JP6931409B1 - 風力発電装置用の状態監視装置及び状態監視方法 - Google Patents

風力発電装置用の状態監視装置及び状態監視方法 Download PDF

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Abstract

【課題】少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる風力発電装置用の状態監視装置を提供する。【解決手段】風力発電装置用の状態監視装置であって、補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ラインと、電源側ラインから分岐して複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ラインと、を含み、状態監視装置は、電源側ラインを流れる電流を計測するための電流計測装置と、複数の補機モータを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態である場合に、複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行可能に構成されており、電流計測装置は、制御装置による単独順次運転モードの実行中に電源側ラインを流れる電流を計測するように構成される。【選択図】 図３

Description

本開示は、風力発電装置用の状態監視装置及び状態監視方法に関する。
特許文献１には、モータの定格電流の基準正弦波信号波形に基づいて、モータを含む回転機械系の異常診断を行う異常診断方法が記載されている。
特許第５７３３９１３号公報
ところで、風力発電装置には、ファンモータやポンプモータ等の複数の補機モータと、複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統とを含む補機システムが設けられている。
仮に、この補機システムの状態を監視するために、複数の補機モータの各々に対して個別に電流計測装置を設けると、状態を監視するための装置の部品点数が多くなり高コスト化を招いてしまう。また、特許文献１には、風力発電装置の補機システムの状態監視に関する具体的な知見は開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本開示は、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる風力発電装置用の状態監視装置及び状態監視方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態に係る風力発電装置用の状態監視装置は、
風力発電装置の補機システムの状態を監視するための、風力発電装置用の状態監視装置であって、
前記補機システムは、複数の補機モータと、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統と、を備え、
前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ラインと、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ラインと、を含み、
前記状態監視装置は、
前記電源側ラインを流れる電流を計測するための電流計測装置と、
前記複数の補機モータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態である場合に、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行可能に構成されており、
前記電流計測装置は、前記制御装置による前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するように構成される。
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態に係る風力発電装置用の状態監視方法は、
風力発電装置の補機システムの状態を監視するための風力発電装置用の状態監視方法であって、
前記補機システムは、複数の補機モータと、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統と、を備え、
前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ラインと、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ラインと、を含み、
前記状態監視方法は、
前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態であるときに、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行するステップと、
前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するステップと、を備える。
本開示によれば、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる風力発電装置用の状態監視装置及び状態監視方法が提供される。
風力発電装置１００の構成例を示す概略図である。 風力発電装置１００を複数備えたウインドファーム５０の構成例及び遠隔監視システム５２の構成例を示す概略図である。 一実施形態に係る状態監視装置２の構成例を示す概略図である。 比較形態に係る状態監視装置の構成を示す概略図である。 電流計測装置１４、風車制御装置１６、データ収集伝送装置１７及び異常診断装置１８の各々のハードウェア構成の一例を示す図である。 状態監視装置２の各構成の動作フローの一例を示す概略図である。 単独順次運転モードにおける各補機モータの運転期間と電流計測装置１４によって計測した電源側ライン１０の電流の計測値とを示すタイミングチャートである。 他の実施形態に係る、単独順次運転モードにおける各補機モータの運転期間と電流計測装置１４によって計測した電源側ライン１０の電流の計測値とを示すタイミングチャートである。
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、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。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
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。
図１は、後述する状態監視装置による状態監視の対象である風力発電装置１００（以下、「風車」と記載する場合がある。）の構成例を示す概略図である。
風力発電装置１００は、タワー３０と、タワー３０の上端に設置されるナセル３２と、ナセル３２に設けられた軸受３４に回転可能に支持された風車ロータ３６と、ナセル３２内に収容された主機としての発電機３と、補機システム４と、風車制御装置１６とを備える。
風車ロータ３６は、軸受３４に回転可能に支持された主軸３９と、主軸３９の一端に連結されたハブ３８と、ハブ３８の外周側に取り付けられた複数の風車翼４０とを含む。主軸３９は、増速機４２を介して発電機３に連結されており、風車ロータ３６の回転エネルギーが増速機４２を介して発電機３に伝達される。
補機システム４は、複数の補機モータ６を含む。補機モータ６の各々は、主機としての発電機３を稼動するために必要な付属機器として機能するモータである。複数の補機モータ６は、例えば、発電機３の内部を冷却するための発電機冷却用の冷却ファンモータ６Ａと、増速機４２及び軸受３４の少なくとも一方に潤滑油を供給するための潤滑油回路に設けられた潤滑油ポンプモータ６Ｂと、制御油により駆動する機器に制御油を供給するための制御油回路に設けられた制御油ポンプモータ６Ｃと、風車翼４０のピッチ角を調節するためのピッチモータ６Ｄと、ナセル３２のヨー角を調節するためのヨーモータ６Ｅと、その他冷却が必要な機器を冷却するための冷却機構に用いられる冷却ファンモータ６Ｆとを含む。
風車制御装置１６は、上述した複数の補機モータ６（６Ａ〜６Ｆ）の各々の制御を行うように構成されており、タワー６内に配置された操作端末４４及び風力発電装置１００から離れて配置されたＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）システム４６と通信ネットワーク４８を介して通信可能に構成されている。
図２は、風力発電装置１００を複数備えたウインドファーム５０の構成例及び遠隔監視システム５２の構成例を示す概略図である。
図２に示すように、ウインドファーム５０は、上述の風力発電装置１００を複数備えており、風力発電装置１００毎に風車制御装置１６及び後述の電流計測装置１４が設けられている。風車制御装置１６及び電流計測装置１４は、通信ネットワーク４８を介して遠隔監視システム５２と接続されている。
図２に示す例示的形態では、通信ネットワーク４８は、ウインドファーム５０に設けられたサイトネットワーク５４を含み、サイトネットワーク５４は、インターネットＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）５６を介して遠隔監視システム５２に接続される。
サイトネットワーク５４には、データ収集伝送装置１７と、ＳＣＡＤＡサーバ５８と、コンピュータ６０とが接続されている。ＳＣＡＤＡサーバ５８には記憶装置６２が接続されている。
遠隔監視システム５２は、異常診断装置１８とリモートクライアント６６とを含む。異常診断装置１８には記憶装置６８が接続され、リモートクライアント６６には記憶装置７０が接続されている。
図３は、一実施形態に係る状態監視装置２の構成例を示す概略図である。状態監視装置２は、上述した風力発電装置１００の補機システム４の状態を監視するように構成された、風力発電装置用の状態監視装置である。
補機システム４は、上述の複数の補機モータ６と、複数の補機モータ６に電力を供給するための補機モータ電源系統８と、を含む。以降の説明では、複数の補機モータ６の各々が上述の補機モータ６（冷却ファンモータ６Ａ、潤滑油ポンプモータ６Ｂ、制御油ポンプモータ６Ｃ、ピッチモータ６Ｄ、ヨーモータ６Ｅ、冷却ファンモータ６Ｆ）の何れであるかを区別せずに説明する。なお、複数の補機モータ６は、上述した補機モータ６Ａ〜６Ｆ以外の補機モータを含んでいてもよい。
補機モータ電源系統８は、不図示の電源に接続される電源側ライン１０と、電源側ライン１０から分岐して複数の補機モータ６にそれぞれ接続される複数の補機モータ側ライン１２と、を含む。電源側ライン１０には、ブレーカ９が設けられており、複数の補機モータ側ライン１２の各々には、コンタクタ５が設けられている。
状態監視装置２は、電源側ライン１０に設けられた電流センサとしてＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）センサ１３と、ＣＴセンサ１３の出力に基づいて電源側ライン１０を流れる電流を計測するように構成された電流計測装置１４と、複数の補機モータ６を制御する風車制御装置１６と、データ収集伝送装置１７と、異常診断装置１８とを備える。
風車制御装置１６は、風力発電装置１００の発電機３が低風速で発電を停止している待機状態である場合に、複数の補機モータ６の各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行可能に構成されている。図示する例示的な形態では、風車制御装置１６は、複数のコンタクタ５の各々の開閉を制御することにより、複数の補機モータ６の各々を制御する。なお、「発電機３が低風速で発電を停止している待機状態」とは、風車ロータ３６が回転しているものの風速計１５によって計測した風速がカットイン風速（発電機３が発電を開始するための風速の閾値）を下回っているために発電機３による発電を停止している状態を意味する。また、「単独で運転する」とは、補機モータ６を他の補機モータ６の運転する期間と重複しない期間に運転することを意味する。
電流計測装置１４は、ＣＴセンサ１３の出力に基づいて、風車制御装置１６による単独順次運転モードの実行中に電源側ライン１０を流れる電流を計測するように構成される。電流計測装置は、補機モータ６を駆動するための３相交流電流の波形を高速サンプリングにより取得するように構成される。異常診断装置１８は、電流計測装置１４の計測結果に基づいて補機システム４の異常診断を行うように構成される。異常診断装置１８は、電流計測装置１４が高速サンプリングにより取得した電流の計測データにＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を掛けて補機システム４の異常診断を行うように構成される。
ここで、図３に示した状態監視装置２が奏する主な作用効果について、図４に示す比較形態と比較しながら説明する。図４は、比較形態に係る状態監視装置の構成を示す概略図である。
図３に示す構成によれば、単独運転モードの実行中に電流計測装置１４で電源側ライン１０を流れる電流を計測することにより、複数の補機モータ６を含む補機システム４の状態を１つのＣＴセンサ１３及び１つの電流計測装置１４により把握することができる。したがって、図４に示すように補機モータ側ライン１２毎にＣＴセンサ１３及び電流計測装置１４を設ける場合と比較して、少ない部品点数で風力発電装置１００の補機システム４の状態を監視できる低コストの状態監視装置２を実現することができる。
図５は、電流計測装置１４、風車制御装置１６、データ収集伝送装置１７及び異常診断装置１８の各々のハードウェア構成の一例を示す図である。図５に示すハードウェア構成は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７６、ＨＤＤ （Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）７８、入力Ｉ／Ｆ８０、及び出力Ｉ／Ｆ８２を含み、これらがバス８４を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。電流計測装置１４、風車制御装置１６、データ収集伝送装置１７及び異常診断装置１８の各々は、各機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。以下で説明する各構成の機能は、例えばＲＯＭ７６に保持されるプログラムをＲＡＭ７４にロードしてＣＰＵ７２で実行するとともに、ＲＡＭ７４やＲＯＭ７６におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
図６は、状態監視装置２の各構成の動作フローの一例を示す概略図である。
図６に示すように、風車制御装置１６は、Ｓ１０において、トリガー信号を電流計測装置１４に送信して、複数の補機モータ６の各々を順次単独で所定時間運転する単独順次運転モードを開始する。ここで、補機システム４が備える補機モータ６の数をｎとすると、風車制御装置１６は、Ｓ１１〜Ｓ１ｎにおいて、複数の補機モータ６を順次単独で所定時間運転する。すなわち、Ｓ１１で１番目の補機モータ６を単独で所定時間運転し、Ｓ１２で２番目の補機モータ６を単独で所定時間運転し、Ｓ１３で３番目の補機モータ６を単独で所定時間運転し、Ｓ１ｎまで同様に各補機モータ６を順次単独で所定時間運転する。そして、風車制御装置１６は、Ｓ１ｆでトリガー信号を停止して単独順次運転モードを終了する。
図７は、単独順次運転モードにおける各補機モータ６の運転期間と電流計測装置１４によって計測した電源側ライン１０の電流の計測値とを示すタイミングチャートである。図７に示すように、単独順次運転モードにおいてｎ個の補機モータ６のうちｉ番目に運転する補機モータ６をｉ番目の補機モータと定義する。ここで、ｉは１からｎまでの整数である。
図７に示すように、単独順次運転モードにおいて、トリガー信号の開始時刻を０とすると、１番目の補機モータ６は、時刻ａ１から時刻ｄ１まで運転する。図７において、時刻ａ１は、１番目の補機モータ６を起動するタイミングである。時刻ａ１から時刻ｂ１までの期間は１番目の補機モータ６の起動後の突入電流に対応する突入電流期間である。時刻ｂ１から時刻ｃ１までの期間は、１番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間（第２期間）である。時刻ｃ１から時刻ｄ１までの期間は、１番目の補機モータ６の定格電流期間と１番目の補機モータ６の運転を停止する時刻ｄ１との間の、１番目の補機モータ６に流れる電流が減少する電流減少期間である。
２番目以降の補機モータ６の運転についても同様である。すなわち、トリガー信号の開始時刻を０とすると、ｉ番目の補機モータ６は、時刻ａｉから時刻ｄｉまで運転する。図７において、時刻ａｉは、ｉ番目の補機モータ６を起動するタイミングである。時刻ａｉから時刻ｂｉまでの期間はｉ番目の補機モータ６の起動後の突入電流に対応する突入電流期間である。時刻ｂｉから時刻ｃｉまでの期間は、ｉ番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間（第２期間）である。時刻ｃｉから時刻ｄｉまでの期間は、ｉ番目の補機モータ６の定格電流期間とｉ番目の補機モータ６の運転を停止する時刻ｄｉとの間の、ｉ番目の補機モータ６に流れる電流が減少する電流減少期間である。
このように、風車制御装置１６は、トリガー信号を基準とする予め規定されたタイミング（時刻）で、補機モータ６の各々を順次単独で所定時間運転するように構成されている。すなわち、風車制御装置１６は、トリガー信号を基準とする予め規定されたタイミングで、補機モータ６の各々を順次起動及び停止するように構成されている。
図６に戻り、電流計測装置１４は、Ｓ２１において、風車制御装置１６からトリガー信号を受信すると、電源側ライン１０を流れる電流の計測を開始する。そして、Ｓ２２において、電流計測装置１４は、風車制御装置１６から送信されるトリガー信号が停止すると、電源側ライン１０を流れる電流の計測を停止する。すなわち、図７に示すように、電流計測装置１４は、単独順次運転モードの実行中にトリガー信号の開始時刻０からトリガー信号の停止時刻ｅまでの期間に亘って、電源側ライン１０を流れる電流をＣＴセンサ１３の出力に基づいて計測する。
そして、図６のＳ２３に示すように、風力発電装置１００毎の電流計測装置１４の計測結果（単独順次運転モード中に電源側ライン１０を流れる電流の計測値を示す計測データ）は、サイトネットワーク５４、データ収集伝送装置１７及びインターネットＶＰＮ５６を経由して、異常診断装置１８に送信される。
次に、Ｓ３１において、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測された電源側ライン１０の電流の計測データから、各補機モータ６の運転期間の少なくとも一部における電源側ライン１０の電流の計測データを抽出する。
ここで、Ｓ３１の処理の詳細について、図７を用いて説明する。
図７に示す例では、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測された電源側ライン１０の電流の計測データＤｔから、１番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間（時刻ｂ１から時刻ｃ１までの期間）の電流の計測データＤ１を抽出する。すなわち、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測した電流の計測データＤｔから、トリガー信号の開始から１番目の補機モータ６の起動までの第１期間（時刻０から時刻ａ１までの期間）の電流の計測データと、１番目の補機モータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間（時刻ａ１から時刻ｂ１までの期間）の電流の計測データと、を除いて、１番目の補機モータ６の運転期間に定格電流が流れる定格電流期間（時刻ｂ１から時刻ｃ１までの期間）の電流の計測データＤ１を抽出する。
２番目以降の補機モータ６の運転についても同様である。すわなち、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測された電源側ラインの電流の計測データＤｔから、ｉ番目の補機モータ６に定格電流が流れる期間（時刻ｂｉから時刻ｃｉまでの期間）の電流の計測データＤｉを抽出する。ここで、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測した電流のデータＤｔから、トリガー信号の開始からｉ番目の補機モータ６の起動までの第１期間（時刻０から時刻ａｉまでの期間）の電流の計測データと、ｉ番目の補機モータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間（時刻ａｉから時刻ｂｉまでの期間）の電流の計測データと、を除いて、ｉ番目の補機モータに定格電流が流れる定格電流期間（時刻ｂｉから時刻ｃｉまでの期間）の電流の計測データＤｉを抽出する。なお、上述したトリガー信号の開始からｉ番目の補機モータ６の起動までの第１期間（時刻０から時刻ａｉまでの期間）の長さは例えば１〜５秒であり、ｉ番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間（時刻ｂｉから時刻ｃｉまでの期間）の長さは例えば２〜１５秒であってもよい。
そして、図６に示すＳ３２にて、異常診断装置１８は、Ｓ３１で抽出したｉ番目の補機モータ６の計測データＤｉに基づいて、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータ６に連結された回転機械系（例えば増速機４２のギア若しくはベルト等の駆動伝達装置、軸受３４、又はその他の回転機械等）の異常診断を行う。異常診断装置１８は、電流計測装置１４によって計測したｉ番目の補機モータ６の計測データＤｉに対して、高調波分析、側帯波解析、過渡電流値のパターン分析、及び、歪解析、のうち少なくとも一つの処理を行い、計測データＤｉから抽出した特徴量に基づいて、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータに連結された回転機械系の異常診断を行う。そして、Ｓ３３にて、異常診断装置１８の診断結果を不図示の表示装置に表示する。
このように、単独順次運転モードにおいて、トリガー信号を基準として補機モータ６毎に予め規定されたタイミングで、補機モータ６の各々が順次起動されるため、補機システム４の異常診断に必要な期間の電流の計測データＤｉをトリガー信号に基づいて抽出することができる。したがって、トリガー信号と電流計測装置１４の計測結果である電流の計測データＤｔとに基づいて補機モータ６及び補機モータ６に連結された回転機械系の異常診断を行う異常診断装置１８を備えることにより、部品点数の少ない低コストの構成で補機システム４の異常診断を行うことができる。
また、単独順次運転モードにおいて突入電流期間を除いた期間の少なくとも一部における電流の計測データＤｉに基づいて補機モータ６及び補機モータ６に連結された回転機械系の異常診断を行うため、部品点数の少ない低コストの構成で異常診断を精度良く行うことができる。
また、補機モータ６に定格電流が流れる定常電流期間の少なくとも一部における電流のデータＤｉに基づいて異常診断を行うため、部品点数の少ない低コストの構成で異常診断を精度良く行うことができる。
次に、他の実施形態について説明する。
図８は、他の実施形態に係る、単独順次運転モードにおける各補機モータの運転期間と電流計測装置１４によって計測した電源側ライン１０の電流の計測値とを示すタイミングチャートである。
図８に示す実施形態では、風車制御装置１６は、単独順次運転モードにおいて、単独順次運転モードの進捗ステータスを示す進捗ステータス番号に応じて、複数の補機モータ６の各々を順次単独で運転するように構成されており、異常診断装置１８は、電流計測装置１４によって計測した電流の計測データＤｔと進捗ステータス番号とを時系列に関連付けて取得して、電流の計測データＤｔと進捗ステータス番号とに基づいて補機システム４の異常診断を行うように構成されている。
図８において、進捗ステータス番号１００は、単独順次運転モードを開始してから１番目の補機モータ６を起動するまで期間のステータスを示している。また、進捗ステータス番号１０１は、１番目の補機モータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間のステータスを示している。また、進捗ステータス番号１０２は、１番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間のステータスを示している。
２番目以降の補機モータ６についても同様である。すなわち、進捗ステータス番号ｉ００は、単独順次運転モードを開始してからｉ番目の補機モータ６を起動するまで期間のステータスを示している。また、進捗ステータス番号ｉ０１は、ｉ番目の補機モータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間（第３期間）のステータスを示している。また、進捗ステータス番号ｉ０２は、ｉ番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間のステータスを示している。この定常電流期間の長さは、例えば２〜１５秒であってもよい。
異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測された電源側ラインの電流の計測データＤｔから、進捗ステータス番号に基づいて、ｉ番目の補機モータ６に定格電流が流れる定格電流期間の電流の計測データＤｉを抽出する。図８に示す例では、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に電流計測装置１４によって計測された電源側ラインの電流の計測データＤｔから、進捗ステータス番号ｉ０２に関連付けられた電流の計測データＤｉを抽出する。
そして、異常診断装置１８は、抽出したｉ番目の補機モータの計測データＤｉに基づいて、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータに連結された回転機械系の異常診断を行う。異常診断装置１８は、電流計測装置１４によって計測したｉ番目の補機モータ６の計測データＤｉに対して、高調波分析、側帯波解析、過渡電流値のパターン分析、及び、歪解析、のうち少なくとも一つの処理を行い、計測データＤｉから抽出した特徴量に基づいて、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータに連結された回転機械系の異常診断を行う。
このように、図８に示す実施形態では、進捗ステータス番号は、補機モータ６に定常電流が流れる定常電流期間に対応する進捗ステータス番号を補機モータ６毎に含み、異常診断装置１８は、単独順次運転モードの実行中に計測した電流の計測データＤｔのうち、定常電流期間に対応する進捗ステータス番号に関連付けられた電流の計測データＤｉに基づいて、当該進捗ステータス番号に対応する補機モータ６及び当該補機モータ６に連結される回転機械系の異常診断を行うように構成される。
図８に示した実施形態では、単独順次運転モードにおいて、進捗ステータス番号に応じて補機モータ６の各々が順次起動されるため、補機システム４の異常診断に必要な期間の電流の計測データＤｉを進捗ステータス番号に基づいて抽出することができる。したがって、進捗ステータス番号と電流計測装置１４によって計測した電流の計測データＤｔとに基づいて補機システム４の異常診断を行うことにより、部品点数の少ない低コストの構成で補機システム４の異常診断を行うことができる。
本開示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形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、電源側ライン１０に設ける電流センサとしてＣＴセンサ１３（ＣＴ方式の電流センサ）を例示したが、電源側ライン１０に設ける電流センサとしては、ＣＴ方式の電流センサに限らず、ホール素子方式、ロゴスキー方式又はフラックス方式等の種々の電流センサを利用することができる。
また、図７に示した実施形態では、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータ６に連結された回転機械系の異常診断は、電流計測装置１４によってｉ番目の補機モータ６の定格電流期間に計測した電流のデータＤｉに基づいて行ったが、ｉ番目の補機モータ６の定格電流期間の少なくとも一部に計測した電流のデータに基づいて行われてもよい。また、ｉ番目の補機モータ６及びｉ番目の補機モータ６に連結された回転機械系の異常診断は、単独順次運転モードにおけるｉ番目の補機モータ６の運転期間の少なくなくとも一部の電流の計測データに基づいて行ってもよい。上述した実施形態では、補機モータ６及び補機モータ６に連結された回転機械系の異常診断を行ったが、異常診断の対称は補機モータ６だけであってもよいし、回転機械系だけであってよい。すなわち、異常診断装置１８の異常診断の対称は、補機モータ６及び補機モータ６に連結された回転機械系の少なくとも一方であってもよい。また、異常診断装置１８の異常診断の対象は、補機システム４の補機モータ電源系統８であってもよい。
また、上述した幾つかの実施形態では、発電機３が低風速で発電を停止している待機状態である場合に単独順次運転モードが実行されたが、単独順次運転モードは、発電機３が低風速で発電を停止している待機状態になる度に毎回実行する必要は必ずしもなく、風車制御装置１６は、例えば発電機３が低風速で発電を停止している待機状態になる回数を計数して、当該回数に基づいて定期的に（例えば当該回数が所定回数の整数倍になる度に）単独順次運転モードを実行してもよい。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示に係る風力発電装置用の状態監視装置（例えば上述の状態監視装置２）は、
風力発電装置（例えば上述の風力発電装置１００）の補機システム（例えば上述の補機システム４）の状態を監視するための、風力発電装置用の状態監視装置であって、
前記補機システムは、複数の補機モータ（例えば上述の補機モータ６（６Ａ〜６Ｆ））と、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統（例えば上述の補機モータ電源系統８）と、を備え、
前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ライン（例えば上述の電源側ライン１０）と、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ライン（例えば上述の補機モータ側ライン１２）と、を含み、
前記状態監視装置は、
前記電源側ラインを流れる電流を計測するための電流計測装置（例えば上述の電流計測装置１４）と、
前記複数の補機モータを制御する制御装置（例えば上述の風車制御装置１６）と、
を備え、
前記制御装置は、前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態である場合に、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行可能に構成されており、
前記電流計測装置は、前記制御装置による前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するように構成される。
上記（１）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、単独運転モードの実行中に電流計測装置で電源側ラインを流れる電流を計測することにより、複数の補機モータを含む補機システムの状態を１台の電流計測装置の計測結果に基づいて把握することができる。したがって、複数の補機モータ側ラインの各々に電流計測装置を設ける場合と比較して、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる低コストの状態監視装置を実現することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記電流計測装置の計測結果に基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成された異常診断装置（例えば上述の異常診断装置１８）を更に備える。
上記（２）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、複数の補機モータを含む補機システムの異常診断を１台の電流計測装置の計測結果に基づいて行うことができる。したがって、複数の補機モータ側ラインの各々に電流計測装置を設ける場合と比較して、補機システムの異常診断を行うための状態監視装置の部品点数を少なくすることができる。したがって、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる低コストの状態監視装置を実現することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記制御装置は、前記単独順次運転モードにおいて、トリガー信号を基準とする予め規定されたタイミングで、前記補機モータの各々を順次起動するように構成されており、
前記異常診断装置は、前記トリガー信号と、前記電流計測装置の計測結果とに基づいて、前記補機システムの異常診断を行うように構成される。
上記（３）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、単独順次運転モードにおいて、トリガー信号を基準とする補機モータ毎に予め規定されたタイミングで、補機モータの各々が順次起動されるため、補機システムの異常診断に必要な期間の電流のデータをトリガー信号に基づいて特定することができる。したがって、トリガー信号と電流計測装置の計測結果とに基づいて補機システムの異常診断を行う異常診断装置を備えることにより、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視できる低コストの状態監視装置を実現することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記複数の補機モータは、ｎ個の補機モータを含み、
前記単独順次運転モードにおいて前記ｎ個の補機モータのうちｉ番目に起動される補機モータをｉ番目の補機モータと定義すると、
前記異常診断装置は、
前記単独順次運転モードの実行中に前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータから、前記トリガー信号の開始から前記ｉ番目の補機モータの起動までの期間である第１期間の前記電流のデータを除いて、前記ｉ番目の補機モータの運転期間の少なくとも一部である第２期間の前記電流のデータを抽出し、
前記第２期間の前記電流のデータに基づいて、前記ｉ番目の補機モータ及び前記ｉ番目の補機モータに連結された回転機械系のうち少なくとも一方の異常診断を行うように構成される。
上記（４）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、補機モータ及び補機モータに連結された回転機械系の少なくとも一方の異常診断を、部品点数の少ない低コストの構成で行うことができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記第２期間は、前記ｉ番目の補機モータの運転期間のうち、前記ｉ番目の補機モータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間を除いた期間の少なくとも一部である。
上記（５）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、突入電流期間を除いた期間の少なくとも一部における電流のデータに基づいて異常診断を行うため、部品点数の少ない低コストの構成で補機システムの異常診断を精度良く行うことができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記第２期間は、前記ｉ番目の補機モータの運転期間のうち、前記ｉ番目の補機モータに定格電流が流れる期間の少なくとも一部である。
上記（６）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、補機モータに定格電流が流れる期間の少なくとも一部における電流のデータに基づいて異常診断を行うため、部品点数の少ない低コストの構成で補機システムの異常診断を精度良く行うことができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（６）の何れかに記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記第１期間の長さは１〜５秒であり、前記第２期間の長さは２〜１５秒である。
上記（７）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、ｎ個の補機モータ及び補機モータに連結された回転機械系の少なくとも一方の異常診断を、部品点数の少ない低コストの構成で行うことができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記制御装置は、前記単独順次運転モードにおいて、前記単独順次運転モードの進捗ステータスを示す進捗ステータス番号に応じて、前記複数の補機モータの各々を起動するように構成され、
前記異常診断装置は、前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータと前記進捗ステータス番号とを時系列に関連付けて取得して、前記電流のデータと前記進捗ステータス番号とに基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成される。
上記（８）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、単独順次運転モードにおいて、進捗ステータス番号に応じて補機モータの各々が順次起動されるため、補機システムの異常診断に必要な期間の電流のデータを進捗ステータス番号に基づいて特定することができる。したがって、進捗ステータス番号と電流計測装置によって計測した電流のデータとに基づいて補機システムの異常診断を行う異常診断装置を備えることにより、部品点数の少ない低コストの構成で補機システムの異常診断を行うことができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記進捗ステータス番号は、前記補機モータに定常電流が流れる期間の少なくとも一部である第３期間に対応する進捗ステータス番号を前記補機モータ毎に含み、
前記異常診断装置は、前記単独順次運転モードの実行中に計測した前記電流のデータのうち、前記第３期間に対応する進捗ステータス番号に関連付けられた前記電流のデータに基づいて、当該進捗ステータス番号に対応する前記補機モータ及び当該補機モータに連結された回転機械系のうち少なくとも一方の異常診断を行うように構成される。
上記（９）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、補機モータ及び補機モータに連結された回転機械系の少なくとも一方の異常診断を、部品点数の少ない低コストの構成で行うことができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記第３期間の長さは、２〜１５秒である。
上記（１０）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、補機モータ及び補機モータに連結された回転機械系の少なくとも一方の異常診断を、部品点数の少ない低コストの構成で行うことができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかに記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記複数の補機モータは、ファンモータ（例えば上述の冷却ファンモータ６Ａ，６Ｆ）、ポンプモータ（例えば上述の潤滑油ポンプモータ６Ｂ，制御油ポンプモータ６Ｃ）、ヨー角を調節するためのヨーモータ（例えば上述のヨーモータ６Ｅ）及びピッチ角を調節するためのピッチモータ（例えば上述のピッチモータ６Ｄ）のうち少なくとも１つを含む。
上記（１１）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、ファンモータ、ポンプモータ、ヨー角を調節するためのヨーモータ及びピッチ角を調節するためのピッチモータのうち少なくとも１つの異常診断を、部品点数の少ない低コストの構成で行うことができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかに記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記異常診断装置は、前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータに対して、高調波分析、側帯波解析、過渡電流値のパターン分析、及び、歪解析、のうち少なくとも一つの処理を行い、前記電流のデータから抽出した特徴量に基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成される。
上記（１２）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、部品点数の少ない低コストの構成で補機システムの異常診断を精度良く行うことができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかに記載の風力発電装置用の状態監視装置において、
前記電流計測装置は、前記補機モータを駆動するための３相交流電流の波形を高速サンプリングにより取得するように構成され、
前記異常診断装置は、前記高速サンプリングにより取得した前記電流のデータにＦＦＴを掛けて前記補機システムの異常診断を行うように構成される。
上記（１３）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、部品点数の少ない低コストの構成で補機システムの異常診断を行うことができる。
（１４）本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置用の状態監視方法は、
風力発電装置（例えば上述の風力発電装置１００）の補機システム（例えば上述の補機システム４）の状態を監視するための風力発電装置用の状態監視方法であって、
前記補機システムは、複数の補機モータ（例えば上述の補機モータ６（６Ａ〜６Ｆ））と、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統（例えば上述の補機モータ電源系統８）と、を備え、
前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ライン（例えば上述の電源側ライン１０）と、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ライン（例えば上述の補機モータ側ライン１２）と、を含み、
前記状態監視方法は、
前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態であるときに、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行するステップと、
前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するステップと、を備える。
上記（１４）に記載の風力発電装置用の状態監視装置によれば、単独運転モードの実行中に電流計測装置で電源ラインを流れる電流を計測することにより、複数の補機モータを含む補機システムの状態を１台の電流計測装置の計測結果に基づいて把握することができる。したがって、複数の補機モータ側ラインの各々に電流計測装置を設ける場合と比較して、少ない部品点数で風力発電装置の補機システムの状態を監視することができる。
２ 状態監視装置
３ 発電機
４ 補機システム
５ コンタクタ
６，６Ａ，６Ｆ 補機モータ
６Ａ 冷却ファンモータ
６Ａ，６Ｆ 冷却ファンモータ
６Ｂ 潤滑油ポンプ
６Ｃ 制御油ポンプ
６Ｄ ピッチモータ
６Ｅ ヨーモータ
８ 補機モータ電源系統
９ ブレーカ
１０ 電源側ライン
１２ 補機モータ側ライン
１３ センサ
１４ 電流計測装置
１５ 風速計
１６ 風車制御装置
１７ データ収集伝送装置
１８ 異常診断装置
３０ タワー
３２ ナセル
３４ 軸受
３６ 風車ロータ
３８ ハブ
３９ 主軸
４０ 風車翼
４２ 増速機
４４ 操作端末
４６ システム
４８ 通信ネットワーク
５０ ウインドファーム
５２ 遠隔監視システム
５４ サイトネットワーク
５８ サーバ
６０ コンピュータ
６２，６８，７０ 記憶装置
６４ 異常診断装置
６６ リモートクライアント
７２ ＣＰＵ
８４ バス
１００ 風力発電装置

Claims (14)

  1. 風力発電装置の補機システムの状態を監視するための、風力発電装置用の状態監視装置であって、
    前記補機システムは、複数の補機モータと、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統と、を備え、
    前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ラインと、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ラインと、を含み、
    前記状態監視装置は、
    前記電源側ラインを流れる電流を計測するための電流計測装置と、
    前記複数の補機モータを制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態である場合に、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行可能に構成されており、
    前記電流計測装置は、前記制御装置による前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するように構成された、風力発電装置用の状態監視装置。
  2. 前記電流計測装置の計測結果に基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成された異常診断装置を更に備える、請求項１に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  3. 前記制御装置は、前記単独順次運転モードにおいて、トリガー信号を基準とする予め規定されたタイミングで、前記補機モータの各々を順次起動するように構成されており、
    前記異常診断装置は、前記トリガー信号と、前記電流計測装置の計測結果とに基づいて、前記補機システムの異常診断を行うように構成された、請求項２に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  4. 前記複数の補機モータは、ｎ個の補機モータを含み、
    前記単独順次運転モードにおいて前記ｎ個の補機モータのうちｉ番目に運転する補機モータをｉ番目の補機モータと定義すると、
    前記異常診断装置は、
    前記単独順次運転モードの実行中に前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータから、前記トリガー信号の開始から前記ｉ番目の補機モータの起動までの期間である第１期間の前記電流のデータを除いて、前記ｉ番目の補機モータの運転期間の少なくとも一部である第２期間の前記電流のデータを抽出し、
    前記第２期間の前記電流のデータに基づいて、前記ｉ番目の補機モータ及び前記ｉ番目の補機モータに連結された回転機械系のうち少なくとも一方の異常診断を行うように構成された、請求項３に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  5. 前記第２期間は、前記ｉ番目の補機モータの運転期間のうち、前記ｉ番目のモータの起動後の突入電流に対応する突入電流期間を除いた期間の少なくとも一部である、請求項４に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  6. 前記第２期間は、前記ｉ番目の補機モータの運転期間のうち、前記ｉ番目の補機モータに定格電流が流れる期間の少なくとも一部である、請求項４又は５に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  7. 前記第１期間の長さは１〜５秒であり、前記第２期間の長さは２〜１５秒である、請求項４乃至６の何れか１項に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  8. 前記制御装置は、前記単独順次運転モードにおいて、前記単独順次運転モードの進捗ステータスを示す進捗ステータス番号に応じて、前記複数の補機モータの各々を運転するように構成され、
    前記異常診断装置は、前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータと前記進捗ステータス番号とを時系列に関連付けて取得して、前記電流のデータと前記進捗ステータス番号とに基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成された、請求項２に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  9. 前記進捗ステータス番号は、前記補機モータに定常電流が流れる期間の少なくとも一部である第３期間に対応する進捗ステータス番号を前記補機モータ毎に含み、
    前記異常診断装置は、前記単独順次運転モードの実行中に計測した前記電流のデータのうち、前記第３期間に対応する進捗ステータス番号に関連付けられた前記電流のデータに基づいて、当該進捗ステータス番号に対応する前記補機モータ及び当該補機モータに連結された回転機械系のうち少なくとも一方の異常診断を行うように構成された、請求項８に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  10. 前記第３期間の長さは、２〜１５秒である、請求項９に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  11. 前記複数の補機モータは、前記風力発電装置が備えるファンモータ、ポンプモータ、ヨー角を調節するためのヨーモータ及びピッチ角を調節するためのピッチモータのうち少なくとも１つを含む、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  12. 前記異常診断装置は、前記電流計測装置によって計測した前記電流のデータに対して、高調波分析、側帯波解析、過渡電流値のパターン分析、及び、歪解析、のうち少なくとも一つの処理を行い、前記電流のデータから抽出した特徴量に基づいて前記補機システムの異常診断を行うように構成された、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  13. 前記電流計測装置は、前記補機モータを駆動するための３相交流電流の波形を高速サンプリングにより取得するように構成され、
    前記異常診断装置は、前記高速サンプリングにより取得した前記電流のデータにＦＦＴを掛けて前記補機システムの異常診断を行うように構成された、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の風力発電装置用の状態監視装置。
  14. 風力発電装置の補機システムの状態を監視するための風力発電装置用の状態監視方法であって、
    前記補機システムは、複数の補機モータと、前記複数の補機モータに電力を供給するための補機モータ電源系統と、を備え、
    前記補機モータ電源系統は、電源に接続される電源側ラインと、前記電源側ラインから分岐して前記複数の補機モータにそれぞれ接続される複数の補機モータ側ラインと、を含み、
    前記状態監視方法は、
    前記風力発電装置の発電機が低風速で発電を停止している待機状態であるときに、前記複数の補機モータの各々を単独で順次運転する単独順次運転モードを実行するステップと、
    前記単独順次運転モードの実行中に前記電源側ラインを流れる電流を計測するステップと、を備える、風力発電装置用の状態監視方法。
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