JP2013185507A - 状態監視システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】風力発電装置に設けられた機器の異常を診断する状態監視システムであって、状態監視システムは、機器に設けられるセンサ70A〜70Hを含むモニタ装置80と、モニタ装置80が機器の異常を診断するために使用するしきい値を設定し、しきい値に基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置と、機器の状態を監視する監視用監視用端末とを備える。
【選択図】図2
Description
また、さらに好ましくは、しきい値設定用データは、風力発電装置の運転条件ごとに計測され、しきい値は、運転条件ごとに決定され、表示部は、データのうち最新のデータの周波数スペクトルと、データの運転条件と同一であって監視側制御装置に格納され、現在までしきい値を用いて正常と判断されたデータの周波数スペクトルとを同時表示する。
<状態監視システムの全体構成>
図1は、本実施の形態の状態監視システムの全体構成を概略的に示した図である。図1を参照して、状態監視システムは、モニタ装置80と、データサーバ(監視側制御装置)330と監視用端末340とを備える。
図2は、風力発電装置10の構成を概略的に示した図である。図2を参照して、風力発電装置10は、主軸20と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸受60を備える。風力発電装置10はセンサ70A〜70Hと、モニタ装置80とを備える。増速機40、発電機50、主軸受60、センサ70A〜70Hおよびモニタ装置80は、ナセル90に格納され、ナセル90は、タワー100によって支持される。
図3は、本実施の形態に用いられる各種のデータの関係を説明するための図である。図3を参照して、各種センサによって測定される項目(測定項目)と、この測定項目のデータから算出される診断パラメータと、このパラメータの値としきい値とを比較して異常判定される。図3に示すように風力発電装置10のうち異常である部位とその部位の故障モードの関係が示されている。
本実施の形態1の状態監視システムの動作について以下に説明する。まず、状態監視システムは、まず、風力発電装置10の診断運転条件を設定するための基礎データ収集期間での処理(図4参照)と、基礎データ収集期間経過後、診断運転条件を満たす運転測定データが異常か否かを判断するしきい値を生成する学習期間での処理(図5参照)と、学習期間経過後、風力発電装置10の実際の運用が行われ、学習期間に生成されたしきい値を用いて風力発電装置10の状態を監視する運用期間での処理(図6参照)とから構成される。
基礎データ収集期間とは、風力発電装置10の診断運転条件を決定するために必要な基礎データ収集する期間である。この基礎データ収集期間での処理について説明する。
学習期間とは、上述した風力発電装置10の診断運転条件を決定するために必要な基礎データ収集期間経過後に、風力発電装置10の各機器の状態を判断するためのしきい値を生成する期間である。この学習期間での処理について説明する。
しきい値WN=3(μ0+3σ0)…(2)
このしきい値CT,WNを用いて後述する運用期間の診断パラメータを用いて、データサーバ330が風力発電装置10の各機器の状態が異常か否かを判断し、その結果が監視用端末340に表示される。たとえば、このしきい値CTを越える場合には、監視用端末340に、対応する機器の状態が異常な状態を示すたとえば「注意」などの表示がなされる。またこのしきい値WNを越える場合には、監視用端末340に、対応する機器の状態がより異常の程度が大きい状態を示すたとえば「警告」などの表示がなされる。
運転期間とは、学習期間経過後、風力発電装置10の実際の運用が行われ、学習期間に生成されたしきい値を用いて風力発電装置10の状態を監視する期間である。この運転期間での処理について説明する。
図7は、監視用端末340のモニタに表示される診断パラメータの値の経時的な変化を示す図である。図7を参照して、縦軸に実効値が示され、横軸に過去60日間の月日が示されている。また、波形W1は、診断パラメータの一例の経時的な変化を示し、実線L1,L2は、それぞれ機器の状態が第1の状態(上述した「注意」状態)、第2の状態(上述した「警告」状態)であるしきい値を示し、波形W1と合わせて表示されている。
内輪欠陥周波数:Fi=(Fr/2)×(1+(d/D)×cosα)×z…(4)
転動体欠陥周波数:Fb=(Fr/2)×(D/d)(1−(d/D)2×cos2α)…(5)
ここで、「Fr」は回転周波数(Hz)、「d」は転動体の直径(mm)、「D」はピッチ円直径(mm)、「α」は接触角度、「z」は転動体数を示す。また、第n次(nは自然数)の欠陥周波数は、それぞれn×Fo,n×Fi,n×Fbを計算することで求めることができる。
上述した実施の形態1の状態監視システムでは、たとえば、風力発電装置10の発電機の出力を測定するために発電機の出力電流を測定する場合もある。このような電流を測定するセンサとして、被測定電線を切断しないで測定導体を挟みこむだけで電線を流れる電流を測定できるクランプ型の電流センサが利用されてきた。
実施の形態1は、図1、図2の示すように、風力発電装置10に設けられた機器40〜60の異常を診断する状態監視システムであって、状態監視システムは、機器に設けられるセンサを含むモニタ装置80と監視側制御装置(データサーバ)330と監視用端末340から構成され、診断前の第1の期間(学習期間)にモニタ装置80が測定したデータを監視側制御装置に送信し、監視側制御装置は、送信されたデータ(しきい値生成用データ)に基づきしきい値を生成後、監視側制御装置は、第1の期間経過後の第2の期間(運用期間)に、モニタ装置80によって収集されたデータとデータに対応するしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断し、診断結果は監視用端末340に表示される。
Claims (10)
- 風力発電装置に設けられた機器の異常を診断する状態監視システムであって、
前記機器に設けられるセンサを含むモニタ装置と、
前記モニタ装置が前記機器の異常を診断するために使用するしきい値を設定し、前記しきい値に基づいて前記機器の異常を診断する監視側制御装置と、
前記機器の状態を監視する監視用端末装置とを備え、
前記モニタ装置は、前記診断前の第1の期間に計測したしきい値設定用データを前記監視側制御装置へ送信し、
前記監視側制御装置は、前記しきい値設定用データに基づき、前記しきい値を生成し、
前記モニタ装置は、前記第1の期間経過後の第2の期間に、測定したデータを前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記データと前記データに対応する前記しきい値とに基づいて前記機器が異常か否かを診断し、
前記監視用端末装置に診断の結果を送信する、状態監視システム。 - 前記しきい値設定用データは、前記風力発電装置の運転条件ごとに計測され、
前記しきい値は、前記運転条件ごとに決定され、
前記運転条件は、風速、主軸の回転速度、発電機軸の回転速度、発電量、発電機軸のトルクを示す物理量の少なくともいずれか1つによって規定される、請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記データは、前記機器の振動、前記機器から発生するアコーステックエミッション、前記機器の温度、前記機器の動作音のいずれか1つに関するデータを含む、請求項1に記載の状態監視システム。
- 前記データは、前記機器の状態を示す診断パラメータに変換され、
前記診断パラメータは、実効値、ピーク値、平均値、クレストファクター、エンベロープ処理後の実効値、エンベロープ処理後のピーク値のいずれか1つを含む、請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記モニタ装置は、
インターネットと接続可能な送信部を含み、
前記送信部は、前記しきい値設定用データを送信し、
前記監視側制御装置は、
前記しきい値設定用データのうちから統計的手法を用いて前記しきい値を生成する、請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記状態監視システムは、
前記モニタ装置を制御する監視用端末をさらに備え、
前記監視用端末から前記監視側制御装置が診断に用いるしきい値を改定できる、請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記機器は複数であり、
前記状態監視システムは、
前記モニタ装置を制御する監視用端末をさらに備え、
前記監視用端末は、
前記診断の結果を表示する表示部を含み、
前記表示部は、
前記第2の期間において、前記機器のうち前記監視側制御装置により異常と診断された機器と、前記機器の異常に関する情報とについて表示する、請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記表示部は、同一運転条件に対応する前記データを経時的に表示する、請求項7に記載の状態監視システム。
- 前記しきい値設定用データは、前記風力発電装置の運転条件ごとに計測され、
前記しきい値は、前記運転条件ごとに決定され、
前記表示部は、
前記データのうち最新のデータの周波数スペクトルと、前記データの前記運転条件と同一であって前記監視側制御装置に格納され、現在まで前記しきい値を用いて正常と判断されたデータの周波数スペクトルとを同時表示する、請求項7に記載の状態監視システム。 - 前記しきい値設定用データは、前記風力発電装置の運転条件ごとに計測され、
前記しきい値は、前記運転条件ごとに決定され、
前記表示部は、
前記データのうち最新のデータのエンベロープ処理後の周波数スペクトルと、前記データの前記運転条件と同一であって前記監視側制御装置に格納され、現在まで前記しきい値を用いて正常と判断されたデータのエンベロープ処理後の周波数スペクトルとを同時表示する、請求項7に記載の状態監視システム。
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