JP5010735B2 - 風力発電装置用ハンディ端末及び風力発電装置 - Google Patents
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Description
風力発電装置のうち大型の装置は、回転翼が取り付けられたロータヘッドと、ドライブトレイン及び発電機を収納するナセルと、ナセルを支持するタワーとで構成されている。ドライブトレインは、ロータヘッド側から発電機側にトルクを伝達するためのものであり、通常は増速機が組み込まれており、ロータヘッドの回転を増速して発電機に入力するようにした、いわゆるナセル型風力発電装置が多く用いられており、かかる風力発電装置は風力の有効利用及び商用系統への電力の安定供給を図るために、前記ナセル型風力発電装置を所定地域に複数配置したウインドファームを構成している。例えば複数のウインドファームを保守管理する技術は、特開2009−287453号公報(特許文献1)に開示されている。
例えば、風力発電装置の主軸受の給脂作業は、軸受全体にグリースを均一に供給しなければならないため、回転軸をゆっくりと回転させながら行う必要があるし、回転翼の脱着作業は、回転翼が水平になる位置までロータヘッドを回転させてから行う必要がある。また、メンテナンス時には、安全上の理由から回転軸が回転しないようにロックピンで固定することがあり、この場合もロックピンを挿入可能な位置まで回転軸を回転させる必要がある。
さらに従来は、制御装置による風力発電装置の保守操作と、回転軸の回転操作とが分離していたため、それぞれを別々に操作する必要があり、作業効率が低いという問題もあった。特許文献1の技術は、それぞれの風力発電装置と通信可能なネットワークを介して各ウインドファームにおける風力発電設備の稼働状態に関する情報を取得するもので、ウインドファーム内の個々の風力発電装置を個別に制御するものではない。
これにより、2つの制御回路からの操作信号が混在してしまい保守制御の挙動が不安定となることを防止する。また、風力発電装置の回転翼をロータターニング状態にするときは、一般に、主軸受の給脂作業時や回転翼の脱着作業準備時、あるいはロックピンの挿入時等のように、主にナセル近傍で作業が行われる。したがって、ナセル側の接続端にハンディ端末が接続されたときにロータターニングボタンのON操作信号を有効とさせることにより、作業効率の向上及び安全性の向上が可能となる。
このように、運転切り替え信号を受けた際に、他の保守モード制御状態をリセットさせることにより、運転切り替え後の風力発電装置の運転を正常に行なうことが可能となる。
また、風力発電装置が有する制御回路が、回転翼をフェザリング状態に置く保守モード制御状態と、回転翼をロータターニングさせるロータターニング状態とを切り替える制御ロジックを有し、ハンディ端末からのロータターニングボタンのON操作信号に基づきこれらの状態が切り替えられる構成としているため、メンテナンス作業に応じてハンディ端末より簡単に回転翼の状態を変更することが可能で、作業の効率化が図れる。。
風力発電サイト10は、複数の風力発電装置1を有しており、これらの風力発電装置1で風力をエネルギとして発電する。風力発電装置1で発電された電力は、昇圧変圧器51、系統連系盤52を介して電力系統53に送電される。
この通信管理システムは、複数の風力発電装置1を遠隔制御・監視するもので、現地に設けられた管理装置56と、管理装置56に通信回線を介して接続される遠隔監視装置57とを有する。管理装置56は、通信ケーブルを介してハブ55に接続されており、ハブ55には複数の制御回路13から延出された制御線が集結されている。管理装置56、遠隔監視装置57はいずれも、CPU、ROM、RAM、メモリ、通信部インタフェース等を有するコンピュータで構成され、主に風力発電装置1の運転状態の監視を行なう。
風力発電装置1は、地上若しくは水上の基礎上に立設されたタワー2と、タワー2の上端に設置されたナセル3と、ナセル3に取り付けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4に取り付けられた複数枚の回転翼5と、回転翼5をピッチ駆動させるピッチ駆動装置6とを有している。
ナセル3は、ロータヘッド4を支持するとともに、その内部にドライブトレイン7や発電機8を収納している。
ドライブトレイン7は、ロータヘッド4に連結された主軸71と、主軸71に連結された増速機72と、増速機72を発電機8に連結するカップリング73とを有する。
増速機72は、主軸71とカップリング73との間に配置され、主軸71を介してロータヘッド4側から入力された回転を増速して、カップリング73に出力するようになっている。増速機72は、特に限定されないが、例えば、遊星増速機構および平歯車増速機構(いずれも不図示)を組み合わせたものを用いることができる。
ピッチ駆動装置6は、回転翼5を軸線(図中、一点鎖線)周りに回転させて回転翼5のピッチ角を変更する。
制御回路13は、タワー2に設置されたタワー側制御回路13Aと、ナセル3内に収容されたナセル側制御回路13Bとを有し、両制御回路13A、13Bは電気的に接続されている。
風力発電装置1の接続端11及びハンディ端末20の接続部21は、複数の風力発電装置1において標準化されており、ハンディ端末20はいずれの風力発電装置1にも接続可能となっている。
なお、ハンディ端末20の接続部21は、風力発電装置1の接続端11に対して直接接続されてもよいし、伝送ケーブルを介して接続されてもよい。このような接続方法によってハンディ端末20から風力発電装置1にデータ伝送される構成とすることにより、データ転送容量が大きくなり、複数の制御ロジックの操作信号を短時間で伝送することが可能となる。
風力発電装置1は、主として、接続端11と、入出力インタフェース12と、複数の制御ロジック14、15を有する制御回路13とを備える。
この制御回路13は、不図示のCPU、RAM、ROM、記憶装置等を含むハードウェアで構成され、これらのハードウェアにより各制御ロジック14、15の機能が実現されることが好ましい。なお、ここでは一例として、各制御ロジック14、15はソフトウェアによって実現される場合を示しているが、ハードウェアロジック(ロジック回路)によって構成してもよいことは勿論である。
制御ロジック14、15は、ハンディ端末20より入力された操作信号a1、a2により動作条件が設定され、この動作条件の下で制御ロジックにより演算処理して制御信号b1、b2を生成する。
操作信号a1、a2は、制御ロジックを選択的に有効にするための選択信号や、制御ロジックの条件設定を行なう数値信号であり、この操作信号が制御回路13に入力されることにより、制御ロジックの有効・無効が設定されたり、制御ロジックに数値条件が入力されたりし、これらの動作条件下で制御ロジックにより制御信号b1、b2が生成される。
図8に示すように、回転翼のピッチ角度は回転数と相関している。したがって、回転翼(又は回転軸あるいはこれに連結されたロータヘッド)の回転数を検出し、回転数の検出値と回転数の目標値との偏差を算出し、この偏差に基づいて回転数が目標値に近づくようにPI制御することによりピッチ角を補正しながら低速回転で運転する。なお、ピッチ角の補正は、図2に示すピッチ駆動装置6により行うことができる。
一般に、風力発電装置1は、翼ピッチ、主軸ブレーキ、ヨーブレーキ等のような風力発電装置の主構成機器を油圧で駆動するための主油圧ラインを有しており、主油圧ライン上に配置された電磁弁により機器への油圧の給排を制御している。さらに、この主油圧ラインには危急ラインが接続され、危急ライン上に危急電磁弁9が配置されている。この危急電磁弁9は励磁(閉)することにより主油圧ラインに作動油が通流する状態となり、各機器が駆動制御される。一方、危急電磁弁9を無励磁(開)にすることにより主油圧ラインから作動油を逃がし、風力発電装置1が停止される。
ハンディ端末20は、主として、接続部21と、操作端群22と、表示部24とを有する。さらにこれに加えて、パネル制御部28と、操作ボタン制御部29と、画面表示制御部30とを有していてもよい。
このハンディ端末20は、風力発電装置1の運転操作モードと保守モードとを選択的に切り替えて、対応するそれぞれのモードで所定の制御動作を行なわしめるものである。
操作端群22は、風力発電装置1内に組み込まれた制御回路13内の制御ロジックを選択的に有効とする操作信号を生成する。この操作端群22は、表示部24とは別に設けたキーボード等であってもよいが、好ましくは、表示部24の上面に接触操作可能なタッチパネル23とする。なお、ここで用いるタッチパネル23の動作方式は一般的な方式(例えば、抵抗膜方式)を用いることができる。
このように、ハンディ端末20の操作端群22がロータターニングボタン26を有することにより、風力発電装置1のメンテナンス時に、ハンディ端末20からの操作により回転翼5(又は回転軸)を所定速度で回転させた状態とすることができ、給脂等のメンテナンス作業の効率化が図れる。
このように、操作権利を選択した側の制御回路13のみロータターニングボタン26のON操作を有効とし、操作権利を選択されていない側の制御回路13のON操作を無効とすることで、メンテナンス作業の安全性をより一層高めることができる。
ハンディ端末20では、接続部21が風力発電装置1の接続端11に接続され、モード選択ボタン25で保守モードが選択されたら保守モードに移行する。
風力発電装置1は、ハンディ端末20からの保守モード選択信号を受け取った時点で保守モードに設定される。保守モードでは、少なくとも風力発電装置1の回転翼5が、フェザリング(回転停止)状態である保守モード制御状態となるように制御する。
このように、風力発電装置1が有する制御回路13が、回転翼5をフェザリング状態に置く保守モード制御状態と、回転翼をロータターニングさせるロータターニング状態とを切り替える制御ロジックを有し、ハンディ端末20からの操作信号に基づきこれらの状態が切り替えられる構成とすることにより、メンテナンス作業に応じてハンディ端末20を用いて簡単に回転翼5の状態を変更することが可能で、作業の効率化が図れる。
なお、このフローチャートでは一例として、風力発電装置1が、タワー下部に設置されたタワー側制御回路13Aと、ナセル内に収容されたナセル側制御回路13Bの2つの制御回路を有する場合につき説明している。
操作権利選択ボタン101は、タワー(側制御回路)ボタン102とナセル(側制御回路)ボタン103とを有しており、自ハンディ端末20を接続した側のボタンを押下して制御回路13を選択する(S3)。
一方、タワーボタン102が押下された場合にはタワー側制御回路13Aに操作権利が付与され、タワー側制御回路13Aに接続されたハンディ端末20からの操作信号を受け付ける状態となる(S5)。このとき、ナセル側制御回路13Bに接続されたハンディ端末20からの操作信号(特にロータターニングボタンのON操作信号)は受け付けないようになっている。
制御回路13の操作権利が選択されたら、次いでモード選択ボタン104でモードを選択する(S6)。モード選択ボタン104は、保守モードボタン105と運転操作モードボタン106とを有しており、運転操作モードボタン106を押下することにより運転操作モードに移行し(S7)、保守モードボタン105を押下することにより保守モードに移行する(S8)。運転操作モードの内容は省略する。
安全対策として、保守モードでは危急電磁弁9を開にして各機器が駆動しないように設定している場合は、先に危急電磁弁ボタン111を押下して危急電磁弁9を閉にしておく。
そして、ロータターニングボタン112が押下されたら(S10)、ロータターニングON操作信号を制御回路13に伝送する(S11)。
制御回路13は、このロータターニングON操作信号を受け取ったら、ロータターニング制御ロジックに基づいてピッチ駆動装置6を制御して自動ロータターニングを実施する。
Claims (9)
- 風力発電装置に設けられた接続端に接続される接続部と、前記風力発電装置内に組み込まれた制御回路内の制御ロジックを選択的に有効とする操作信号を生成する操作ボタンを有する操作端群と、前記操作端の操作状態を表示する表示部とを備えた風力発電装置用ハンディ端末であって、
前記操作端群に、前記風力発電装置の保守モードと運転操作モードとを選択的に有効とするモード選択ボタンと、該モード選択ボタンによる保守モード選択時に、前記風力発電装置側の回転翼を、回転数に対応したピッチ角度でピッチを補正しながら低速で回転させる回転翼ピッチ制御状態(以下ロータターニング状態という)に移行させるロータターニングボタンと、を備えたことを特徴とする風力発電装置用ハンディ端末。 - 前記操作端群は、前記表示部に表示されたタッチパネルである請求項1記載の風力発電装置用ハンディ端末において、前記タッチパネル上に目的とする操作ボタンを現出させるパネル制御部を備え、前記モード選択ボタンにより保守モードを選択した際に、前記パネル制御部により前記ロータターニングボタンが前記表示部に現出するようにしたとことを特徴とする風力発電装置用ハンディ端末。
- 前記ハンディ端末は、その接続部が、地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備えた風力発電装置の前記タワー下部及びナセルにそれぞれ設けられた接続端に接続されるハンディ端末であり、さらに該ハンディ端末は、前記操作信号を生成する操作ボタンの前記表示部への現出制御若しくは有効無効の制御を行う操作ボタン制御部を備えていることを特徴とする請求項2記載の風力発電装置用ハンディ端末。
- 前記操作ボタン制御部は、前記ナセル側の接続端に連結した制御回路と前記タワー側の接続端に連結した制御回路とのうちいずれかを選択する操作権利選択ボタンを現出する制御部であり、前記操作権利選択ボタンの押下により操作権利が付与された制御回路側の接続端に前記ハンディ端末の接続部が接続されたときに前記ロータターニングボタンのON操作を有効とし、前記操作権利が付与されていない制御回路側の接続端に前記接続部が接続されたときに前記ON操作を無効とすることを特徴とする請求項3記載の風力発電装置用ハンディ端末。
- 前記操作ボタン制御部は、前記ロータターニングボタンのON操作後、他の操作ボタンの操作を許容しない制御部であることを特徴とする請求項3記載の風力発電装置用ハンディ端末。
- 地上若しくは水上に立設させたタワーに支持されたナセル、およびそのナセルに翼ピッチ制御可能に取り付けられた複数の回転翼を備えた風力発電装置において、
請求項1記載のハンディ端末の接続部が接続可能に構成され、ナセル若しくはタワー下部に設けられた接続端と、前記ハンディ端末のモード選択ボタンの保守モード選択信号を受けて、少なくとも前記回転翼をフェザリング(回転停止)状態に置く保守モード制御と、該保守モード制御状態より前記ロータターニングボタンのON操作信号に基づいて回転翼をロータターニングさせるロータターニング状態に切り替える制御回路とを備えたことを特徴とする風力発電装置。 - 前記制御回路は、前記ハンディ端末の接続部がナセル側に設けられた接続端に接続されたときに、前記ハンディ端末からのロータターニングボタンのON操作信号を有効とさせる制御回路であることを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。
- 前記制御回路は、前記ロータターニングボタンのON操作信号を有効とさせた後、他の操作ボタンの操作を許容させない制御回路であることを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。
- 前記制御回路は、前記ハンディ端末若しくは外部遠隔操作端からの保守モードへの運転切り替え信号を受けて、前記ナセルのヨー制御状態のみ維持し、他の保守モード制御状態をリセットさせる制御回路であることを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。
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