JP2020007911A - 風力発電設備の診断方法及び風力発電設備の自動診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風車翼のピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断する。【解決手段】風力発電設備の診断方法は、少なくとも一の風車翼を含む風車ロータを回転させて固定するステップと、風車ロータを固定した状態で風車翼のピッチ角を変動させるピッチ機構に上記ピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値を与えるステップと、ピッチ制御指令値に応じた風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するステップと、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、ピッチ機構の健全性を診断するステップと、を備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、風力発電設備の診断方法及び風力発電設備の自動診断装置に関する。

従来、風力発電設備を診断する方法が種々知られている。

例えば、特許文献１には、風車翼のピッチ機構に関し、同一のピッチ駆動アクチュエータに供給する電力を運転モードと試験モードとで切り替えることにより、試験用のアクチュエータを追加的に設けることなく高ストレスの試験を行う技術が開示されている。

国際公開第２００９／１４６８４８号

ところで、風車翼のピッチ機構においては、運転に伴う経時的な劣化等に起因してピッチの挙動が指令値に追従し切れない等の異常が生ずる場合があり得る。このため、各風車翼についてピッチ機構の異常又はその兆候を定量的に検知することが望まれる。
しかし、特許文献１には、上記のような問題を解決するための具体的な構成について何ら開示されていない。

上述した問題に鑑み、本開示の少なくとも一実施形態は、風車翼のピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断することを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の診断方法は、
少なくとも一の風車翼を含む風車ロータを回転させて固定するステップと、
前記風車ロータを固定した状態で、前記風車翼のピッチ角を変動させるピッチ機構に前記ピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値を与えるステップと、
前記ピッチ制御指令値に応じた前記風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するステップと、
取得した前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に基づき、前記ピッチ機構の健全性を診断するステップと、
を備えている。

上記（１）の方法によれば、風車ロータを回転後に固定した状態で、風車翼のピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値がピッチ機構に与えられ、該ピッチ制御指令値に応じて変動された風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角が取得される。そして、取得された実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づきピッチ機構の健全性が診断される。つまり、ピッチ角の増加方向及び減少方向の両方向につき、上記基準角度を基準としてピッチ制御指令値と実ピッチ角速度又は実ピッチ角との相関からピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。なお、ピッチ角目標値に対して上記ピッチ制御指令値は、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角が上記ピッチ角目標値に達しない、或いは乖離している場合は補正すべく調整するのでピッチ機構の健全性を診断することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の方法において、
前記風車ロータを固定させるステップでは、診断対象とする前記風車翼を前記風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って固定させてもよい。

上記（２）の方法によれば、風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って診断対象の風車翼を固定させた状態でピッチ機構の健全性を診断することができる。つまり、ピッチ角変更に関する風車翼の回転軸を鉛直方向に沿わせた状態でピッチ機構の健全性を診断できるから、例えばピッチ角変更に対する風車翼の自重等の重力成分に起因した影響を排除し、ピッチ機構の健全性をより高精度に診断することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の方法において、
前記ピッチ角目標値又は前記ピッチ制御指令値を正弦波で与えてもよい。

上記（３）の方法によれば、ピッチ角目標値又はピッチ制御指令値が正弦波でピッチ機構に与えられるから、上記基準角度を基準としたピッチ角の増加方向又は減少方向の両方向の健全性について、比較が容易な基本波形を用いてピッチ機構の健全性すなわち異常の有無又は異常の程度を診断することができる。なお、ピッチ制御指令値は結果として正弦波としての形状とはならない場合もある。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の方法において、
前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値を設定するステップを備え、
前記診断するステップでは、前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第１閾値を逸脱した場合に異常と診断してもよい。

上記（４）の方法によれば、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角速度に関するピッチ機構の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角速度の許容値等を第１閾値に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の方法において、
前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値を設定するステップを備え、
前記診断するステップでは、前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第２閾値を逸脱した場合に異常と診断してもよい。

上記（５）の方法によれば、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角に関するピッチ機構の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角の許容値等を第２閾値に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか一つに記載の方法において、
前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えてもよい。

上記（６）の方法によれば、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するようなピッチ角目標値がピッチ機構に与えられる。つまり、フェザーとファインとの間の全ピッチ角度範囲に亘ってピッチ角を変化させる場合に比べて簡易かつ短時間にピッチ機構の健全性を診断することができる。また、例えば、運転時の使用頻度が比較的高い領域や、異常が比較的発生し易いピッチ角を含むピッチ角度範囲等について選択的に又は優先的にピッチ機構の健全性を診断することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の方法において、
前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えてもよい。

上記（７）の方法によれば、０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構の健全性が診断される。つまり、０．０４〜０．２Ｈｚのうち任意の周波数でピッチ機構の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周波数でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の方法において、
前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角が５〜２５秒の周期範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えてもよい。

上記（８）の方法によれば、５〜２５秒の周期範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構の健全性が診断される。つまり、５〜２５秒のうち任意の周期でピッチ機構の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周期でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

（９）本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の自動診断装置は、
少なくとも一の風車翼を含む風車ロータと、
前記風車翼のピッチ角を変動させるピッチ機構と、
前記風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するセンサと、
少なくとも前記ピッチ機構及び前記風車ロータの駆動を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記風車ロータを回転させて固定した状態で前記ピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値を前記ピッチ機構に与え、
前記ピッチ制御指令値に応じた前記風車翼の前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角を前記センサから取得し、
取得した前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に基づき、前記ピッチ機構の健全性を診断するように構成されている。

上記（９）の構成によれば、上記（１）で述べたように、コントローラにより、風車ロータを回転後に固定した状態で、風車翼のピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値がピッチ機構に与えられ、該ピッチ制御指令値に応じて変動された風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角がセンサを介して取得される。そして、取得された実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、コントローラによってピッチ機構の健全性が診断される。つまり、ピッチ角の増加方向及び減少方向の両方向につき、上記基準角度を基準としてピッチ制御指令値と実ピッチ角速度又は実ピッチ角との相関からピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。なお、ピッチ制御指令値は、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角が上記ピッチ角目標値に達しない、或いは乖離している場合は補正すべく調整され得る。これにより、ピッチ機構の健全性を診断することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の何れか一つに記載の構成において、
前記コントローラは、診断対象とする前記風車翼を前記風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って固定させるように構成されていてもよい。

上記（１０）の構成によれば、上記（２）で述べたように、コントローラにより、風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って診断対象の風車翼を固定させた状態でピッチ機構の健全性を診断することができる。つまり、ピッチ角変更に関する風車翼の回転軸を鉛直方向に沿わせた状態でピッチ機構の健全性を診断できるから、例えばピッチ角変更に対する風車翼の自重等の重力成分に起因した影響を排除し、ピッチ機構の健全性をより高精度に診断することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）に記載の構成において、
前記コントローラは、前記ピッチ機構に対して前記ピッチ角目標値又は前記ピッチ制御指令値を正弦波で与えるように構成されていてもよい。

上記（１１）の構成によれば、上記（３）で述べたように、ピッチ角目標値又はピッチ制御指令値が正弦波でピッチ機構に与えられるから、上記基準角度を基準としたピッチ角の増加方向又は減少方向の両方向の健全性について、比較が容易な基本波形を用いてピッチ機構の健全性すなわち異常の有無又は異常の程度を診断することができる。なお、ピッチ制御指令値は結果として正弦波としての形状とはならない場合もある。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（９）〜（１１）の何れか一つに記載の構成において、風力発電設備の自動診断装置は、
前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値、又は、前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値を記憶した記憶部を備え、
前記コントローラは、前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第１閾値を逸脱した場合、又は、前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第２閾値を逸脱した場合に異常と診断するように構成されていてもよい。

上記（１２）の構成によれば、上記（４）又は（５）で述べたように、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角速度に関するピッチ機構の健全性をより定量的に診断することができる。また、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角に関するピッチ機構の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角速度の許容値等を第１閾値に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。また、例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角の許容値等を第２閾値に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（９）〜（１２）の何れか一つに記載の構成において、
前記コントローラは、前記ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えるように構成されていてもよい。

上記（１３）の構成によれば、上記（６）で述べたように、コントローラにより、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するようなピッチ角目標値がピッチ機構に与えられる。つまり、フェザーとファインとの間の全ピッチ角度範囲に亘ってピッチ角を変化させる場合に比べて簡易かつ短時間にピッチ機構の健全性を診断することができる。また、例えば、運転時の使用頻度が比較的高い領域や、異常が比較的発生し易いピッチ角を含むピッチ角度範囲等について選択的に又は優先的にピッチ機構の健全性を診断することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（９）〜（１３）の何れか一つに記載の構成において、
前記コントローラは、前記ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えるように構成されていてもよい。

上記（１４）の構成によれば、コントローラにより、０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構の健全性が診断される。つまり、０．０４〜０．２Ｈｚのうち任意の周波数でピッチ機構の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周波数でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（９）〜（１４）の何れか一つの何れか一つに記載の構成において、
前記ピッチ機構の健全性に関する情報を報知する報知部を備え、
前記コントローラは、一定サイクルごとに前記診断を行い、少なくとも一の前記風車翼の前記ピッチ機構について異常が確認された場合にその旨を前記報知部により報知するように構成されていてもよい。

上記（１５）の構成によれば、コントローラにより、一定サイクルごとにピッチ機構の健全性の診断が行われ、少なくとも一の風車翼のピッチ機構について異常が確認された場合にその旨を報知部により報知される。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、風車翼のピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。

本開示の少なくとも一実施形態における風力発電設備の構成例を示す概略図である。 一実施形態におけるピッチ診断処理（油圧ピッチ）に関する制御系の構成例を示すブロック図である。 他の実施形態におけるピッチ診断処理（電動ピッチ）に関する制御系の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る風力発電設備の自動診断装置における制御系の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る風力発電設備の診断方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る風力発電設備の診断方法におけるピッチ診断処理を示す概念図である。 一実施形態に係る風力発電設備の診断方法におけるピッチ診断処理の入出力データ例を示す概略図であり、（ａ）は健全時、（ｂ）は異常時のデータ例を示す。

以下、添付図面に従って本発明の例示的な実施形態について説明する。ただし、以下に示す幾つかの実施形態に記載された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

先ず、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の自動診断装置について説明する。
図１は、本開示の少なくとも一実施形態における風力発電設備の構成例を示す概略図である。図２は、一実施形態におけるピッチ診断処理（油圧ピッチ）に関する制御系の構成例を示すブロック図である。図３は、他の実施形態におけるピッチ診断処理（電動ピッチ）に関する制御系の構成例を示すブロック図である。

図１及び図２に非限定的に例示するように、風力発電設備（以下、風車１とする）は、複数（例えば３枚）の風車翼２及び該風車翼２が取り付けられるハブ３で構成される風車ロータ４と、風車ロータ４を当該風車ロータ４と一体回転可能に連結された主軸７、主軸受８及び増速機９を含むドライブトレイン６を介して回転自在に支持するナセル５と、ドライブトレイン６の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで電力を生成する発電機１１と、ナセル５を水平旋回可能に支持するタワー１２と、タワー１２が設置されるプラットフォーム（不図示）と、を備えている。主軸７は主軸ブレーキ１０によって制動可能に構成されており、該主軸ブレーキ１０により、風車ロータ４を回転自在に開放したり、任意のアジマス角に停止させて保持（固定）したりできるようになっている。

そして、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の自動診断装置４０は、少なくとも一の風車翼２を含む上記風車ロータ４と、風車翼２のピッチ角を変動させるピッチ機構２０と、風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するセンサ（例えばピッチ角センサ）２５と、少なくともピッチ機構２０及び風車ロータ４の駆動を制御するコントローラ４２と、を備えている（図１参照）。

ピッチ機構２０は、例えば油圧又は電動のピッチアクチュエータ２３を含む動力伝達機構（例えばリンク機構（油圧）又はピニオンを含むギヤ機構（電動）等）により、ハブ３内に軸受を介して回動可能に連結された風車翼２の翼根部に対して、該翼根部に連結された翼旋回輪（天板とも称する）２９経由で翼長方向に沿う回転軸２Ａ（図１参照）を中心とする回転力を付与し、風車翼２のピッチ角を変更するとともに該ピッチ角を保持することができるようになっている。
なお、ピッチ機構２０は、動力伝達機構を介して伝達された動力を風車翼２の翼根部に伝達するためのピッチシリンダ２３Ａに作動油を供給するための油圧配管及び油圧調整用のアキュムレータ等を含み得る。

一実施形態におけるピッチアクチュエータ２３は、例えば図１及び図２に例示するように、比例弁（比例電磁弁）を含むピッチ制御弁２２により風車翼２を任意のピッチ角に調節可能な油圧のピッチシリンダ（油圧シリンダ）２３Ａが適用され得る。
他の実施形態におけるピッチアクチュエータ２３は、例えば図３に例示するように、インバーター２４を介した制御により風車翼２を任意のピッチ角に調節可能な電動のピッチモータ２３Ｂが適用され得る。

センサ２５は、風車翼２のピッチ角（実ピッチ角）をリアルタイムに検出し、その検出信号をコントローラ４２に送信するようになっている。

ここで、図４を参照して本開示の少なくとも一実施形態におけるコントローラ４２について説明する。
図４は、一実施形態に係る風力発電設備の自動診断装置における制御系の構成例を示すブロック図である。
図４に非限定的に例示するように、コントローラ４２は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ４３、該ＣＰＵ４３が実行する各種プログラムやテーブル等のデータを記憶するための記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４４、各プログラムを実行する際の展開領域や演算領域としてのワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４５の他、図示しない大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えていてもよい。幾つかの実施形態において、コントローラ４２は、風車運転に関する各種パラメータを保存するデータベース４６を含んでもよい。これらは全て、バス４７を介して接続されている。更に、コントローラ４２は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部（図示省略）及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部（例えば後述する報知部５０）等と接続されていてもよい。

コントローラ４２には、各風車１に設けられた風向センサ３２、風速センサ３３及びピッチ角センサ２５の各々から、それぞれ風向、風速及びピッチ角に関する検知信号が送信されてもよい。また、コントローラ４２は、バス４７を介してヨーモータ１５、ヨーブレーキ駆動アクチュエータ１６、ピッチアクチュエータ２３及びピッチブレーキ駆動アクチュエータ２８と電気的又は電子的に接続されていてもよい。

幾つかの実施形態において、ＲＯＭ４５には、ピッチ機構２０の健全性を診断するためのピッチ自動診断プログラム４８が格納されている。
このピッチ自動診断プログラム４８をＣＰＵ４３がＲＯＭ４５から読み出し、ＲＡＭ４４に展開して実行することにより、コントローラ４２は、風車ロータ４を回転させて固定した状態でピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値（図１、図２及び図３参照）をピッチ機構２０に与え、該ピッチ制御指令値に応じた風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角をセンサ２５から取得し、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、ピッチ機構２０の健全性を診断するように構成されている。
なお、一実施形態において、上記のコントローラ４２は、ハブ３内に配置されたピッチ制御装置４２Ｂ（例えば図１〜図３参照）であってもよい。ただし、他の実施形態として、コントローラ４２は、例えばナセル５内に配置されたナセル制御装置４２Ａ、タワー１２内に配置された操作端末４２Ｃ又は風車１から離れて配置されたＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）システムであってもよく、これらを介してピッチアクチュエータ２３及びセンサ２５と通信可能に構成され得る。

以上の構成によれば、コントローラ４２により、風車ロータ４を回転後に固定した状態で、風車翼２のピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させるためのピッチ制御指令値がピッチ機構２０に与えられ、該ピッチ制御指令値に応じて変動された風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角がセンサ２５を介して取得される。そして、取得された実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、コントローラ４２によってピッチ機構２０の健全性が診断される。つまり、ピッチ角の増加方向及び減少方向の両方向につき、上記基準角度を基準としてピッチ制御指令値と実ピッチ角速度又は実ピッチ角との相関からピッチ機構の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。なお、上記ピッチ制御指令値は、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角が上記ピッチ角目標値に達していない、或いは乖離している場合は補正すべく調整される。これにより、ピッチ機構２０の健全性を診断することができる。

幾つかの実施形態では、コントローラ４２が、診断対象とする風車翼２を風車１の正面視にて風車ロータ４の中心を含む鉛直方向に沿って固定させるように構成されていてもよい。すなわち、診断対象の風車翼２は、その翼長方向が正面視にて風車ロータ４の中心の真上又は真下に沿うように配置され得る。このように構成すれば、コントローラ４２により、風車ロータ４の中心を含む鉛直方向に沿って診断対象の風車翼２を固定させた状態でピッチ機構２０の健全性を診断することができる。つまり、ピッチ角変更に関する風車翼２の回転軸２Ａを鉛直方向に沿わせた状態でピッチ機構２０の健全性を診断できるから、例えばピッチ角変更に対する風車翼２の自重等の重力成分に起因した影響を排除し、ピッチ機構２０の健全性をより高精度に診断することができる。

幾つかの実施形態において、コントローラ４２は、ピッチ機構２０に対してピッチ角目標値又はピッチ制御指令値を正弦波で与えるように構成されていてもよい（例えば図２、図３又は図５参照）。このように構成すれば、ピッチ角目標値又はピッチ制御指令値が正弦波でピッチ機構２０に与えられるから、基準角度を基準としたピッチ角の増加方向又は減少方向の両方向の健全性について、比較が容易な基本波形を用いてピッチ機構２０の健全性すなわち異常の有無又は異常の程度を診断することができる。なお、ピッチ制御指令値は結果として正弦波としての形状とはならない場合もある。

幾つかの実施形態において、上記自動診断装置４０は、例えば図４に非限定的に例示するように、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値Ｔｈ１、又は、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値Ｔｈ２を記憶した記憶部（例えばＲＯＭ４５）を備えていてもよい。
そして、コントローラ４２は、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値Ｔｈ１を逸脱した場合、又は、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値Ｔｈ２を逸脱した場合に異常と診断するように構成されていてもよい。
例えばピッチ機構２０に異常がない状態（つまり正常時）における実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関を基準として、取得した実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が上記第１閾値Ｔｈ１以上離れている場合は異常と診断され得る。同様に、ピッチ機構２０に異常がない状態における実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関を基準として、取得した実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が上記第２閾値Ｔｈ２以上離れている場合は異常と診断され得る。

このように構成すれば、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値Ｔｈ１を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角速度に関するピッチ機構２０の健全性をより定量的に診断することができる。また、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値Ｔｈ２を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角に関するピッチ機構２０の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角速度の許容値等を第１閾値Ｔｈ１に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。また、例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角の許容値等を第２閾値Ｔｈ２に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

幾つかの実施形態において、コントローラ４２は、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するようにピッチ制御指令値を与えるように構成されていてもよい。
例えばフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲が１２０°（例えば０〜１２０°）であるとした場合、ピッチ診断処理におけるピッチ角の変動は、１２〜６０°の振幅で行なわれ得る。なお、このような場合、上述した基準角度は、例えばフェザーとファインとの中間である６０°の角度位置に設定され得る。そして、例えば、６０°を基準として全ピッチ角度範囲の５０％の振幅範囲で変動する場合は３０〜９０°の範囲でピッチ機構２０の健全性の診断が行われ得る。

このように構成すれば、コントローラ４２により、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するようなピッチ角目標値がピッチ機構２０に与えられ、フェザーとファインとの間の全ピッチ角度範囲に亘ってピッチ角を変化させる場合に比べて簡易かつ短時間にピッチ機構２０の健全性を診断することができる。また、例えば、運転時の使用頻度が比較的高い領域や、異常が比較的発生し易いピッチ角を含むピッチ角度範囲等について選択的に又は優先的にピッチ機構２０の健全性を診断することができる。

幾つかの実施形態において、コントローラ４２は、ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するように上記ピッチ制御指令値を与えるように構成されていてもよい。この場合、コントローラ４２により、０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構２０の健全性が診断される。つまり、０．０４〜０．２Ｈｚのうち任意の周波数でピッチ機構２０の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周波数でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

幾つかの実施形態において、上記自動診断装置４０は、ピッチ機構２０の健全性に関する情報を報知する報知部５０を備えていてもよく（例えば図４参照）、コントローラ４２は、一定サイクルごとに診断を行い、少なくとも一の風車翼２のピッチ機構２０について異常が確認された場合にその旨を報知部５０により報知するように構成されていてもよい。
報知部５０による報知は、例えば、音、光又は表示部に表示される画像等の形式で実現され得る。また、上記一定サイクルとしては、例えば、運転開始からの経過時間やピッチ機構２０の動作回数、累積負荷等を考慮して任意の値に予め設定することができ、その設定を例えば記憶部に記憶させていてもよい。このような構成によれば、コントローラ４２により、一定サイクルごとにピッチ機構２０の健全性の診断が行われ、少なくとも一の風車翼２のピッチ機構２０について異常が確認された場合にその旨が報知部５０を介して報知され得る。

続いて、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の診断方法について図５及び図６を参照して詳細に説明する。
図５は、一実施形態に係る風力発電設備の診断方法におけるピッチ診断処理を示す概念図である。図６は、一実施形態に係る風力発電設備の診断方法を示すフローチャートである。
図５及び図６に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の診断方法は、診断対象である風車翼２（＃１）についてピッチ診断処理を行う（ステップＳ１０）ために、少なくとも一の風車翼２を含む風車ロータ４を回転させて（ステップＳ１１）固定するステップ（ステップＳ１２）と、風車ロータ４を固定した状態で、風車翼２のピッチ角を変動させるピッチ機構２０にピッチ角を基準角度から増減させるためのピッチ角目標値に基づくピッチ制御指令値を与えるステップ（ステップＳ１３）と、上記ピッチ制御指令値に応じた風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するステップ（ステップＳ１４）と、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、ピッチ機構２０の健全性を診断するステップ（ステップＳ５０）と、を備えている。
ステップＳ１１では、例えば風車ロータ４のブレーキとして機能する主軸ブレーキ１０を開放し、風力により風車ロータ４を回転させてもよい。
ステップＳ１２では、例えば診断対象とする風車翼２（＃１）がハブ３の真下に配置された時点で主軸ブレーキ１０を作動して風車ロータ４を固定する。
風車翼２（＃１）のピッチ角を基準角度に移動（ステップＳ１３）した後、ステップＳ１４では、基準角度から風車翼２を加振し、ピッチ制御指令値に応じた風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角をセンサ２５経由で取得する。
そして、ステップＳ５０では、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づき、ピッチ機構２０の健全性を診断する。

上記の方法によれば、風車ロータ４を回転後に固定した状態で、風車翼２のピッチ角を基準角度から増減させるためのピッチ角目標値に基づくピッチ制御指令値がピッチ機構２０に与えられ、該ピッチ制御指令値に応じて変動された風車翼２の実ピッチ角速度又は実ピッチ角が取得される。そして、取得された実ピッチ角速度又は実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に基づきピッチ機構２０の健全性が診断される。つまり、ピッチ角の増加方向及び減少方向の両方向につき、上記基準角度を基準としてピッチ制御指令値と実ピッチ角速度又は実ピッチ角との相関からピッチ機構２０の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。なお、上記ピッチ制御指令値は、取得した実ピッチ角速度又は実ピッチ角が上記ピッチ角目標値に達しない、或いは乖離している場合は補正すべく調整され得る。このようにしてピッチ機構２０の健全性を診断することができる。
なお、診断対象とする風車翼２が予め診断位置に配置されている場合は、検査開始後に風車ロータ４を回転させる工程を省略してもよい。
また、診断対象とする風車翼２の診断時におけるアジマス角に関しては、毎診断時に同一のアジマス角に配置するという同一条件であれば任意の角度に設定してもよい。

幾つかの実施形態において、風車ロータ４を固定させるステップＳ１２では、診断対象とする風車翼２を風車１の正面視にて風車ロータ４の中心を含む鉛直方向に沿って固定させてもよい。すなわち、診断対象の風車翼２（＃１）は、その翼長方向が正面視にて風車ロータ４の中心（ハブ３の中心）の真上又は真下に沿うように配置され得る。

このようにして風車翼２を固定させれば、風車ロータ４の中心を含む鉛直方向に沿って診断対象の風車翼２を固定させた状態でピッチ機構２０の健全性を診断することができる。つまり、ピッチ角変更に関する風車翼２の回転軸２Ａを鉛直方向に沿わせた状態でピッチ機構２０の健全性を診断できるから、例えばピッチ角変更に対する風車翼２の自重等の重力成分に起因した影響を排除し、ピッチ機構２０の健全性をより高精度に診断することができる。

幾つかの実施形態では、ピッチ角目標値又はピッチ制御指令値を正弦波で与えてもよい。
例えばステップＳ４において、風車翼２（＃１）を加振する際、正弦波状を呈するピッチ角目標値又はピッチ制御指令値としてピッチ制御弁２２又はインバーター２４に付与する。このようにすれば、ピッチ角目標値又はピッチ制御指令値が正弦波でピッチ機構２０に与えられるから、上記基準角度を基準としたピッチ角の増加方向又は減少方向の両方向の健全性について、比較が容易な基本波形を用いてピッチ機構２０の健全性すなわち異常の有無又は異常の程度を診断することができる。なお、ピッチ制御指令値は結果として正弦波としての形状とはならない場合もある。

幾つかの実施形態における風力発電設備の診断方法は、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値Ｔｈ１を設定するステップを備えていてもよく、上記診断するステップＳ５０では、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値Ｔｈ１を逸脱した場合に異常と診断してもよい。
この方法によれば、実ピッチ角速度とピッチ制御指令値との相関が第１閾値Ｔｈ１を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角速度に関するピッチ機構２０の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角速度の許容値（又は許容範囲）等を第１閾値Ｔｈ１に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

幾つかの実施形態における風力発電設備の診断方法は、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値Ｔｈ２を設定するステップを備えていてもよく、上記診断するステップＳ５０では、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値Ｔｈ２を逸脱した場合に異常と診断してもよい。
この方法によれば、実ピッチ角とピッチ制御指令値との相関が第２閾値Ｔｈ２を逸脱したか否かを判断基準としてピッチ角に関するピッチ機構２０の健全性をより定量的に診断することができる。例えば、ピッチ制御指令値に関して許容される実ピッチ角の許容値（又は許容範囲）等を第２閾値Ｔｈ２に設定することにより、公差や組付け誤差等を含む許容可能な正常範囲であるか否かを容易に診断することができる。

幾つかの実施形態において、ピッチ制御指令値を与えるステップＳ１４では、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するように上記ピッチ制御指令値を与えてもよい。
この方法によれば、ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するようなピッチ角目標値がピッチ機構２０に与えられる。つまり、フェザーとファインとの間の全ピッチ角度範囲に亘ってピッチ角を変化させる場合に比べて簡易かつ短時間にピッチ機構２０の健全性を診断することができる。また、例えば、運転時の使用頻度が比較的高い領域や、異常が比較的発生し易いピッチ角を含むピッチ角度範囲等について選択的に又は優先的にピッチ機構２０の健全性を診断することができる。

幾つかの実施形態において、ピッチ制御指令値を与えるステップＳ１４では、ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するようにピッチ制御指令値を与えてもよい。
この方法によれば、０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構２０の健全性が診断される。つまり、０．０４〜０．２Ｈｚのうち任意の周波数でピッチ機構２０の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周波数でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

幾つかの実施形態において、ピッチ制御指令値を与えるステップＳ１４では、ピッチ角が５〜２５秒の周期範囲で変動するようにピッチ制御指令値を与えてもよい。
この方法によれば、５〜２５秒の周期範囲を目指してピッチ角を変動させてピッチ機構２０の健全性が診断される。つまり、５〜２５秒のうち任意の周期を目指してピッチ機構２０の健全性を診断することができるから、例えば、異なる周期でピッチ角を変動させた際の挙動を把握することができ、健全性の診断をより高精度に実行することができる。

なお、図５及び図６に例示するように、上記ステップＳ１４の後、ロータブレーキ（主軸ブレーキ１０）を開放し（ステップＳ１５）、風車ロータ４を回転させて次の診断対象である風車翼２（＃２）をハブ３の真下に配置し、該風車翼２（＃２）についてピッチ診断処理を行ってもよい（ステップＳ２０）。また、ステップＳ２０の後、次の診断対象である風車翼２（＃３）をハブ３の真下に配置し、該風車翼２（＃３）についてピッチ診断処理を行ってもよい（ステップＳ３０）。そして、全ての風車翼２（＃１〜＃３）についてピッチ診断処理を終えた後、データの記録を終了し（ステップＳ４０）、記録されたデータの診断及び分析を行い（ステップＳ５０）、処理を終了してもよい。

以上述べた診断により、ピッチ機構２０に異常があると診断された場合の例を、正常な風車翼２（ピッチ機構２０が健全な場合）と比較して図７に示す。
図７は、一実施形態に係る風力発電設備の診断方法におけるピッチ診断処理の入出力データ例を示す概略図であり、（ａ）は健全時、（ｂ）は異常時のデータ例を示す。
図７（ｂ）では、異常と診断された風車翼２は、ピッチ制御指令値に対する実ピッチ角速度の関係ないし相関が、図７（ａ）に示す正常時と比較して横方向に広がっていることがわかる。

上述した本開示の少なくとも一実施形態によれば、風車翼２のピッチ機構２０の健全性や異常の兆候を定量的に診断することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ 風車（風力発電設備）
２ 風車翼
２Ａ 回転軸
３ ハブ
４ 風車ロータ
５ ナセル
６ ドライブトレイン
７ 主軸
８ 主軸受
９ 増速機
１０ 主軸ブレーキ
１１ 発電機
１２ タワー
１５ ヨーモータ
１６ ヨーブレーキ駆動アクチュエータ
２０ ピッチ機構
２２ ピッチ制御弁（比例弁）
２３ ピッチアクチュエータ
２３Ｂ ピッチモータ
２４ インバーター
２５ ピッチ角センサ（センサ）
２６ ピッチブレーキ駆動アクチュエータ
２８ ロータヘッド
２９ 翼旋回輪（天板）
４０ 自動診断装置
４２ コントローラ
４２Ａ ナセル制御装置
４２Ｂ ピッチ制御装置
４２Ｃ 操作端末
４２Ｄ ＳＣＡＤＡ
４３ ＣＰＵ
４４ ＲＡＭ
４５ ＲＯＭ（記憶部）
４６ データベース
４７ バス
４８ ピッチ自動診断プログラム
５０ 報知部（表示部）
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 第２閾値

Claims (15)

1. 少なくとも一の風車翼を含む風車ロータを回転させて固定するステップと、
   前記風車ロータを固定した状態で、前記風車翼のピッチ角を変動させるピッチ機構に前記ピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値を与えるステップと、
   前記ピッチ制御指令値に応じた前記風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するステップと、
   取得した前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に基づき、前記ピッチ機構の健全性を診断するステップと
   を備えた風力発電設備の診断方法。
2. 前記風車ロータを固定させるステップでは、診断対象とする前記風車翼を前記風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って固定させる
   請求項１に記載の風力発電設備の診断方法。
3. 前記ピッチ角目標値又は前記ピッチ制御指令値を正弦波で与える
   請求項１又は２に記載の風力発電設備の診断方法。
4. 前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値を設定するステップを備え、
   前記診断するステップでは、前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第１閾値を逸脱した場合に異常と診断する
   請求項１〜３の何れか一項に記載の風力発電設備の診断方法。
5. 前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値を設定するステップを備え、
   前記診断するステップでは、前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第２閾値を逸脱した場合に異常と診断する
   請求項１〜４の何れか一項に記載の風力発電設備の診断方法。
6. 前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与える
   請求項１〜５の何れか一項に記載の風力発電設備の診断方法。
7. 前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与える
   請求項１〜６の何れか一項に記載の風力発電設備の診断方法。
8. 前記ピッチ制御指令値を与えるステップでは、前記ピッチ角が５〜２５秒の周期範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与える
   請求項１〜７の何れか一項に記載の風力発電設備の診断方法。
9. 少なくとも一の風車翼を含む風車ロータと、
   前記風車翼のピッチ角を変動させるピッチ機構と、
   前記風車翼の実ピッチ角速度又は実ピッチ角を取得するセンサと、
   少なくとも前記ピッチ機構及び前記風車ロータの駆動を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記風車ロータを固定させた状態で前記ピッチ角を基準角度からピッチ角目標値を目指して増減させる様にピッチ制御指令値を前記ピッチ機構に与え、
   前記ピッチ制御指令値に応じた前記風車翼の前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角を前記センサから取得し、
   取得した前記実ピッチ角速度又は前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に基づき、前記ピッチ機構の健全性を診断するように構成されている
   風力発電設備の自動診断装置。
10. 前記コントローラは、診断対象とする前記風車翼を前記風車ロータの中心を含む鉛直方向に沿って固定させるように構成されている
    請求項９に記載の風力発電設備の自動診断装置。
11. 前記コントローラは、前記ピッチ機構に対して前記ピッチ角目標値又は前記ピッチ制御指令値を正弦波で与えるように構成されている
    請求項９又は１０に記載の風力発電設備の自動診断装置。
12. 前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第１閾値又は前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関に関する第２閾値を記憶した記憶部を備え、
    前記コントローラは、前記実ピッチ角速度と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第１閾値を逸脱した場合、又は、前記実ピッチ角と前記ピッチ制御指令値との相関が前記第２閾値を逸脱した場合に異常と診断するように構成されている
    請求項９〜１１の何れか一項に記載の風力発電設備の自動診断装置。
13. 前記コントローラは、前記ピッチ角がフェザーとファインとの間における全ピッチ角度範囲の１０〜５０％の振幅範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えるように構成されている
    請求項９〜１２の何れか一項に記載の風力発電設備の自動診断装置。
14. 前記コントローラは、前記ピッチ角が０．０４〜０．２Ｈｚの周波数範囲を目指して変動するように前記ピッチ制御指令値を与えるように構成されている
    請求項９〜１３の何れか一項に記載の風力発電設備の自動診断装置。
15. 前記ピッチ機構の健全性に関する情報を報知する報知部を備え、
    前記コントローラは、一定サイクルごとに前記診断を行い、少なくとも一の前記風車翼の前記ピッチ機構について異常が確認された場合にその旨を前記報知部により報知するように構成されている
    請求項９〜１４の何れか一項に記載の風力発電設備の自動診断装置。