JP5031093B2 - 風力発電装置用ハンディ端末及び風力発電装置、並びに風力発電サイト - 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、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ィンドファームを構成している。
具体的には、ウィンドファーム内に複数の風力発電装置が立設したサイトでは、個々の風力発電装置はその立地条件等により異なる制御設定であり且つ異なる設備機器を備えている。例えば、起伏のあるサイトに建設された風力発電装置においては、標高差により風速が異なることがあるため出力制限の制約条件を異ならせたり、落雷対応機器の設置等の有無を異ならせたりしている。これに伴い、それぞれの風力発電装置が有する制御装置には、制御条件や設備機器等に対応させて異なる制御ロジックを組み込み、制御ロジックには風力発電装置ごとに固有の設定パラメータを入力していた。
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、風力発電装置を運転若しくは保守制御する制御ロジックの管理が煩雑化することを防止可能な風力発電装置用ハンディ端末及び風力発電装置、並びに風力発電サイトを提供することを目的とする。
また、ハンディ端末の接続部を風力発電装置の接続端に接続して操作信号を伝送する構成としているため、風力発電装置の建設時やメンテナンス時、制御ロジックの条件設定や設定変更の必要が生じた際に現場の作業員が迅速に制御ロジックの設定、変更を行うことが可能となる。
また、制御ロジックは風力発電装置の運転若しくは保守制御を行なうロジックであり、これにより制御される機器、機能は、風力エネルギを電力に変換するための風力発電装置の主構成機器(例えば、ピッチ制御系、ヨー制御系、ブレーキ制御系)を含んでいてもよいが、特に、風力発電装置が具備する警報機器、保護機器等の設備機器であることが好ましい。
このように、保守モード画面と運転操作モード画面とを選択的に切り替える構成とすることにより、作業に応じてハンディ端末より簡単に操作信号を入力することができ、作業の効率化が図れる。
また、各制御回路が共通の制御ロジックを有し、ハンディ端末から制御ロジックごとの操作信号を取得して、制御回路をそれぞれの風力発電装置に適した動作設定とすることで、個々の制御回路の制御ロジックを管理しやすくなる。
航空障害灯、雷電流計測装置、出力制限、雷接近検出センサ、落雷カウンタは、全ての風力発電装置が具備する必要はなく、さらには具備していても常時有効にしておく必要はない。しかし、上記したように風力発電装置は、同一サイト内の他の風力発電装置と共通の制御ロジックを有しており運転に不要な制御ロジックも存在するため、ハンディ端末からこれらの制御ロジックの有効・無効を入力することで運転に必要な制御ロジックのみを適切に動作させることができる。
風力発電装置は、風向によっては隣の風力発電装置の風下に入ることがあり、この場合隣の風力発電装置による気流の乱れを受けてアンバランスな風荷重がかかり、装置の不具合や破損を引き起こす惧れがある。これを抑制するために、隣り合う風力発電装置の一方が他方による気流の乱れを受ける可能性があると判断される場合には、隣り合う風力発電装置の何れか一を運転停止するカーテイルメント機能を実行する。これにより気流の乱れが風力発電装置に与える影響を最小限に抑えることが可能となる。
本構成ではカーテイルメント機能を実行する条件として、前記カーテイルメント機能を実行する風向の角度領域及び風速条件を含む操作信号をハンディ端末から入力する構成としている。角度領域は、隣の風力発電装置により気流の乱れを受けると推測される角度領域、又は隣の風力発電装置に気流の乱れを与えると推測される角度領域である。風速条件は、風速が低いと気流の乱れが発生し難いと考えられるため、所定風速以上の場合にカーテイルメント機能を実行するものである。
このように、ハンディ端末から風速計の較正値を操作信号として入力し、制御回路でこの操作信号に基づいて風速計の較正を実行することによって、それぞれの風力発電装置においてより精度の高い運転制御が可能となる。
また、ハンディ端末の接続部を風力発電装置の接続端に接続して、操作信号を伝送する構成としているため、風力発電装置の建設時やメンテナンス時、制御ロジックの条件設定や設定変更の必要が生じた際に現場の作業員が迅速に制御ロジックの設定、変更を行うことが可能となる。
さらに、共通の制御ロジックを有する制御回路が搭載された風力発電装置を複数有するとともに、これらの制御回路に接続可能なハンディ端末を有し、ハンディ端末から制御ロジックの動作を指定する操作信号を入力して制御回路の制御ロジックをそれぞれの風力発電装置に適した動作設定とすることで、個々の風力発電装置の制御ロジックを管理しやすくなる。
風力発電サイト10は、複数の風力発電装置1からなる風力発電装置群を有しており、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、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14〜20を有する制御回路13とを備える。
ハンディ端末30は、主として、接続部31と、操作端群32と、表示部33とを有する。
なお、ハンディ端末30の接続部31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りハンディ端末30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、データ伝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転送することが可能である。
制御回路13は、接続端11を介して、ハンディ端末30より入力された操作信号や各種センサ類からの検出信号を受け取り、各種演算処理を実行して制御信号を生成し、この制御信号を風力発電装置1の各機器に送る。
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14〜20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14〜20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14〜20は、ハンディ端末30より入力された操作信号a1〜a7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生成した制御信号b1〜b7は、各機器に伝送される。
操作信号a1〜a7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〜b7が生成される。
このように、風力発電装置1の制御回路13が、同一サイト内の他の風力発電装置1に対応可能な共通の制御ロジックを有することにより、制御回路13の構成を標準化することができ、コスト低減が図れる。
このハンディ端末30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。
表示部33は、操作端の操作状態を表示するもので、液晶ディスプレイ等が用いられる。
操作端群32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32により生成される操作信号は、接続部31を介して接続された対応する風力発電装置1の制御回路13の、同一サイト内の他の風力発電装置1に共通する運転若しくは保守制御ロジックを選択的に有効とする操作信号である。この操作端群32は、表示部33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33の上面に接触操作可能なタッチパネル35とする。なお、ここで用いるタッチパネル35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。
また、ハンディ端末30の接続部31を風力発電装置1の接続端11に接続して、操作信号を伝送する構成としているため、風力発電装置1の建設時やメンテナンス時、制御ロジックの条件設定や設定変更の必要が生じた際に現場の作業員が迅速に制御ロジックの設定、変更を行うことが可能となる。
このように、モード選択端34により保守モード画面と運転操作モード画面とを選択的に切り替える構成とすることにより、作業に応じてハンディ端末30より簡単に操作信号を入力することができ、作業の効率化が図れる。
さらに、ハンディ端末30は、複数の制御ロジックの操作信号入力画面を表示部33に表示させる画面表示制御部36を備えている。
ハンディ端末30は、モード選択端34より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はこのモード切替信号を受け取ったら保守モードに設定される。風力発電装置1は、保守モードに設定されたら制御ロジックの条件設定、設定変更を受け付けるようになっている。
風力発電装置1は、ハンディ端末30からの操作信号を受け取り、制御ロジックごとの操作信号に基づいて制御回路13内の制御ロジックの動作条件を設定する。そして、設定された動作条件下で制御ロジックにより制御信号を生成し、この制御信号に基づいて風力発電装置1が具備する各手段を制御する。
ハンディ端末30で保守モードを終了させる操作を行なったら、そのモード切替信号は風力発電装置1側に伝送され、制御回路13の保守モード設定が解除される。制御回路13では、保守モード設定が解除されたら制御ロジックの設定変更が不可となる。
一方、保守モードボタン101が押下されたら、ハンディ端末30の設定及び制御回路13の設定が保守モードに移行する(S5)。
同様にして、必要とされる全ての制御ロジックの設定値の入力を行なう。
全ての設定値の入力が終了したら(S11)、操作ボタン115の押下により、制御ロジックごとの設定値を含む操作信号を風力発電装置1に伝送する(S12)。
図8は風力発電装置の構成例を示す図である。
風力発電装置1は、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、同一の制御ができるようになっている。なお、一方の制御回路13で保守モードにより制御ロジックの条件設定、設定変更を行なうときは、他方の制御回路13では保守モードに移行しないようにインターロック機能を有することが好ましい。
装置構成としては、風力発電装置1を停止するための制動手段と、風力発電装置1周囲の風向と風速を計測する風向風速計66とを含む。制動手段は、例えばピッチ駆動装置6やカップリング73に設けられたブレーキ装置(図示略)等が用いられる。なお、制動手段としてピッチ駆動装置6を用いる場合は、回転翼5をフェザリング状態とすることで風力発電装置1を停止することができる。
このカーテイルメント制御ロジック19による具体的な制御方法を以下に示す。
また、風速が低すぎると隣の風力発電装置1から受ける影響が少ないため、セット風速とリセット風速を設定しておき、セット風速以上であるときにカーテイルメント機能を行ない、リセット風速以下となったときにカーテイルメント機能を停止する。
図11は保守モード画面(操作信号入力画面)の一例を示す図であって、カーテイルメント機能の設定画面である。この保守モード画面110には、カーテイルメントの使用・不使用の選択、北基準補正値、カーテイルメント領域(最小)、カーテイルメント領域(最大)、セット風速、リセット風速を入力するための項目が表示されている。なお、北基準補正値は、北を基準角度とした絶対方位を算出するための補正値である。
次いで、操作者によりデータ入力に切り替えるための操作ボタン114が押下されると、保守モード画面110にテンキー119が重畳表示され、操作信号入力が可能となる。操作者は、テンキー119から先に選択した項目番号に対する操作信号を入力し、ENTERを押下するとテンキー画面は消え、入力された操作信号が操作ボタン114の位置に表示される。
全ての項目の操作信号入力が終了したら、操作ボタン115の押下により、カーテイルメント機能に関する操作信号を制御回路13に伝送する。
本実施形態において風速較正機構は、ハンディ端末30により使用・不使用の設定、及び使用の場合の条件設定を入力する。
図12は保守モード画面(操作信号入力画面)の一例を示す図であって、風速較正用の設定画面である。この保守モード画面110には、風速計データの使用・不使用の選択、較正データ(オフセット値、スロープ値)を入力するための項目118が表示されている。
Claims (11)
- 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、前記操作端群より生成される操作信号は、前記接続部を介して接続された対応する風力発電装置の前記制御回路の、同一サイト内の他の風力発電装置に共通する運転若しくは保守制御ロジックを選択的に有効とする操作信号である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、前記風力発電装置の保守制御を行なう保守モードと、運転制御を行なう運転操作モードとのいずれかを選択するモード選択端を備え、
該選択端よりのモード選択により、前記表示部を保守モード画面と運転操作モード画面に選択的に切り替えることを特徴とする請求項1記載の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ことを特徴とする請求項1記載の風力発電装置用ハンディ端末。
- 自装置の運転若しくは保守制御を行う少なくとも一の制御回路がそれぞれ設けられた風力発電装置であって、該装置内に設けられた前記一の制御回路は、他の風力発電装置に共通する運転若しくは保守制御ロジックを複数備え、請求項1記載の風力発電装置用ハンディ端末より取得される操作信号により、前記複数の制御ロジックを選択的に有効とする制御回路であることを特徴とする風力発電装置。
- 請求項4記載の風力発電装置が、地上若しくは水上に立設させたタワー、そのタワーにヨー制御可能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であって、前記接続端が前記タワー側とナセル側にそれぞれ配置され、前記ハンディ端末を前記ナセル側と前記タワー側のいずれか一方に接続することにより、前記表示部への保守モード操作を行う画面表示を異ならせたことを特徴とする風力発電装置。
- 前記制御ロジックは、航空障害灯、雷電流計測装置、出力制限、雷接近センサ、落雷カウンタの機能の有効・無効を切り替えるためのロジックであることを特徴とする請求項4記載の風力発電装置。
- 前記制御ロジックは、北基準補正値、角度領域、風速条件を含むカーテイルメント機能を実行するためのロジックであることを特徴とする請求項4記載の風力発電装置。
- 風力発電装置を複数有する風力発電サイトであって、
前記それぞれの風力発電装置に、自装置の運転若しくは保守制御を行う少なくとも一の制御回路が設けられるとともに、該それぞれの装置に設けられた前記一の制御回路は、他の装置に共通する運転若しくは保守制御ロジックを複数備え、前記風力発電装置に設けた接続端に請求項1記載のハンディ端末を接続して該端末より入力された操作信号により前記複数の制御ロジックを対応する風力発電装置毎に選択的に有効として風力発電装置群が構成されていることを特徴とする風力発電サイト。 - 前記制御ロジックは、隣り合う風力発電装置の一方が他方による気流の乱れを受けるとき、その影響を抑制するために前記隣り合う風力発電装置の何れか一を運転停止するカーテイルメント機能を実行するロジックであり、
前記操作信号は、前記カーテイルメント機能を行なう風向の角度領域及び風速条件を含むことを特徴とする請求項8記載の風力発電サイト。 - 前記制御ロジックは、前記対応する風力発電装置に設けられた風速計の較正を実行するロジックであり、前記操作信号は、前記風速計の較正値を含むことを特徴とする請求項8記載の風力発電サイト。
- 複数の風力発電装置を有する風力発電サイトであって、
他の風力発電装置と共通の制御ロジックを複数有して自装置の運転制御を行う制御回路と、前記制御ロジックを有効とする操作信号を生成するハンディ端末を接続する接続部とを備えた風力発電装置と、
前記制御回路の接続端に接続される接続部と、前記制御ロジックの動作を指定する操作信号を入力する操作端群と、前記操作端による操作状態を画面表示する表示部と、前記複数の制御ロジックに対応した操作信号の入力画面を前記表示部に表示させる画面表示制御部とを有するハンディ端末との組み合わせからなることを特徴とする風力発電サイト。
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