常。另外，在以往的异常监视方法中，对实际的运行状态与基于过往存储的数据的正常模型进行比较。然而，根据上述那样的结构，不需要以往方法那样的庞大数据及正常模型，能够以简便的处理准确地判定有无异常。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述异常判定部基于表示上述多个风车部的上述运行状态的预定参数的瞬时值来判定上述风车部有无异常。

根据上述那样的结构，由于基于运行状态的瞬时值来进行异常判定，因此能够准确且迅速地判定有无异常。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，表示上述运行状态的预定参数的瞬时值是上述多个风车部的压力、温度、上述转子的转速、上述发电机的转速及振动等级中的至少任一个的瞬时值。

根据上述那样的结构，在放置于大致相同的风况下的多个风车部进行正常的运行的情况下，假设压力、温度、转子的转速、发电机的转速及振动等级的各参数的瞬时值在配置的全部风车部中大致相等。因此，通过使用上述参数，能够更高精度地判定有无异常。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述异常判定部基于表示上述多个风车部的上述运行状态的预定参数的累计值来判定上述风车部有无异常。

根据上述那样的结构，由于基于运行状态的累计值来进行异常判定，因此能够准确且迅速地判定有无异常。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，表示上述运行状态的预定参数的累计值是上述多个风车部的应力及上述叶片的俯仰角中的至少任一个的累计值。

根据上述那样的结构，在放置于大致相同的风况下的多个风车部进行正常的运行的情况下，假设应力及叶片的俯仰角的各参数的累计值在配置的全部风车部中大致相等。因此，通过使用上述参数，能够更高精度地判定有无异常。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述异常判定部计算表示上述多个风车部的上述运行状态的预定参数的值的平均值及偏差，将偏差比预先设定的阈值大的上述运行状态下的风车部判定为存在异常。

根据上述那样的结构，由于能够确定出成为从表示多个风车部的运行状态的预定参数的值的平均值较大地乖离的运行状态的风车部，因此能够以简便的处理准确地进行异常的判定。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，所述风力发电装置具备：假想模型生成部，基于由上述检测部计测出的运行状态而生成与上述风力发电装置对应的假想模型；及载荷预测部，在由上述异常判定部判定出风车部的异常的情况下，上述载荷预测部使用上述假想模型，并基于与被判定为异常的风车部的紧急停止相关的信息和与除了被判定为异常的风车部以外的风车部的当前运行状态相关的信息，来预测在上述风力发电装置的各部分产生的载荷。

根据上述那样的结构，多个风车部分别具有转子、设于转子的叶片及利用转子的旋转力来进行发电的发电机，各风车部由与塔部连接的支撑部件支撑。由此，在塔部上经由支撑部件而设置有多个风车部。因此，各风车部配置在风的状况较为接近的环境(风况)下，受到同一方向上的风而旋转来发电。另外，在多个风车部中的任一个风车部产生了异常的情况下，能够使用基于实际计测的运行状态而生成的风力发电装置的假想模型，预测因紧急停止而产生的风力发电装置的各部分的载荷。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，在由上述载荷预测部预测出的载荷为预先设定的阈值以上的情况下，使用上述假想模型，使除了被判定为异常的风车部以外的风车部的控制参数变动，来推定出使由上述载荷预测部预测出的载荷最小那样的上述控制参数的设定值。

根据上述那样的结构，在预测到载荷会超出预先设定的阈值那样的重大的危险的情况下，使用假想模型，使除了被判定为异常的风车部以外的风车部的控制参数变动地进行模拟，推定出使预测出的载荷最小那样的控制参数的设定值。由此，能够获得用于有效地抑制载荷的、风车部(除了被判定为异常的风车部以外的风车部)的控制参数的设定值。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述风力发电装置具备控制部，在上述风力发电装置产生由上述载荷预测部预料到的载荷之前，上述控制部基于由上述推定部推定出的上述设定值控制除了进行紧急停止的风车部以外的风车部。

根据上述那样的结构，在风力发电装置产生由载荷预测部预测出的载荷之前，基于推定出的设定值来控制除了被判定为异常的风车部以外的风车部。由此，能够在实际产生因紧急停止而产生的载荷之前，控制不进行紧急停止的风车部的控制参数来抑制实际产生的载荷。因此，能够有效地抑制因紧急停止而产生的载荷对风力发电装置造成的影响，能够防止构成风力发电装置的各部件等中的疲劳和故障。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述控制参数是叶片的俯仰角、风车部的横摆角、发电机的最大转速中的至少任一个。

根据上述那样的结构，作为控制参数，使用叶片的俯仰角、风车部的横摆角、发电机的最大转速中的至少任一个，从而能够有效地控制除了被判定为异常的风车部以外的风车部的运行状态。

在上述风力发电装置的基础上，也可以是，上述风力发电装置具备假想模型修正部，在未由上述异常判定部判定出风车部的异常的情况下，上述假想模型修正部基于由上述检测部计测出的运行状态而修正上述假想模型。

根据上述那样的结构，在进行未判定出异常的正常运行的情况下，基于计测出的运行状态来修正假想模型，因此假想模型的精度提高，载荷预测等的精度也提高。

本发明的第二技术方案是一种风力发电装置的控制方法，上述风力发电装置具备：塔部；多个风车部，分别具有转子、设于上述转子的叶片及利用上述转子的旋转力来进行发电的发电机；及支撑部件，与上述塔部连接，支撑上述多个风车部，上述风力发电装置的控制方法具有如下的工序：检测工序，检测表示上述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及异常判定工序，基于通过上述检测工序而检测出的上述多个风车部的上述运行状态来判定各上述风车部有无异常。

本发明的第三技术方案是一种风力发电装置的控制程序，上述风力发电装置具备：塔部；多个风车部，分别具有转子、设于上述转子的叶片及利用上述转子的旋转力来进行发电的发电机；及支撑部件，与上述塔部连接，支撑上述多个风车部，上述风力发电装置的控制程序用于使计算机执行如下的处理：检测处理，检测表示上述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及异常判定处理，基于通过上述检测处理而检测出的上述多个风车部的上述运行状态来判定各上述风车部有无异常。

发明效果

根据本发明，起到了能够以简便的处理准确且迅速地判定有无异常这样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置的概要结构的图。

图2是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置中的异常判定部具备的功能的功能框图。

图3是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置中的第一异常判定部进行的异常判定处理的流程图的图。

图4是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置的变形例中的第一异常判定部进行的异常判定处理的流程图的图。

图5是表示本发明的第二实施方式的风力发电装置的概要结构的图。

图6是表示本发明的第二实施方式的风力发电装置中的控制装置具备的功能的功能框图。

图7是表示本发明的第二实施方式的风力发电装置中的控制装置进行的载荷抑制控制的流程图的图。

具体实施方式

〔第一实施方式〕

以下，参照附图来说明本发明的风力发电装置及其控制方法和控制程序的第一实施方式。

图1是表示本发明的第一实施方式的风力发电装置1的概要结构的图。如图1所示，本实施方式的风力发电装置1具备塔部3、支撑部件4、风车部5、检测部6及异常判定部7作为主要的结构。风力发电装置1为了将产生的电力向电力系统输送而被系统联接，且设置于陆上或者海上。另外，风力发电装置1除了向电力系统供给电力以外，也可以直接向工厂或其他设备或蓄电设备供给电力。另外，将本实施方式中的风力发电装置1作为具备两台风车部5的多转子式的风力发电装置1来进行说明，但是风车部5的数量不限于此，能够适当地变更。在以下的说明中，在区分各风车部5地进行说明的情况下，设为风车部5A、5B，在不区分各风车部5的情况下仅标注附图标记5。另外，检测部6及异常判定部7能够通过通用的计算机来实现，也可以经由网络而与塔部3、支撑部件4、风车部5等连接，远程进行各种处理。检测部6在接收到由风车部5所具备的传感器取得的信息时，基于取得的信息来检测表示运行状态的预定参数的值。

塔部3具有在一个方向上较长的构造，塔部3的基础部以使轴向相对于设置面形成为垂直方向的方式设于设置面。塔部3例如可以是一个圆柱状部件，也可以组合多个长条状部件而构成。

支撑部件4例如是在一个方向上较长的部件，作为一端侧的基部与塔部3连接，在作为另一端侧的前端侧支撑风车部5。在一个支撑部件4上设置一台风车部5的情况下，在塔部3上连接与风车部5相同数量的支撑部件4。支撑部件4可以是圆柱状等长条状部件，也可以是具有组合多个部件而成的桁架构造的部件。另外，支撑部件4也可以由主要负担压缩力的长条状部件和负担拉伸力的缆线部件等构成。

风车部5具有机舱、收纳在机舱内的转子及发电机、设置于转子的前端的转子头、设于转子头的多片(例如三片)叶片等。

机舱设置于支撑部件4的上部或者下部，在内部具备转子和增速机、发电机等。在机舱的一端侧设有转子头。转子能够绕着几乎水平的轴线进行旋转。转子的一端侧与转子头连接，转子的另一端侧例如直接与发电机连接或者经由增速机或者液压泵、液压马达而与发电机连接。利用通过转子绕轴旋转而产生的旋转力来驱动发电机而进行发电。

叶片在转子头上呈放射状地安装有多片。多片叶片通过承受风而以转子为中心旋转。叶片经由俯仰控制用的回转轮轴承而与转子头连接，能够绕着沿叶片长度方向延伸的叶片轴转动。由此，对叶片的俯仰角进行调整。

机舱相对于支撑部件4在大致水平面上回转，使转子头的方向对应于风向地使叶片的旋转面与风向正对。将机舱在大致水平面上的回转称作横摆(yaw)回转。机舱经由与机舱和支撑部件4连接的横摆回转轮轴承而进行回转。

检测部6检测表示多个风车部5中的各风车部5的运行状态的预定参数的值。具体地说，检测部6针对风车部5A及风车部5B地设置，检测压力、温度、转子的转速、发电机的转速、振动等级、应力及叶片的俯仰角中的至少任一个作为风车部5A及风车部5B的运行状态。压力是使叶片的俯仰角动作的控制油的压力。温度是与通过构成风车部5的各设备(例如，发电机)运行而产生的热量对应的温度。另外，温度也可以设为转子头或机舱的温度、控制面板的温度。转子的转速是构成风车部5的转子的转速。发电机的转速是构成风车部5的发电机的转速。振动等级是由于风车部5运行而产生的振动的等级(强度)。应力是在构成风车部5的叶片受到基于风的外力时在叶片的内部产生的力(负担)。另外，关于应力，不限于在叶片上产生的应力，也可以将整个构造物作为对象。叶片的俯仰角是叶片相对于叶片旋转轴(受风面)的角度。

另外，在本实施方式中，关于检测部6，对通过检测部6检测转子的转速及应力的情况进行说明。即，在本实施方式的检测部6中，检测风车部5A及风车部5B各自的转子的转速及应力，并将检测结果向异常判定部7输出。另外，对于上述其他参数(压力、温度、发电机的转速、振动等级及叶片的俯仰角)，也能够与本实施方式所说明的检测转子的转速及应力的情况相同地应用。另外，将上述参数中的、在瞬时值之间进行比较的参数(压力、温度、转子的转速、发电机的转速及振动等级)向异常判定部7中的第一异常判定部21输出，将在累计值之间进行比较的参数(应力及叶片的俯仰角)向异常判定部7中的第二异常判定部23输出。另外，上述各参数是表示各风车部5的运行状态的参数的一例，即使是除了上述参数以外的参数，只要是能够表示各风车部5的运行状态的可测定的物理量，则也能够使用。

异常判定部7基于由检测部6检测出的多个风车部5的运行状态，来判定各风车部5有无异常。本实施方式的风车部5A及风车部5B放置于风况较为接近(大致相同)的环境下，因此假设在正常进行运行的情况下，接收大致相同的风能，以大致相同的运行状态进行发电。即，在多转子式的风力发电装置1中，设置的多个风车部5在正常进行运行的情况下成为大致相同的运行状态。因此，能够通过取得各风车部5的运行状态，判定运行状态是否相互相同，来检测各风车部5的异常状态。更加具体地说，异常判定部7计算表示多个风车部5的运行状态的预定参数的值的平均值及偏差，将偏差比预先设定的阈值大的运行状态下的风车部5判定为存在异常。另外，异常判定详见后述。

异常判定部7例如具备未图示的CPU(中央运算装置)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)等存储器及计算机能够读取的记录介质等。用于实现后述的各种功能的一系列的处理的过程以程序的形式被记录于记录介质等，CPU通过在RAM等中读出该程序并执行信息的加工、运算处理来实现后述的各种功能。

图2是表示异常判定部7具备的功能的功能框图。如图2所示，异常判定部7具备：第一异常判定部21、累计部22、第二异常判定部23及判定结果输出部24。

第一异常判定部21基于表示多个风车部5的运行状态的预定参数的瞬时值，来判定风车部5有无异常。具体地说，向第一异常判定部21输入由检测部6检测出的风车部5A的转子的转速和风车部5B的转子的转速。并且，计算输入的各转子的转速的平均值及偏差，将偏差比预先设定的阈值大的运行状态下的风车部5判定为存在异常。阈值被设定为在设置的多个风车部5中产生了偏差的情况下能够允许的(不被认定为异常的)偏差范围。另外，阈值针对每个表示运行状态的预定参数地设定。在本实施方式中，说明设有两台风车部5的情况，因此，换言之，上述判定处理判定风车部5A的转子的转速与风车部5B的转子的转速之差是否发生乖离。然而，在设有三台以上的风车部5的情况下，以表示运行状态的参数的值的平均值及偏差为基础的方式较为高效。关于设有三台以上的风车部5的情况，在后文作为变形例进行叙述。

累计部22对由检测部6检测出的表示运行状态的参数中的、通过累计而表示物理意义的参数进行累计处理。具体地说，向累计部22输入有由检测部6检测出的风车部5A的应力和风车部5B的应力。应力是构成风车部5的叶片受到基于风的外力时在叶片上产生的力(负担)，由于风不规则地变动，因此产生的应力也不规则地变化。为了定量地评价应力对叶片造成的疲劳，通常，使用雨流法等计算基于应力的振幅和重复数量的应力频率。也就是说，在本实施方式中，累计部22基于到上一个控制周期为止计算出的应力频率和在本次控制周期中取得的应力来计算当前的应力频率。

第二异常判定部23基于表示多个风车部5中的运行状态的预定参数的累计值，来判定风车部5有无异常。具体地说，向第二异常判定部23输入由累计部22累计的风车部5A的应力频率和风车部5B的应力频率。并且，与上述第一异常判定部21相同地，计算输入的各应力频率的平均值及偏差，将偏差比预先设定的阈值大的运行状态下的风车部5判定为存在异常。另外，第二异常判定部23的阈值也与第一异常判定部21相同地，被设定为在设置的多个风车部5产生了偏差的情况下能够允许的(不认定为异常的)偏差范围。另外，由于在本实施方式中，说明设有两台风车部5的情况，因此，换言之，在上述判定处理中判定风车部5A的应力频率与风车部5B的应力频率之差是否为预定的阈值以上。

判定结果输出部24被输入第一异常判定部21和第二异常判定部23的判定结果，并输出设置的风车部5有无异常。另外，判定结果输出部24在第一异常判定部21与第二异常判定部23中的任一个异常判定部判定为异常的情况下，输出表示存在异常的信号(包含被判定为存在异常的风车部5的信息)。输出的异常判定结果向风力发电装置1的控制装置输出，可以显示于显示器等，也可以通过蜂鸣器等报告异常，也可以经由通信网络向远程控制站等发送。

接下来，参照图3来说明上述第一异常判定部21进行的异常判定处理。在预定的控制周期中反复执行图3所示的流程。另外，第二异常判定部23的异常判定处理与图3所示的第一异常判定部21进行的异常判定处理相同。

首先，由检测部6取得风车部5A及风车部5B中的转子的转速(运行状态)(S101)。接下来，计算风车部5A及风车部5B中的转子的转速的平均值及各自的偏差(风车部5A中的转子的转速的偏差和风车部5B中的转子的转速的偏差)(S102)。

接下来，判定风车部5A中的转子的转速的偏差是否为预先设定的阈值以上(S103)。并且，在风车部5A中的转子的转速的偏差为预先设定的阈值以上的情况(S103的肯定判定)下，判定为风车部5A的运行状态异常(S104)。并且，移至S105的处理。

另外，在风车部5A中的转子的转速的偏差小于预先设定的阈值的情况(S103的否定判定)下，判定风车部5B中的转子的转速的偏差是否为预先设定的阈值以上(S105)。并且，在风车部5B中的转子的转速的偏差为预先设定的阈值以上的情况(S105的肯定判定)下，判定为风车部5B的运行状态异常(S106)。

在风车部5B中的转子的转速的偏差小于预先设定的阈值的情况(S105的否定判定)下，结束异常判定处理。此外，未被判定为异常的风车部5意味着被判断为正常。

另外，由于在本实施方式中设为设有两台风车部5的结构，因此图3所示的流程判定风车部5A与风车部5B的转子的转速之差是否较大地乖离(详细来说，是否相差图3的流程中的阈值的两倍)。即，在如本实施方式那样风车部5由两台构成的情况下，第一异常判定部21输出风车部5A及风车部5B这两方均为异常或者两方均为正常这两种情况。因此，在由第一异常判定部21判定为风车部5A及风车部5B这两方均为异常的情况下，也可以参照过往数据来判定风车部5A及风车部5B中的哪一个为异常状态或者两方均为异常状态。另外，即使是参照过往数据的方法，也由于参照过往数据的频率变低，而能够减轻处理负担。

接下来，说明本实施方式的异常判定系统的变形例。在上述第一实施方式中，设为具备两台风车部5的结构，但具备本变形例中的异常判定系统的风力发电装置1具备三台风车部5(风车部5A、风车部5B、风车部5C)(未图示)。

参照图4来说明本变形例的第一异常判定部21进行的异常判定处理。在预定的控制周期中反复执行图4所示的流程。另外，第二异常判定部23的异常判定处理也与图4所示的第一异常判定部21进行的异常判定处理相同。

首先，由检测部6取得风车部5A、风车部5B及风车部5C中的转子的转速(S201)。接下来，计算风车部5A、风车部5B及风车部5C中的转子的转速的平均值及各自的偏差(风车部5A中的转子的转速的偏差、风车部5B中的转子的转速的偏差、风车部5C中的转子的转速的偏差)(S202)。

接下来，判定风车部5A中的转子的转速的偏差是否为预先设定的阈值以上(S203)。并且，在风车部5A中的转子的转速的偏差为预先设定的阈值以上的情况(S203的肯定判定)下，判定为风车部5A的运行状态异常(S204)。并且，移至S205的处理。

另外，在风车部5A中的转子的转速的偏差小于预先设定的阈值的情况(S203的否定判定)下，判定风车部5B中的转子的转速的偏差是否为预先设定的阈值以上(S205)。并且，在风车部5B中的转子的转速的偏差为预先设定的阈值以上的情况(S205的肯定判定)下，判定为风车部5B的运行状态异常(S206)。并且，移至S207的处理。

另外，在风车部5B中的转子的转速的偏差小于预先设定的阈值的情况(S205的否定判定)下，判定风车部5C中的转子的转速的偏差是否为预先设定的阈值以上(S207)。并且，在风车部5C中的转子的转速的偏差为预先设定的阈值以上的情况(S207的肯定判定)下，判定为风车部5C的运行状态异常(S208)。

在风车部5C中的转子的转速的偏差小于预先设定的阈值的情况(S207的否定判定)下，结束异常判定处理。此外，未被判定为异常的风车部5意味着被判断为正常。

这样，在设有三台风车部5的情况下，能够对各风车部5判定有无异常。另外，对于图3及图4所记载的异常判定处理，通过扩展，而只要风车部5的台数为两台以上，无论几台都能够应用。

如以上说明的那样，根据本实施方式的风力发电装置及其控制方法和控制程序，多个风车部5分别具有转子、设于转子的叶片及利用转子的旋转力来进行发电的发电机，各风车部5由与塔部3连接的支撑部件4支撑。由此，在塔部3上经由支撑部件4而设置有多个风车部5。因此，各风车部5配置在风的状况较为接近的环境(风况)下，受到同一方向上的风而旋转来发电。另外，设想在放置于大致相同的风况下的多个风车部5中，正常运行时的运行状态相互大致一致。在本发明中，检测部6检测多个风车部5中的各风车部5的运行状态，基于检测出的多个风车部5的运行状态来判定各风车部5有无异常。因此，能够准确且迅速地判定风车部5有无异常产生。另外，在以往的异常监视方法中，对实际的运行状态与基于过往存储的数据的正常模型进行比较。然而，根据上述那样的结构，不需要以往方法那样的庞大数据及正常模型，能够以简便的处理准确地判定有无异常。

另外，由于基于运行状态的瞬时值及累计值来进行异常判定，因此能够使用所有表示运行状态的参数，能够准确且迅速地判定有无异常。

另外，在放置于大致相同的风况下的多个风车部5进行正常的运行的情况下，设想压力、温度、转子的转速、发电机的转速及振动等级各参数的瞬时值及应力及叶片的俯仰角的累计值在配置的全部风车部5中大致相等。因此，能够通过使用上述参数而更高精度地判定有无异常。

另外，由于能够确定出成为从多个风车部5中的表示运行状态的预定参数的值的平均值较大地乖离的运行状态的风车部5，因此能够以简便的处理准确地进行异常的判定。

即，在本实施方式中的异常判定系统中，能够以简便的处理准确且迅速地判定有无异常。

例如，在本实施方式中，说明具备第一异常判定部21及第二异常判定部23这两个异常判定部的情况，但是也可以构成为具备第一异常判定部21及第二异常判定部23中的任一个异常判定部。

另外，在本实施方式中，作为表示运行状态的参数，列举压力、温度、转子的转速、发电机的转速、振动等级、应力及叶片的俯仰角来进行了说明，但是只要是表示运行状态的参数，也可以使用除了上述参数以外的参数。

〔第二实施方式〕

以下，参照附图来说明本发明的风力发电装置及其控制方法和控制程序的第二实施方式。以下，对于本实施方式的风力发电装置及其控制方法和控制程序，主要说明与第一实施方式不同的点。

图5是表示具备本发明的第二实施方式的控制系统的风力发电装置1的概要结构的图。如图5所示，本实施方式的风力发电装置1具备塔部3、支撑部件4、风车部5、检测部6′及控制装置107作为主要的结构。另外，将本实施方式中的风力发电装置1作为具备四台风车部5(5A-5D)的多转子式的风力发电装置1而进行说明，但是风车部5的数量不限于此，能够适当地变更。在以下的说明中，在区分各风车部5地进行说明的情况下，设为风车部5A、5B、5C、5D，在不区分各风车部5的情况下仅标注附图标记5。

检测部6′与检测部6相同地，计测多个风车部5中的各风车部5的运行状态。具体地说，检测部6′计测风车部5A-5D各自的运行状态。运行状态是例如叶片的俯仰角、风车部5的横摆角、温度、应力、转子的转速、发电机的转速及振动等级等可计测的物理量。另外，优选的是检测部6′能够计测更多的物理量，但是从检测部6′的设置的困难性和成本方面出发，仅是能够计测上述物理量即可。此外，对于难以计测的物理量，通过后述的假想模型生成部123进行补充，从而提高假想模型的精度。

控制装置107基于由检测部6′计测出的运行状态来判定风车部5有无异常，并使被判定为存在异常的风车部5紧急停止。另外，基于由检测部6′测定出的运行状态，生成与风力发电装置1对应的假想模型，在进行紧急停止的情况下，使用假想模型来预测在风力发电装置1的各部分产生的载荷。另外，使用假想模型，使除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的控制参数变动，来推定使预测出的载荷最小那样的控制参数的设定值。并且，在风力发电装置1产生预料的载荷之前，基于推定出的设定值控制除了进行紧急停止的风车部5以外的风车部5。

控制装置107例如具备未图示的CPU(中央运算装置)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)等存储器及计算机能够读取的记录介质等。用于实现后述的各种功能的一系列的处理的过程以程序的形式被记录于记录介质等，CPU通过在RAM等中读出该程序并执行信息的加工、运算处理来实现后述的各种功能。

图6是表示控制装置107具备的功能的功能框图。如图6所示，控制装置107具备：异常判定部121、紧急停止控制部122、假想模型生成部123、载荷预测部124、推定部125、控制部126及假想模型修正部127。

异常判定部121与第一实施方式中的异常判定部7相同地，基于由检测部6检测出的多个风车部5的运行状态来判定各风车部5有无异常。另外，异常判定部121也可以基于由检测部6′计测出的运行状态来判定风车部5有无异常。具体地说，异常判定部121通过比较由检测部6′计测出的运行状态和与计测出的运行状态对应的预先设定的正常范围来判定风车部5有无异常。与计测出的运行状态对应的预先设定的正常范围例如是在由检测部6′计测转子的转速的情况下转子的转速的正常范围，是计测出的物理量的能够设想为正常的范围。另外，根据过往的运行数据和设备规格等来预先设定正常范围。另外，异常判定的方法不限于上述方法，能够应用各种方法。

紧急停止控制部122使被异常判定部121判定为异常的风车部5紧急停止。具体地说，紧急停止控制部122将被判定为异常的风车部5的叶片的俯仰角控制为叶片不会受到风的力的角度。由此，能够不产生过旋转等的情况下强制性地使风车部5停止。另外，使风车部5紧急停止的方法也能够应用于除了上述情况以外的情况。

假想模型生成部123基于由检测部6′计测出的运行状态，而生成与风力发电装置1对应的假想模型。假想模型是在构成假想模型生成部123的信息处理装置(计算机)中生成的、模拟地表示实际的风力发电装置1。假想模型生成部123使用由检测部6′计测出的运行状态，通过模拟来取得无法计测的运行状态并进行补充，从而形成风力发电装置1的假想模型。例如，能够较为容易地计测叶片中的与转子头连接的连接部附近的应力，但是无法测定叶片的中腹部处的应力。因此，在假想模型生成部123中，根据可计测的叶片中的与转子头连接的连接部附近的应力等信息，预测叶片的中腹部处的应力，而形成假想模型。即，在假想模型生成部123中，根据风力发电装置1的计测出的物理量，模拟未计测出的物理量，从而在实际上更高精度地将运行中的风力发电装置1模型化。

在通过异常判定部121判定了风车部5的异常的情况下，载荷预测部124使用假想模型，基于与被判定为异常的风车部5的紧急停止相关的信息和与除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的当前运行状态相关的信息，预测在风力发电装置1的各部分产生的载荷。与被判定为异常的风车部5的紧急停止相关的信息为风车部5的识别信息或紧急停止的方法的信息(例如，控制俯仰角而使该风车部5停止等)等。即，在载荷预测部124中，使用假想模型，模拟在设置在哪个位置的风车部5被以何种方法紧急停止，另外模拟在除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5维持当前运行状态的情况下，在风力发电装置1的哪个部位作用有何种程度的载荷。这样，在通过异常判定部121判定为异常的情况下，能够使用假想模型预测载荷，因此能够在风力发电装置1实际产生了载荷之前掌握载荷的产生状况。

在由载荷预测部124预测出的载荷成为预先设定的阈值以上的情况下，推定部125使用假想模型推定出使除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的控制参数变动，而使由载荷预测部124预测出的载荷最小那样的控制参数的设定值。具体地说，在由载荷预测部124预测出的载荷成为预先设定的阈值以上那样的预料到重大的危险的情况下，推定部125使用假想模型来推定如何控制除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5才能抑制载荷。例如，在图5中，在风车部5A被判定为异常的情况下，模拟对风车部5B-5D如何设定控制参数(例如，叶片的俯仰角)才能有效地抑制通过使风车部5A紧急停止而在风力发电装置1中产生的载荷。

阈值被设定为对在风力发电装置1的特定的部位处能够允许的最大载荷减去预定的余量(具有富余)而得到的值。即，当对特定的部位施加阈值以上的载荷时，意味着有导致破损等的危险性。另外，阈值可以针对风力发电装置1的各部分分别设定，也可以对各部分设定共用的阈值。

控制参数是叶片的俯仰角、风车部5的横摆角、发电机的最大转速中的至少任一个。例如，在推定部125中，在假想模型中，使除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的俯仰角在多个模式中变动，模拟在变动后的情况下在风力发电装置1的各部分产生的载荷，而推定使该载荷最小的俯仰角的设定值。另外，控制参数使用得越多，越能够有效地抑制载荷。另外，上述控制参数为一例，只要是控制风力发电装置1(各风车部5等)的参数，就能够使用。

控制部126基于由推定部125推定出的设定值，在风力发电装置1产生了由载荷预测部124预料到的载荷之前，控制除了进行紧急停止的风车部5以外的风车部5。这样，在控制部126中，能够通过在风力发电装置1产生了由载荷预测部124预料到的载荷之前，控制除了进行紧急停止的风车部5以外的风车部5，而在使被判定为异常的风车部5实际紧急停止时，抑制产生的载荷。

在未通过异常判定部121判定为风车部5的异常的情况下，假想模型修正部127基于由检测部6′计测出的运行状态来修正假想模型。具体地说，在正常地进行运行的情况(未通过异常判定部121判定为风车部5的异常的情况)下，假想模型修正部127比较由检测部6′计测出的运行状态和与计测出的该运行状态对应的假想模型的运行状态。并且，在有误差的情况下，对假想模型以使其与由检测部6′计测出的运行状态一致的方式进行修正。由此，能够使假想模型更加接近实际的风力发电装置1，能够提高精度。

接下来，参照图7来说明上述控制装置107进行的载荷抑制控制。在由异常判定部121判定为异常的情况下执行图7所示的流程。另外，关于假想模型，使用在由异常判定部121判定为异常之前生成的模型。

首先，取得与被判定为异常的风车部5的紧急停止相关的信息(S301)。另外，与风车部5的紧急停止相关的信息是风车部5的识别信息或紧急停止的方法的信息等。接下来，取得与除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的当前运行状态相关的信息(S302)。除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的当前运行状态是通过通过检测部6′进行计测而取得的。

接下来，基于与被判定为异常的风车部5的紧急停止相关的信息和与除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的当前运行状态相关的信息，预测在风力发电装置1的各部分产生的载荷(S303)。接下来，判定由载荷预测部124预测出的各部分的载荷是否为预先设定的阈值以上(S304)。

在判定为由载荷预测部124预测出的各部分的载荷小于预先设定的阈值的情况(S304的否定判定)下，虽然因被判定为异常的风车部5的紧急停止而产生载荷，但是该载荷为允许范围内的大小，判断为危险度较低，结束处理。

在判定为由载荷预测部124预测出的各部分的载荷为预先设定的阈值以上的情况(S304的肯定判定)下，推定用于抑制载荷的控制参数的设定值(S305)。具体地说，在S305中，使用假想模型，进行使除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的控制参数在多个模式中变动的模拟，推定使预测出的载荷最小那样的控制参数的设定值。

接下来，基于推定出的上述设定值，控制除了进行紧急停止的风车部5以外的风车部5(S306)。另外，图7所记载的载荷抑制控制通过高速模式(正常运行时的控制周期的100倍程度)进行高速运算。因此，能够在风力发电装置1产生了由载荷预测部124预料到的载荷之前执行S306中的除了进行紧急停止的风车部5以外的风车部5的控制。

如以上说明的那样，根据本实施方式的风力发电装置及其控制方法和控制程序，多个风车部5分别具有转子、设于转子的叶片及利用转子的旋转力来进行发电的发电机，各风车部5由与塔部3连接的支撑部件4支撑。由此，在塔部3上经由支撑部件4设置有多个风车部5。因此，各风车部5配置在风的状况较为接近的环境(风况)下，受到同一方向上的风而旋转来发电。另外，在多个风车部5中的任一个风车部5产生了异常而使其紧急停止的情况下，能够使用基于实际计测出的运行状态而生成的风力发电装置1的假想模型，预测因紧急停止而产生的各部分的载荷。

另外，在载荷超出预先设定的阈值那样预测到重大的危险的情况下，能够使用假想模型，使除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5的控制参数变动地进行模拟，来推定出使预测出的载荷最小的控制参数的设定值。

另外，在风力发电装置1产生由载荷预测部124预测出的载荷之前，基于推定出的设定值来控制除了被判定为异常的风车部5以外的风车部5。由此，能够在因紧急停止而产生的载荷实际产生之前，控制不进行紧急停止的风车部5的控制参数来抑制实际产生的载荷。因此，能够有效地抑制因紧急停止而产生的载荷对风力发电装置1的影响，能够防止构成风力发电装置1的各部件等中的疲劳和故障。

另外，在进行不进行紧急停止的正常动作的情况下，基于计测出的运行状态来修正假想模型，因此假想模型的精度提高，载荷预测等的精度也提高。

本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变形。另外，也可以组合各实施方式。

附图标记说明

1、风力发电装置；3、塔部；4、支撑部件；5(5A-5D)、风车部；6、6′、检测部；7、异常判定部；21、第一异常判定部；22、累计部；23、第二异常判定部；24、判定结果输出部；107、控制装置；121、异常判定部；122、紧急停止控制部；123、假想模型生成部；124、载荷预测部；125、推定部；126、控制部；127、假想模型修正部。

Claims (13)

1.一种风力发电装置，具备：

塔部；

多个风车部，分别具有转子、设于所述转子的叶片及利用所述转子的旋转力来进行发电的发电机；

支撑部件，与所述塔部连接，支撑所述多个风车部；

检测部，检测表示所述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及

异常判定部，基于由所述检测部检测出的所述多个风车部的所述运行状态来判定各所述风车部有无异常。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述异常判定部基于表示所述多个风车部的所述运行状态的预定参数的瞬时值来判定所述风车部有无异常。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其中，

表示所述运行状态的预定参数的瞬时值是所述多个风车部的压力、温度、所述转子的转速、所述发电机的转速及振动等级中的至少任一个的瞬时值。

4.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述异常判定部基于表示所述多个风车部的所述运行状态的预定参数的累计值来判定所述风车部有无异常。

5.根据权利要求4所述的风力发电装置，其中，

表示所述运行状态的预定参数的累计值是所述多个风车部的应力及所述叶片的俯仰角中的至少任一个的累计值。

6.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述异常判定部计算表示所述多个风车部的所述运行状态的预定参数的值的平均值及偏差，将偏差比预先设定的阈值大的所述运行状态下的风车部判定为存在异常。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置具备：

假想模型生成部，基于由所述检测部计测出的运行状态而生成与所述风力发电装置对应的假想模型；及

载荷预测部，在由所述异常判定部判定出风车部的异常的情况下，所述载荷预测部使用所述假想模型，并基于与被判定为异常的风车部的紧急停止相关的信息和与除了被判定为异常的风车部以外的风车部的当前运行状态相关的信息，来预测在所述风力发电装置的各部分产生的载荷。

8.根据权利要求7所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置具备推定部，在由所述载荷预测部预测出的载荷为预先设定的阈值以上的情况下，所述推定部使用所述假想模型，使除了被判定为异常的风车部以外的风车部的控制参数变动，来推定出使由所述载荷预测部预测出的载荷最小那样的所述控制参数的设定值。

9.根据权利要求8所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置具备控制部，在所述风力发电装置产生由所述载荷预测部预料到的载荷之前，所述控制部基于由所述推定部推定出的所述设定值控制除了进行紧急停止的风车部以外的风车部。

10.根据权利要求8所述的风力发电装置，其中，

所述控制参数是叶片的俯仰角、风车部的横摆角、发电机的最大转速中的至少任一个。

11.根据权利要求7所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置具备假想模型修正部，在未由所述异常判定部判定出风车部的异常的情况下，所述假想模型修正部基于由所述检测部计测出的运行状态而修正所述假想模型。

12.一种风力发电装置的控制方法，所述风力发电装置具备：塔部；多个风车部，分别具有转子、设于所述转子的叶片及利用所述转子的旋转力来进行发电的发电机；及支撑部件，与所述塔部连接，支撑所述多个风车部，

所述风力发电装置的控制方法具有如下的工序：

检测工序，检测表示所述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及

异常判定工序，基于通过所述检测工序而检测出的所述多个风车部的所述运行状态来判定各所述风车部有无异常。

13.一种风力发电装置的控制程序，所述风力发电装置具备：塔部；多个风车部，分别具有转子、设于所述转子的叶片及利用所述转子的旋转力来进行发电的发电机；及支撑部件，与所述塔部连接，支撑所述多个风车部，

所述风力发电装置的控制程序用于使计算机执行如下的处理：

检测处理，检测表示所述多个风车部中的各风车部的运行状态的预定参数的值；及

异常判定处理，基于通过所述检测处理而检测出的所述多个风车部的所述运行状态来判定各所述风车部有无异常。