JP2010048239A - 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム - Google Patents

風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2010048239A
JP2010048239A JP2008215769A JP2008215769A JP2010048239A JP 2010048239 A JP2010048239 A JP 2010048239A JP 2008215769 A JP2008215769 A JP 2008215769A JP 2008215769 A JP2008215769 A JP 2008215769A JP 2010048239 A JP2010048239 A JP 2010048239A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
load
wind
wind turbine
operation restriction
fatigue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008215769A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5244502B2 (ja
Inventor
Sakai Karikomi
界 刈込
Shigetaka Hirai
滋登 平井
Yoshiyuki Hayashi
義之 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2008215769A priority Critical patent/JP5244502B2/ja
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to US12/934,081 priority patent/US8694268B2/en
Priority to PCT/JP2009/062624 priority patent/WO2010024054A1/ja
Priority to EP09809709.0A priority patent/EP2320077B1/en
Priority to KR1020107021223A priority patent/KR20100117129A/ko
Priority to CA2719238A priority patent/CA2719238A1/en
Priority to CN2009801113019A priority patent/CN101981308B/zh
Priority to BRPI0911665A priority patent/BRPI0911665A2/pt
Priority to AU2009285308A priority patent/AU2009285308B2/en
Priority to TW098126738A priority patent/TWI390109B/zh
Publication of JP2010048239A publication Critical patent/JP2010048239A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5244502B2 publication Critical patent/JP5244502B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0292—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power to reduce fatigue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/109—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F05B2270/1095—Purpose of the control system to prolong engine life by limiting mechanical stresses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/331—Mechanical loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/332—Maximum loads or fatigue criteria
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

【課題】耐用年数を確保しながら発電量の減少を極力抑えること。
【解決手段】風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する疲労等価荷重算出部１１と、疲労等価荷重と風車の耐用年数に応じて決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する設定値更新部１２とを具備する風車の運転制限調整装置１０を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラムに関するものである。
ウィンドファーム内に設置された風車は、風車の配置と風況条件次第で、風車間の相互干渉による疲労荷重が増加し、設計荷重を超過する場合がある。対策を講じずにそのまま運転した場合、設計時に考慮された耐用年数（典型的な風車では、例えば、２０年）を待たずして、風車の故障若しくは事故が生じる可能性がある。そのため、風車干渉の影響が大きい風向において、通常のカットアウト風速（典型的な風車では２５ｍ／ｓ）以下の風速で運転停止（シャットダウン）することにより運転時間を制限し、疲労荷重を低減させる対策が一般的にとられる。これを運転制限と呼ぶ。運転制限が行われると運転時間が減少するため、当然の如く、発電量も減少してしまう。
そこで、発電減少量を最小限にとどめるために、事前検討を行い、風車を停車させる運転制限の条件設定値を極力適切な値に決定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように、事前検討を行うことで、過剰な運転制限を避け、所望の発電量を確保することが期待できる。
"Recent Developments in Turbine Site-Suitability Assessment"，T.R. Camp and D.V. Witcher, 2003 EWEC AbstractBook, European Wind Energy Conference and Exhibition, 16-19 June 2003 in Madrid, Spain
しかしながら、事前検討で予測した風況等と実際の風況等とが異なることも多く、この場合には、事前検討において決定した運転制限の条件設定値が、現実には最適な値に設定されていないおそれがあり、例えば、発電量確保の点からみて過剰、あるいは、疲労荷重低減の点からみて過小となっており、所望の発電量を得られないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、耐用年数を確保しながら発電量の減少を極力抑えることのできる風車の運転制限調整装置及び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、風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整装置であって、風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する疲労等価荷重算出手段と、前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する設定値更新手段とを具備する風車の運転制限調整装置を提供する。
このような構成によれば、実際に風車を建設した後、各風車の荷重を定期的に計測し、この荷重から所定期間における疲労等価荷重を算出し、この疲労等価荷重を風車の耐用年数から決定される基準荷重と比較することで、現在採用されている運転制限の条件設定値の見直しを行うので、風車の建設後において、その疲労損傷度に応じて運転制限の条件設定値を適切な値に調整することが可能となる。これにより、運転制限によって風車が停止される頻度を低減させることができ、耐久年数を確保しながら、運転制限による発電量の低下を抑制することが可能となる。
上記風車の運転制限調整装置において、前記運転制限における条件設定値が予め設定された風向毎に設定されている場合に、前記疲労等価荷重算出手段は、該風向毎に前記疲労等価荷重を算出し、前記設定値更新手段は、該疲労等価荷重と該基準荷重とを風向毎に比較し、その差分に応じて現在採用されている運転制限の該条件設定値を風向毎に更新することとしてもよい。
このような構成によれば、風向毎に運転制限の条件設定値を見直すことができ、運転制限の調整精度を向上させることが可能となる。
上記風車の運転制限調整装置において、前記荷重データは時系列荷重データであり、前記疲労等価荷重は、該所定期間よりも短い所定の分割時間毎に、該分割時間内における前記時系列荷重データを統計的に処理することで、該分割時間における疲労等価荷重を求め、この疲労等価荷重を前記所定期間において積分することで、該所定期間における疲労等価荷重を算出することとしてもよい。
このように、疲労等価荷重は、例えば、分割時間毎の荷重データを統計的に処理して求めた疲労等価荷重を所定期間において積分することで求められる。
上記風車の運転制限調整装置において、例えば、前記疲労等価荷重は、前記分割時間毎にレインフローカウント法を採用した以下の式を用いて算出される。
Figure 2010048239
 ここで、leq,kは該所定期間における処理開始からk番目の前記分割時間における疲労等価荷重、liは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジ、niは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジのサイクル数、neqは、前記第２の期間における基準等価サイクル数、mは関連材料のS-N曲線の勾配である。
上記風車の運転制限調整装置は、複数の風況条件と推定荷重とを関連付けたデータベースを有し、前記運転制限の初期条件設定値は、風車の建設地域における風況を解析し、該風況に対応する推定荷重を該データベースから取得し、取得した推定荷重と前記基準荷重との比較結果に基づいて決定されることとしてもよい。
このように、複数の風況条件と推定荷重とを関連付けたデータベースを予め用意しておくことで、事前検討において運転制限の初期条件設定値を決定する場合に、推定した風況に最も近い風況条件に対応する推定荷重をデータベースから取得し、この推定荷重に基づいて風車の疲労損傷度を予測することが可能となる。これにより、容易に、かつ、迅速に各風車の疲労損傷度を推定することができる。
本発明は、風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整方法であって、風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する過程と、前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する過程とを具備する風車の運転制限調整方法を提供する。
本発明は、風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整をコンピュータに実現させるための風車の運転制限調整プログラムであって、風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する処理と、前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する処理とを有する風車の運転制限調整プログラムを提供する。
本発明によれば、耐用年数を確保しながら発電量の減少を極力抑え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限調整装置及び方法並びにプログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る風車の運転制限調整装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る風車の運転制限調整装置１０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置３、キーボードやマウスなどの入力装置４、及びモニタやプリンタなどの出力装置５、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置６などで構成されている。
補助記憶装置３には、各種プログラム（例えば、風車の運転制限調整プログラム）が格納されており、ＣＰＵ１が補助記憶装置３から主記憶装置２にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
この風車の運転制限調整装置１０は、各風車に設けられていてもよいし、ウィンドファームに建設されている全て或いは一部の風車の制御を一元的に管理・監視する制御室に設けられていても良い。
図２は、風車の運転制限調整装置１０が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図２に示されるように、風車の運転制限調整装置１０は、風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する装置であって、疲労等価荷重算出部（疲労等価荷重算出手段）１１と、設定値更新部（設定値更新手段）１２と、設定値記憶部１３とを主な構成として備えている。
疲労等価荷重算出部１１は、風車に取り付けられた荷重センサから出力される荷重データを取得し、この荷重データを用いて所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する。
設定値更新部１２は、疲労等価荷重算出部１１によって算出された疲労等価荷重と運転制限の該初期条件設定値を決定する際に用いられた推定疲労荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、該差分に応じて、設定値記憶部１３に格納されている現在の運転制限の条件設定値を更新する。
本実施形態に係る風車の運転制限調整装置１０は、事前検討によって求められた風車の運転制限の初期条件設定値を風車の疲労損傷度合に応じて適切な値に更新していくものである。
以下、風車の運転制限の初期条件設定値を決定する事前検討における処理手順を説明した後、本実施形態に係る風車の運転制限調整装置１０により実現される処理手順について図３を参照して説明する。ここでは、複数の風車が建設されるウィンドファームを前提に説明する。
〔事前検討〕
まず、事前検討では、ウィンドファームに建設が予定されている風車毎に、風況条件を計算する風況解析が行われる（図３のステップＳＡ１）。風況解析は、例えば、実際の計測値または数値計算、若しくはこれらを組み合わせることで行われる。風況解析では、例えば、風速風向出現頻度分布、乱れ度分布、吹上角、ウィンドシア、風車相互干渉による乱れ度分布（等価乱れ度）等が求められる。ここで、ウィンドシアとは、風車の鉛直方向における風速の分布である。
次に、上記風況解析で求められた値を入力情報として用いて、各風車において所定の風向毎に所定期間（例えば、１年間）にわたる疲労荷重が推定される（図３のステップＳＡ２）。ここで、推定された疲労荷重を推定荷重という。また、推定荷重は、全方位を所定の分割数で分割した方位（例えば１６方位）においてそれぞれ算出される。
推定荷重の算出方法は、例えば、以下に示す３つの方法を任意に選択して採用することが可能である。
〔方法１〕
上記風況解析の解析結果を入力として、建設が予定されている全ての風車に対して一台毎に時系列応答計算を行うことで推定荷重を算出する。この方法では、風車台数が１００台を超えるような大規模なウィンドファームになると、膨大な処理時間を要するという欠点がある。
〔方法２〕
ウィンドファーム内に建設予定の風車の中で、荷重が最も大きいと推定できる風車、換言すると、風車干渉の影響が最も大きい風車を経験的に選出し、この風車の推定荷重を上記方法１を用いて算出するとともに、算出した推定荷重を他の全ての風車にも適用する。
なお、この方法を用いた場合には、経験によって最も荷重が大きいと考えられる風車を選定するので、風車の選定が誤っていた場合には、その結果、求められる運転制限の条件設定値も適切な値に設定されない可能性があり、信頼性が低いという欠点がある。
〔方法３〕
様々な風況条件と推定荷重とを関連付けたデータベースを予め用意しておき、各風車の荷重計算を行う際には、上記風況解析で得られた風況結果に最も近い推定荷重を上記データベースの中から取得することで、各風車の推定荷重を得ることとしてもよい。
具体的には、図４と図５に示すような、空気密度、ウィンドシアのべき指数、吹上角および乱れ度等の風況解析で求められる各種パラメータの組み合わせからなる荷重を風速ごとに予め用意しておき、各風車における所定期間の推定荷重は、各風車の風況解析結果に最も近い風況パラメータの風速毎の推定荷重を該データベースから取得し、風速風向出現頻度分布と組み合わせて積分することにより算出する。なお、風況解析結果に一致するケースが存在しない場合には、風況解析結果に近いケースの推定荷重を内挿することで求めることとしてもよい。
なお、上記べき指数は、ウィンドシアを規定する以下の（１）式で用いられる数値であり、以下の（１）式におけるαに相当する。
Ｖ（ｚ）＝Ｖｏ（Ｚ／Ｚｏ）α （１）
各風車について推定荷重が求められると、続いて、運転制限の条件設定値が風車毎に決定される（図３のステップＳＡ３）。
運転制限の初期条件設定値は、以下の処理を風車毎に行うことで、決定される。
まず、ステップＳＡ２において算出された全風向の推定荷重の合計と風車の耐用年数から決定される既定の基準荷重とを比較し、全風向の推定荷重の合計が該基準荷重を超えていなければ運転制限は不要であると判断する。
一方、全風向の推定荷重の合計が該基準荷重を超えていた場合には、以下の手順により運転制限の初期条件設定値が決定される。
まず、風車干渉によって荷重が大きい風向、すなわち、運転制限が必要な風向を算定するために、上記ステップＳＡ２において算出された風向毎の推定荷重と予め設定されている風向毎の基準荷重（例えば、設計風況による荷重の１．２倍等）とを比較し、推定荷重が基準荷重を超えている風向を運転制限の対象風向として特定する。
次に、運転制限の対象風向において、運転制限の条件設定値としてカットアウト風速よりも低い風速、例えば、通常のカットアウト風速が２５ｍ／ｓであった場合には、２４ｍ／ｓ等を仮設定し、それ以上の風速出現頻度をゼロとして、上記ステップＳＡ２において実施した推定荷重の算出処理を再度実施し、全風向における推定荷重の合計を再度算出する。
続いて、再度算出した全風向における推定荷重の合計と上記基準荷重とを比較し、全風向における推定荷重の合計が基準荷重を超えていた場合には、運転制限の条件設定値を更に小さい値に仮設定し、推定荷重の再計算を行う。そして、全風向における推定荷重の合計が基準荷重以下となるまで、上記運転制限の条件設定値の調整を繰り返し行い、全風向における推定荷重の合計が基準荷重以下となったときの仮設定値を運転制限の初期条件設定値として決定する。
このようにして、各風車について運転制限の初期条件設定値が決定されると、これらの値が各風車と対応付けられて設定値記憶部２３に格納される。なお、このとき、上述したように、運転制限の初期条件設定値は、風車毎、かつ、風向毎に設定され、設定値記憶部２３に格納される。
上記処理までが事前検討で行われる処理内容である。
〔風車の運転制限調整〕
続いて、風車が実際に建設された後は、本実施形態に係る風車の運転制限調整装置によって、上記運転制限の初期条件設定値が評価され、定期的に、この条件設定値が最適な値になるように見直されることとなる。
以下、風車の運転制限調整方法について説明する。なお、以下の処理は、風車毎にそれぞれ行われる。
まず、図２に示した疲労等価荷重算出部２１は、風車に取り付けられている荷重センサから出力される荷重データを取得する（図３のステップＳＡ４）。この荷重データは、例えば、風車のブレードや主軸、主軸受、ナセルおよびタワー等に設置された歪ゲージによって取得された時系列データを所定の較正式を用いて荷重データに変換したものである。風車の運転制限調整装置１０が風車の外部に設けられていた場合には、該荷重データは無線または有線の通信媒体を介して本装置に送られてくるものとする。
疲労等価荷重算出部２１は、ステップＳＡ４において取得された荷重データ（時系列データ）を用いて、所定の期間（以下「分割期間」という）、例えば、１０分間毎に、かつ、所定の風向毎に、疲労等価荷重を算出する（図３のステップＳＡ５）。疲労等価荷重は、例えば、レインフローカウント法を採用した以下の（２）式を用いて算出される。
Figure 2010048239
ここで、leq,kは該所定期間における処理開始からk番目の前記分割時間における疲労等価荷重、liは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジ、niは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジのサイクル数、neqは、前記第２の期間における基準等価サイクル数、mは関連材料のS-N曲線の勾配である。
続いて、上記疲労等価荷重を所定の期間（例えば、１年間）にわたって積分することで、年間における疲労等価荷重を風向毎に算出する。年間の疲労等価荷重は以下の（３）式を用いて算出される。
Figure 2010048239
上記（３）式において、Leqは年間の疲労等価荷重、Ｎeqは、年間の基準等価サイクル数である。
次に、風向毎に算出された年間の疲労等価荷重を風車の耐用年数で決定される基準荷重とそれぞれ比較し、これらの比較結果から事前検討において決定された初期条件設定値が適切であるか否かを判断し、適切でなかった場合には、該初期条件設定値を更新する（図３のステップＳＡ６，ＳＡ７）。
具体的には、風向毎に算出された疲労等価荷重と事前検討において用いられた風向毎の基準荷重との差分を算出する。
続いて、上記差分が予め設定されている所定の閾値（たとえば、疲労等価荷重のプラスマイナス１０％）を超えているか否かを判断し、超えていた場合には、その差分に応じて当該風向における初期条件設定値を変更する。
例えば、疲労等価荷重が基準荷重よりも大きい風向に対しては、初期条件設定値を予め設定されている所定量小さく修正し、疲労等価荷重が基準荷重よりも小さい風向に対しては、初期条件設定値を予め設定されている所定量大きく修正する。所定量は、任意に設定できる。一例としては、１ｍ／ｓが挙げられる。
図６に、各風向における疲労等価荷重と基準荷重とを比較した一例を示す。図６において、実線は疲労等価荷重、破線は基準荷重を示している。図６においては、北を０°、東を９０°、南を１８０°、西を２７０°と設定し、全１６方位についてそれぞれ疲労等価荷重、基準荷重を算出する場合を想定している。東及び西において、疲労等価荷重と基準荷重との差分が閾値を超えている。
具体的には、東では疲労等価荷重が基準荷重を上回っているので、初期条件設定値を所定量小さく修正し、西では疲労等価荷重が基準荷重を下回っているので、初期条件設定値を所定量大きく修正する。
このようにして、各風車において初期条件設定値の見直しが行われると、設定値記憶部１３に格納されている運転制限の初期条件設定値は修正後の値に更新され、以降の運転制限には、変更後の条件設定値に基づいて行われることとなる。
そして、上述したステップＳＡ４からＳＡ６の処理を所定期間毎（例えば、１年毎）に繰り返し行うことにより、実際の風車の疲労損傷度に応じて運転制限の条件設定値を適切な値に更新す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限調整装置及び方法並びにプログラムによれば、風車を建設した後において、風車の荷重データを定期的に取得し、この荷重データに基づいて風車の疲労等価荷重を求め、この疲労等価荷重を用いて現在採用されている運転制限の条件設定値の見直しを行うので、風車の運用に応じて運転制限の条件設定値を適切な値に変更することが可能となる。これにより、運転制限によって風車が停止される頻度を低減させることができ、耐久年数を確保しながら、運転制限による発電量の低下を抑制することが可能となる。
なお、本実施形態では、事前検討において決定された運転制限の初期条件設定値を設定記憶部１３に格納することとし、事前検討自体は風車の運転制限調整装置において行われないものとしたが、例えば、事前検討における一連の処理についても風車の運転制限調整装置によって行われることとしてもよい。
本発明の一実施形態に係る風車の運転制限調整装置の概略構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係る風車の運転制限調整装置の機能を展開して示した機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る風車の運転制限調整装置によって実現される運転制限調整方法について説明するためのフローチャートである。 事前検討における推定荷重の算出方法について説明するための図である。 事前検討における推定荷重の算出方法について説明するための図である。 疲労等価荷重と基準荷重とを比較して示した分布図である。
符号の説明
１ ＣＰＵ
２ 主記憶装置
３ 補助記憶装置
４ 入力装置
５ 出力装置
６ 通信装置
１１ 疲労等価荷重算出部
１２ 設定値更新部
１３ 設定値記憶部

Claims (7)

  1. 風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整装置であって、
    風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する疲労等価荷重算出手段と、
    前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する設定値更新手段と
    を具備する風車の運転制限調整装置。
  2. 前記運転制限における条件設定値が予め設定された風向毎に設定されている場合に、前記疲労等価荷重算出手段は、該風向毎に前記疲労等価荷重を算出し、
    前記設定値更新手段は、該疲労等価荷重と該基準荷重とを風向毎に比較し、その差分に応じて現在採用されている運転制限の該条件設定値を風向毎に更新する請求項１に記載の風車の運転制限調整装置。
  3. 前記荷重データは時系列荷重データであり、
    前記疲労等価荷重は、該所定期間よりも短い所定の分割時間毎に、該分割時間内における前記時系列荷重データを統計的に処理することで、該分割時間における疲労等価荷重を求め、この疲労等価荷重を前記所定期間において積分することで、該所定期間における疲労等価荷重を算出する請求項１または請求項２に記載の風車の運転制限調整装置。
  4. 前記疲労等価荷重は、前記分割時間毎にレインフローカウント法を採用した以下の式を用いて算出される請求項３に記載の風車の運転制限調整装置。
    Figure 2010048239
     ここで、leq,kは該所定期間における処理開始からk番目の前記分割時間における疲労等価荷重、liは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジ、niは疲労荷重スペクトルのi番目の荷重レンジのサイクル数、neqは、前記第２の期間における基準等価サイクル数、mは関連材料のS-N曲線の勾配である。
  5. 複数の風況条件と推定荷重とを関連付けたデータベースを有し、
    前記運転制限の初期条件設定値は、
    風車の建設地域における風況を解析し、
    該風況に対応する推定荷重を該データベースから取得し、
    取得した推定荷重と前記基準荷重との比較結果に基づいて決定される請求項１から請求項４のいずれかに記載の風車の運転制限調整装置。
  6. 風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整方法であって、
    風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する過程と、
    前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する過程と
    を具備する風車の運転制限調整方法。
  7. 風速が所定の条件設定値を超えた場合に、風車の運転を停止する運転制限を行う風車に適用され、該運転制限の条件設定値を更新する運転制限調整をコンピュータに実現させるための風車の運転制限調整プログラムであって、
    風車の荷重データを用いて、所定期間における風車の疲労損傷度を評価するための疲労等価荷重を算出する処理と、
    前記疲労等価荷重と風車の耐用年数から決定される基準荷重とを比較し、その差分が所定の閾値を超えていた場合に、現在採用されている運転制限の条件設定値を該差分に応じて更新する処理と
    を有する風車の運転制限調整プログラム。
JP2008215769A 2008-08-25 2008-08-25 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム Active JP5244502B2 (ja)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008215769A JP5244502B2 (ja) 2008-08-25 2008-08-25 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム
AU2009285308A AU2009285308B2 (en) 2008-08-25 2009-07-10 Device and method of adjusting curtailment strategy for wind turbine, and program
EP09809709.0A EP2320077B1 (en) 2008-08-25 2009-07-10 Device, method and program for adjusting restriction on operation of windmill
KR1020107021223A KR20100117129A (ko) 2008-08-25 2009-07-10 풍차의 운전 제한 조정 장치 및 방법 및 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체
CA2719238A CA2719238A1 (en) 2008-08-25 2009-07-10 Device and method of adjusting curtailment strategy for wind turbine, and program
CN2009801113019A CN101981308B (zh) 2008-08-25 2009-07-10 风车的运转限制调整装置及方法
US12/934,081 US8694268B2 (en) 2008-08-25 2009-07-10 Device and method of adjusting curtailment strategy for wind turbine, and program
PCT/JP2009/062624 WO2010024054A1 (ja) 2008-08-25 2009-07-10 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム
BRPI0911665A BRPI0911665A2 (pt) 2008-08-25 2009-07-10 dispositivo de ajuste da estratégia de redução para uma turbina eólica, e, método e programa para ajustar uma estratégia de redução para uma turbina eólica
TW098126738A TWI390109B (zh) 2008-08-25 2009-08-10 Wind turbine operation limit adjustment device and method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008215769A JP5244502B2 (ja) 2008-08-25 2008-08-25 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010048239A true JP2010048239A (ja) 2010-03-04
JP5244502B2 JP5244502B2 (ja) 2013-07-24

Family

ID=41721228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008215769A Active JP5244502B2 (ja) 2008-08-25 2008-08-25 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8694268B2 (ja)
EP (1) EP2320077B1 (ja)
JP (1) JP5244502B2 (ja)
KR (1) KR20100117129A (ja)
CN (1) CN101981308B (ja)
AU (1) AU2009285308B2 (ja)
BR (1) BRPI0911665A2 (ja)
CA (1) CA2719238A1 (ja)
TW (1) TWI390109B (ja)
WO (1) WO2010024054A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015117682A (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 三菱重工業株式会社 風力発電装置のモニタリングシステム及びモニタリング方法
JP2015229891A (ja) * 2014-06-06 2015-12-21 住友重機械工業株式会社 ショベル
JP2016035208A (ja) * 2014-08-01 2016-03-17 株式会社日立製作所 風力発電設備の応力推定装置および風力発電設備の応力推定方法、風力発電システム
JP2016050566A (ja) * 2014-09-02 2016-04-11 三菱重工業株式会社 風力発電設備の疲労評価システム
JP2019532215A (ja) * 2016-10-17 2019-11-07 ロマックス テクノロジー リミテッド 風力タービンの負荷を決定する方法
CN111262257A (zh) * 2020-02-26 2020-06-09 沈阳工业大学 一种计及机组疲劳载荷的风电机组调频方法
WO2022270025A1 (ja) * 2021-06-22 2022-12-29 株式会社日立製作所 風力発電装置の余寿命診断方法および余寿命診断装置

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110153096A1 (en) * 2009-12-22 2011-06-23 Sujan Kumar Pal Method and system for monitoring operation of a wind farm
TWI476430B (zh) * 2010-08-23 2015-03-11 Inst Nuclear Energy Res Atomic Energy Council 具極端風速預測功能之風能預報方法
US9062653B2 (en) 2010-08-23 2015-06-23 Vestas Wind Systems A/S Changing a mode of operation of a wind turbine
US9230219B2 (en) * 2010-08-23 2016-01-05 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Wind energy forecasting method with extreme wind speed prediction function
DK2659135T3 (en) * 2010-12-30 2016-07-18 Gen Electric System, device and method for adjusting work load of wind turbine component
EP2597302B1 (en) 2011-11-23 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Determining an accumulated load of a wind turbine in angular sectors
GB201200491D0 (en) 2012-01-12 2012-02-22 Romax Technology Ltd Method for operating a wind turbine generator
WO2014046316A1 (ko) * 2012-09-20 2014-03-27 한국전력공사 풍력 터빈 블레이드의 상태 감시 장치 및 그 방법
US9574547B2 (en) * 2013-01-14 2017-02-21 General Electric Company Method and apparatus for controlling an operational parameter of a wind turbine
KR101466082B1 (ko) * 2013-06-07 2014-11-27 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기 제어 방법
CN103742357B (zh) * 2013-11-18 2017-10-31 沈阳工业大学 一种风力发电机组风轮非对称载荷控制方法
TR201811711T4 (tr) * 2014-03-31 2018-09-21 Alstom Renovables Espana Sl Rüzgâr türbinlerindeki yorulma.
US10253758B2 (en) * 2014-09-23 2019-04-09 General Electric Company System and method for optimizing wind farm performance
DE102014224757A1 (de) * 2014-12-03 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Verdichter mit einem Dichtkanal
WO2016157503A1 (ja) * 2015-04-02 2016-10-06 株式会社日立製作所 風車および風車の疲労劣化診断方法、風車の運転制御方法
EP3085955A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Method to control the operation of a wind turbine
US10422319B2 (en) * 2015-06-30 2019-09-24 Vestas Wind Systems A/S Control method and system for wind turbines
CN107735567B (zh) 2015-06-30 2019-09-03 维斯塔斯风力系统集团公司 风力涡轮机控制函数的初始化
CN106815771B (zh) * 2015-12-02 2023-11-03 中国电力科学研究院 一种风电场载荷的长期评估方法
JP6405324B2 (ja) * 2016-01-29 2018-10-17 三菱重工業株式会社 風力発電装置及びその運転方法
US10539116B2 (en) 2016-07-13 2020-01-21 General Electric Company Systems and methods to correct induction for LIDAR-assisted wind turbine control
CN108150360A (zh) 2016-12-05 2018-06-12 北京金风科创风电设备有限公司 检测风电机组的等效载荷的方法和设备
US11017315B2 (en) 2017-03-22 2021-05-25 International Business Machines Corporation Forecasting wind turbine curtailment
CN108133073A (zh) * 2017-11-23 2018-06-08 中国北方车辆研究所 一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法
DK3499022T3 (da) 2017-12-12 2023-06-06 Gen Electric Fremgangsmåder til drift af en vindmølle
CN110094298B (zh) 2018-01-31 2020-05-26 北京金风科创风电设备有限公司 切出策略自适应调整的方法及装置
JP7209542B2 (ja) * 2019-01-08 2023-01-20 株式会社日立製作所 風力発電装置とその運転方法
CN113494428B (zh) * 2020-03-20 2022-11-22 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的故障检测方法和装置
EP3985249A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-20 General Electric Renovables España S.L. Fatigue loads in wind turbines and use of operational metadata
US11635060B2 (en) 2021-01-20 2023-04-25 General Electric Company System for operating a wind turbine using cumulative load histograms based on actual operation thereof
US11661919B2 (en) 2021-01-20 2023-05-30 General Electric Company Odometer-based control of a wind turbine power system
US11728654B2 (en) 2021-03-19 2023-08-15 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for operating power generating assets
CN113357099B (zh) * 2021-06-07 2022-09-06 浙江大学 一种基于加速度传感器的风机塔筒的疲劳诊断检测方法
CN116412083A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 新疆金风科技股份有限公司 一种风力发电机组的控制方法、装置、设备及介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005098181A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Electric Power Dev Co Ltd 風車発電システム、風車の向き変更プログラム及びこの風車の向き変更プログラムを記録したコンピュータにより読取り可能な情報記録媒体
JP2006241981A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10113039B4 (de) * 2001-03-17 2017-12-07 Aloys Wobben Windenergieanlage
JP4568735B2 (ja) 2001-12-28 2010-10-27 三菱重工業株式会社 アップウィンド型風車の運転装置及びその運転方法
JP3962645B2 (ja) 2002-07-25 2007-08-22 三菱重工業株式会社 風車の運転制御装置
JP2005240785A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 浮体式風力発電装置の設計方法及び浮体式風力発電装置の設計用プログラム
US7822560B2 (en) * 2004-12-23 2010-10-26 General Electric Company Methods and apparatuses for wind turbine fatigue load measurement and assessment
US8649911B2 (en) * 2005-06-03 2014-02-11 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
US7476985B2 (en) * 2005-07-22 2009-01-13 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method of operating a wind turbine
MX2008011751A (es) 2006-03-16 2008-11-12 Vestas Wind Sys As Metodo y sistema de control para reducir las cargas de fatiga en los componentes de una turbina eolica sometida a cargas asimentricas en el plano del rotor.
DK2108830T3 (da) * 2008-01-10 2019-11-25 Siemens Gamesa Renewable Energy As Fremgangsmåde til bestemmelse af udmattelseslast af en vindmølle og til udmattelseslaststyring og tilsvarende vindmøller

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005098181A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Electric Power Dev Co Ltd 風車発電システム、風車の向き変更プログラム及びこの風車の向き変更プログラムを記録したコンピュータにより読取り可能な情報記録媒体
JP2006241981A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015117682A (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 三菱重工業株式会社 風力発電装置のモニタリングシステム及びモニタリング方法
JP2015229891A (ja) * 2014-06-06 2015-12-21 住友重機械工業株式会社 ショベル
JP2016035208A (ja) * 2014-08-01 2016-03-17 株式会社日立製作所 風力発電設備の応力推定装置および風力発電設備の応力推定方法、風力発電システム
JP2016050566A (ja) * 2014-09-02 2016-04-11 三菱重工業株式会社 風力発電設備の疲労評価システム
JP2019532215A (ja) * 2016-10-17 2019-11-07 ロマックス テクノロジー リミテッド 風力タービンの負荷を決定する方法
CN111262257A (zh) * 2020-02-26 2020-06-09 沈阳工业大学 一种计及机组疲劳载荷的风电机组调频方法
CN111262257B (zh) * 2020-02-26 2023-05-16 沈阳工业大学 一种计及机组疲劳载荷的风电机组调频方法
WO2022270025A1 (ja) * 2021-06-22 2022-12-29 株式会社日立製作所 風力発電装置の余寿命診断方法および余寿命診断装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2320077A1 (en) 2011-05-11
AU2009285308B2 (en) 2012-11-08
WO2010024054A1 (ja) 2010-03-04
BRPI0911665A2 (pt) 2015-10-13
JP5244502B2 (ja) 2013-07-24
CN101981308B (zh) 2013-11-06
US20110018271A1 (en) 2011-01-27
EP2320077A4 (en) 2015-03-25
TWI390109B (zh) 2013-03-21
TW201013045A (en) 2010-04-01
CN101981308A (zh) 2011-02-23
US8694268B2 (en) 2014-04-08
AU2009285308A1 (en) 2010-03-04
EP2320077B1 (en) 2016-10-05
KR20100117129A (ko) 2010-11-02
CA2719238A1 (en) 2010-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5244502B2 (ja) 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム
CN112219028B (zh) 风力涡轮机控制方法
US10253758B2 (en) System and method for optimizing wind farm performance
US10385829B2 (en) System and method for validating optimization of a wind farm
JP4241644B2 (ja) 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム
DK2581600T3 (en) Method and system for managing wind turbines
EP2799711B1 (en) Method of operating a wind turbine
Fleming et al. Effects of power reserve control on wind turbine structural loading
CN106815771B (zh) 一种风电场载荷的长期评估方法
JP2018185171A (ja) 風車発電機の疲労寿命解析装置、風力発電システム、及び風車発電機の疲労寿命解析方法
EP2302206A1 (en) Selecting a load reduction measure for operating a power generating machine
US20170022974A1 (en) Operating wind turbines
CN111886412A (zh) 风力涡轮发电机和控制风力涡轮发电机的方法
Ding et al. Comparison of statistical extrapolation methods for the evaluation of long-term extreme response of wind turbine
US11674500B2 (en) Method for controlling a wind energy farm taking wake effects into account
CN108474350A (zh) 运行风力涡轮机场的方法和系统
KR101179884B1 (ko) 풍력터빈의 발전량 향상 시스템 및 그 방법
US10914287B2 (en) Method of operating wind turbine based on maximum thrust limit
EP3406897B1 (en) System and method for determining wind farm wake loss
TWI647575B (zh) Fatigue deterioration diagnosis method of windmill and windmill, operation control method of windmill
JP2017101596A (ja) 風力発電装置の診断車両及びそれを備えた診断システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100702

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130312

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130408

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5244502

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250