JP7009237B2 - Wind power generation equipment and wind power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、風力発電装置の周りの風況を推定する機能を有する風力発電装置及び風力発電システムに関する。 The present invention relates to a wind power generation device and a wind power generation system having a function of estimating the wind condition around the wind power generation device.
再生可能エネルギー活用への関心の高まりから、風力発電装置の世界的な市場拡大が予測されている。メガワット級の風力発電装置としては、ブレードを回転するハブに放射状に取りつけたロータと、主軸を介してロータを支持するナセルと、ナセルを下部からヨー回転を許容し支持するタワーを備えているものが頻繁に用いられる。
風力発電装置では、時々刻々と変化する風をエネルギー源として発電を行う。従って、実際に風力発電装置に流入する風の風速や乱れが設計条件よりも厳しい場合、風力発電装置の負荷が増大し、構成部品の損傷が加速する可能性がある。損傷の加速により、予期せぬ故障が発生した場合、故障部品の交換に要する時間に加えて、交換用部品の手配や工事用機材、作業員の手配に時間を要するため、計画された部品交換を実施する場合よりも、風力発電装置の稼動停止時間が増大し、発電量が減少する懸念がある。
この対策として、エネルギー源となる流入風を推定・計測することで、風力発電装置の構成部品の損傷を推定する方法や、負荷を軽減するように制御する方法がある。例えば、特許文献1では、簡便な装置構成で入手可能な風速と、発電量若しくはブレードのピッチ角のデータから、予め作成しておいた風速、発電量若しくはピッチ角と、風況パラメータを関連付けるテーブルと、風況パラメータと風力発電装置に加わる疲労荷重を関連付けるテーブルを用いて、風力発電装置の構成部品の寿命を推定し、メンテナンス情報を出力する装置が提案されている。
一方、特許文献2では、一般にドップラーライダと称されるマイクロ波またはレーダ波発射装置を風力発電装置のナセルまたはハブに取り付け、風力発電装置前方および後方の風速分布を計測することで、発電効率を最大化または風力発電装置の負荷を最小化するようにブレードのピッチ角を制御する方法が提案されている。
The growing interest in renewable energy utilization is expected to expand the global market for wind power plants. Megawatt-class wind power generators are equipped with a rotor that is radially attached to a hub that rotates blades, a nacelle that supports the rotor via a spindle, and a tower that allows and supports yaw rotation from below. Is frequently used.
Wind power generators generate electricity using the ever-changing wind as an energy source. Therefore, if the wind speed or turbulence of the wind that actually flows into the wind power generation device is stricter than the design conditions, the load on the wind power generation device may increase and the damage to the components may be accelerated. If an unexpected failure occurs due to accelerated damage, it will take time to arrange replacement parts, construction equipment, and workers in addition to the time required to replace the failed parts, so planned parts replacement There is a concern that the downtime of the wind power generation equipment will increase and the amount of power generation will decrease compared to the case of implementing.
As a countermeasure, there are a method of estimating damage to the components of the wind power generation device by estimating and measuring the inflow wind as an energy source, and a method of controlling so as to reduce the load. For example, in
On the other hand, in
しかしながら、特許文献1に開示される構成では、発電量やピッチ角は概ね風速に対して一意の値になるよう制御されているため、風速、発電量、ピッチ角から風速分布であるウィンドシアを高精度に推定することは困難であり、構成部品の寿命推定精度への影響も懸念される。また、特許文献2に開示される構成では、ドップラーライダにより風速分布を正確に計測できるものの、このような計測機器は高価であるため、風力発電所内(ウィンドファーム内)の全ての風力発電装置に設置することはコスト面から現実的ではない。
However, in the configuration disclosed in
そこで、本発明は、簡易な構成にて、風速分布であるウィンドシアを高精度に推定し得る風力発電装置及び風力発電システムを提供する。 Therefore, the present invention provides a wind power generation device and a wind power generation system capable of estimating wind shear, which is a wind speed distribution, with high accuracy with a simple configuration.
上記課題を解決するため、本発明に係る風力発電装置は、少なくともロータ及びナセル並びにナセルを回動可能に支持するタワーを有する風力発電装置と、風力発電装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、前記荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、前記荷重及び前記大気密度の平均値並びにウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算する風速分布計算部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る風力発電システムは、少なくとも1基の風力発電装置と、風力発電装置を制御する制御装置と、表示装置を有する電子端末と、これらを相互に通信可能に接続する通信ネットワークを備え、前記制御装置は、風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、前記荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、前記荷重及び前記大気密度の平均値並びにウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算する風速分布計算部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の風力発電システムは、少なくとも1基の風力発電装置と、風力発電装置を制御する制御装置と、表示装置を有する電子端末と、これらを相互に通信可能に接続する通信ネットワークを備え、前記制御装置は、風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、を有し、前記電子端末は、荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重及び前記大気密度計算部から入力される大気密度の平均値並びに前記前記記憶部に格納されるウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算する風速分布計算部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the wind power generation device according to the present invention includes at least a wind power generation device having a rotor, a nacelle, and a tower that rotatably supports the nacelle, and a control device for controlling the wind power generation device. The control device has a load measuring unit that measures the load applied to the wind power generator, a storage unit that stores the wind shear function that defines the relationship between the load and the wind shear, and a gas state equation from temperature and pressure. A wind condition having an air density calculation unit that calculates the air density using the wind shear and obtains the average value of the air density, and a wind speed distribution calculation unit that calculates the wind shear based on the load, the average value of the air density, and the wind shear function. It is characterized by being provided with an estimation device.
Further, the wind power generation system according to the present invention includes at least one wind power generation device, a control device for controlling the wind power generation device, an electronic terminal having a display device, and a communication network connecting these to each other so as to be communicable. The control device includes a load measuring unit that measures the load applied to the wind power generator, a storage unit that stores a wind shear function that defines the relationship between the load and the wind shear, and a gas from temperature and pressure. An air density calculation unit that calculates the air density using the state equation and obtains the average value of the air density, and a wind speed distribution calculation unit that calculates the wind shear based on the load, the average value of the air density, and the wind shear function. It is characterized by being provided with a wind condition estimation device.
Further, another wind power generation system according to the present invention is a communication that connects at least one wind power generation device, a control device for controlling the wind power generation device, and an electronic terminal having a display device so as to be communicable with each other. Equipped with a network, the control device has a load measuring unit that measures the load applied to the wind power generator , and the atmosphere that calculates the air density from the temperature and pressure using the gas state equation and obtains the average value of the air density. The electronic terminal has a density calculation unit, a storage unit for storing a wind shear function that defines a relationship between a load and a wind power, and the load input from the load measurement unit via the communication network. A wind condition estimation device including an average value of the air density input from the air density calculation unit and a wind speed distribution calculation unit for calculating wind power based on the wind shear function stored in the storage unit. And.
本発明によれば、簡易な構成にて、風速分布であるウィンドシアを高精度に推定し得る風力発電装置及び風力発電システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a wind power generation device and a wind power generation system capable of estimating wind shear, which is a wind speed distribution, with high accuracy with a simple configuration.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
図1は、本発明の一実施形態に係る風力発電システムの全体概略構成図である。図1に示すように、風力発電システム1は、風力発電装置2、及び、運転管理センター3内に設置される電子端末4或いは図示しないサーバを備え、これらは相互に通信可能に通信ネットワーク5を介して接続されている。なお、通信ネットワーク5は有線か無線かを問わない。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a wind power generation system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the wind
また、風力発電装置2は、風を受けて回転するブレード24、ブレード24を支持するハブ23、ナセル22、及びナセル22を回動可能に支持するタワー21を備える。ナセル22内に、ハブ23に接続されハブ23と共に回転する主軸26、主軸26に接続され回転速度を増速する増速機27、及び増速機27により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機28を備えている。ブレード24の回転エネルギーを発電機28に伝達する部位は、動力伝達部と称され、本実施形態では、主軸26及び増速機27が動力伝達部に含まれる。そして、増速機27及び発電機28は、メインフレーム29上に保持されている。また、ブレード24及びハブ23によりロータ25が構成される。図1に示すように、タワー21内の底部(下部)に、電力の周波数を変換する電力変換器30、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器及び変圧器など(図示せず)、及び制御装置31などが配されている。制御装置31として、例えば、制御盤又はSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)が用いられる。
Further, the wind
なお、図1に示す風力発電装置2は、3枚のブレード24とハブ23にてロータ25を構成する例を示すが、これに限られず、ロータ25はハブ23と少なくとも1枚のブレード24にて構成しても良い。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
The wind
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の一実施例に係る実施例1の風力発電装置の構成を示す図である。図2では、本実施例に係る風力発電装置2及びその周りでの高さ方向の風速分布11の構成を示している。また、図2では、風力発電装置2を側方から眺めた状態を示しており、風は紙面左から右に吹いているものとする。図2に示すように、風力発電装置2は、ブレード24を回転するハブ23に放射状に取りつけたロータ25と、ロータ25の回転を許容してハブ23を横方向から支持するナセル22と、ナセル22を下部から垂直軸に対して回転自在に支持するタワー21とを備える。風力発電装置2は、図2ではロータ25がタワー21の風下側に位置するダウンウインド型の風力発電装置を示しているが、ロータ25がタワー21の風上側に位置するアップウィンド型の風力発電装置でも良い。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wind power generation device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the configuration of the wind
風力発電装置2は、タワー21に取り付けられたひずみセンサ7を備えている。ひずみセンサ7については、タワー21に限らず、ナセル22またはハブ23に設置しても良く、ひずみセンサ7に代えて、例えば加速度センサのような他の荷重センサを用いても良い。また、風力発電装置2は、ブレード24のピッチ角を制御するためのピッチ角制御機構6、ナセル22の上部に設置された風速計8、ナセル22内に設置された温度計9、気圧計10を備えていても良い。なお、風速計8、温度計9、気圧計10は、風力発電装置2の他の位置に設置しても良く、風力発電装置2の近傍であれば風力発電装置2の外部に設置しても良い。また、温度計9、気圧計10については計測せず、気象予測などに用いられる公の観測データを用いても良い。
The
風速分布11は、通常、高さ方向(Z方向)に変化しており、一般的には大気の境界層によって上空ほど風速が大きくなる傾向がある。この高さ方向(Z方向)の風速の変化をウィンドシアと称し、その強弱を表す冪指数をαWSとすると、高さ方向(Z方向)の風速分布を以下の式(1)のように仮定することができる。
The
ここで、V(z)は地表から高さzにおける風速であり、zrefは基準となる風速を定義する高さ、V(zref)は基準となる風速を表している。図3に示すように、冪指数αWSが大きくなるほど、高さによる風速の変化は大きくなる。例えば、基準となる風速を風速計8で計測する場合、式(1)のV(zref)に計測した風速、zrefに風速計8の地表からの高さを用いることで、ある冪指数αWSがわかれば高さ方向の風速分布を得ることができる。すなわち、風速分布を式(1)のように仮定する場合、風速分布の推定問題は、冪指数αWSの推定問題に帰着する。なお、本実施例では、式(1)の風速分布を仮定して、ウィンドシアの強弱を表す冪指数αWSを推定することを考えるが、風速分布の仮定は式(1)に限らず、対数や多項式などを用いても良く、複数のパラメータを用いて風速分布を仮定しても良い。
Here, V (z) is the wind speed at the height z from the ground surface, z ref is the height that defines the reference wind speed, and V (z ref ) is the reference wind speed. As shown in FIG. 3, the larger the exponent α WS , the larger the change in wind speed depending on the height. For example, when the reference wind speed is measured by the
図4は、本実施例の風力発電装置2を構成する制御装置31の機能ブロック図である。図4に示すように、制御装置31は、風速計測部12、荷重計測部13、温度計測部14、気圧計測部15、ウィンドシア関数33を格納する記憶部16、大気密度計算部17、ウィンドシア推定部18、風速分布計算部19、入力I/F34、出力I/F35、及び、通信I/F36を備え、これらは相互に内部バス37にてアクセス可能に接続されている。風速計測部12、荷重計測部13、温度計測部14、気圧計測部15、ウィンドシア関数33を格納する記憶部16、大気密度計算部17、ウィンドシア推定部18、及び風速分布計算部19は、ウィンドシアの強弱を定義する冪指数αWSの推定のみならず、実際の風速分布を求めるため、風況推定装置32を構成する。なお、冪指数αWSの推定のみであれば、風況推定装置32を、風速計測部12、荷重計測部13、温度計測部14、気圧計測部15、ウィンドシア関数33を格納する記憶部16、大気密度計算部17、及びウィンドシア推定部18にて構成しても良い。更には、推定精度の低下を許容して冪指数αWSのみを推定する場合には、荷重計測部13、ウィンドシア関数33を格納する記憶部16、及びウィンドシア推定部18のみにて風況推定装置32を構成しても良い。
風況推定装置32を構成する、風速計測部12、荷重計測部13、温度計測部14、気圧計測部15、大気密度計算部17、ウィンドシア推定部18、及び風速分布計算部19は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。以下に、制御装置31の各部の詳細につき説明する。
FIG. 4 is a functional block diagram of the
The wind
風速計測部12は、風速計8にて計測され入力I/F34及び内部バス37介して入力される風速から、風速の時系列データ及び所定時間で平均化処理を施した平均風速を算出する。そして、風速計測部12は、内部バス37を介して平均風速をウィンドシア推定部18へ転送すると共に、風速の時系列データを風速分布計算部19へ転送する。なお、平均化処理では、例えば10分ごとに平均風速を算出しても良く、移動平均を用いて平均値を連続的に出力しても良い。
The wind
荷重計測部13は、ひずみセンサ7にて計測されるタワー21のひずみを、入力I/F34及び内部バス37介して入力し、入力されたタワー21のひずみの計測値に対し、計測位置での断面係数を乗ずることで、曲げモーメントに変換する。更に、曲げモーメントを所定時間での平均化処理を施して、ウィンドシア推定部18へ内部バス37を介して転送する。風力発電装置2の建設位置での風向が概ね一方向である場合には、ひずみセンサ7の設置は一箇所でもかまわないが、風向が変化する場合には、ナセル22の方向に沿って風力発電装置2を転倒させる向きの曲げモーメント成分を算出するために、タワー21の同一高さ地点に二箇所以上ひずみセンサ7を設置することが望ましい。また、ひずみセンサ7を取り付ける高さ方向の位置は、タワー21の頂部付近であることが望ましいが、直接頂部のモーメントを計測しなくとも、風速とロータ25のスラスト係数から補正を施すこともできるため、計測位置を頂部に限定する必要はない。
The
温度計測部14は、温度計10にて計測された温度を、入力I/F34及び内部バス37介して入力し、所定時間での平均化温度を算出する。温度計測部14は、算出した平均化温度を大気密度計算部17へ内部バス37を介して転送する。気圧計測部15は、気圧計11にて計測された気圧を、入力I/F34及び内部バス37介して入力し、所定時間での平均化気圧を算出する。気圧計測部15は、算出した平均化気圧を大気密度計算部17へ内部バス37を介して転送する。
大気密度計算部17は、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて、大気密度を計算し、例えば、10分ごとに大気密度の平均値をウィンドシア推定部18へ内部バス37を介して転送する。なお、大気密度を算出できれば、他の方法を用いてもかまわない。
The
The atmospheric
ウィンドシア推定部18は、荷重計測部13より転送される曲げモーメント、風速計測部12より転送される平均風速、及び、大気密度計算部17より転送される大気密度の平均値を入力として、これらの値とウィンドシアの強弱を表す冪指数αWSとの関係を定義するウィンドシア関数33を用いることにより、平均化に用いた所定時間ごとに冪指数αWSの推定値を出力する。本実施例では、ウィンドシア推定部18への入力として、曲げモーメント、平均風速、大気密度の平均値を用いているが、冪指数αWSの推定精度低下を許容できる場合には、荷重計測部13より転送される曲げモーメントのみを入力としても良く、曲げモーメントに加えて平均風速または大気密度の平均値の一方を用いても良い。また、平均風速に代えて、風速に対応して変化する他の物理量を用いても良い。例えば、発電量やピッチ角、ロータ回転数などを用いることができる。
The wind
記憶部16に格納されるウィンドシア関数33は、曲げモーメント、平均風速、大気密度の平均値に対して冪指数αWSを一意に出力できる関数を保存している。関数の保存方法は特に限定されず、応答曲面やニューラルネットワークのほか、多項式のような数式でも、各変数をビンで区切ったデータテーブルでも構わない。関数の作成方法についても特に限定されないが、例えば、風力発電装置2を構成するナセル22の上部に一時的にドップラーライダを取り付けて、計測した風速分布から冪指数αWSを最小二乗法などで計算し、曲げモーメント、平均風速、大気密度の平均値を設計変数、冪指数αWSを目的関数として応答曲面を作成する方法がある。他の方法としては、数値シミュレーションを用いて、冪指数αWS、平均風速、大気密度の平均値を変化させた場合の曲げモーメントを計算し、計算結果をニューラルネットワークに学習させて、冪指数αWSを推定することもできる。
The
風速分布計算部19は、ウィンドシア推定部18で得られた冪指数αWSの推定値、及び、風速計測部12より内部バス37を介して転送された風速の時系列データから、上記式(1)を用いて風速分布の時系列データを算出する。なお、風速計8の地表からの高さzrefは既知であるとする。
出力I/F35は、風速分布計算部19により算出され、内部バス37を介して転送された風速分布の時系列データを図示しない表示部に出力する。
通信I/F36は、風速分布計算部19により算出され、内部バス37を介して転送された風速分布の時系列データを、通信ネットワーク5を介して運転管理センター3内に設置される電子端末4或いは図示しないサーバへ送信する。
The wind speed
The output I /
The communication I /
次に、風況推定装置32によるウィンドシアの推定原理について説明する。ロータ25に流入する風速がウィンドシアにより、上記式(1)のような分布をとると仮定する。ブレード24に作用する風向方向の空気力(スラスト力)Tは式(2)で表すことができる。
Next, the principle of wind shear estimation by the wind
ここで、bはブレード24の長さ、ρは大気密度、Ctはブレード24のハブ23の中心から距離rの位置における局所スラスト係数、Vはブレード24のハブ23の中心から距離rの位置における局所風速、cはブレード24のハブ23の中心から距離rの位置における翼弦長である。これらのうち、b及びcはブレード24に固有の値であり、運転条件によらず一定である。また、Ctもブレード24に固有の値であるが、ピッチ角、風速、回転数に応じて変化する。ここで簡単のため、風速は高さ方向に上述の式(1)の分布を有するが時間変化せず、ピッチ角、回転数は一定であると仮定する。また、ロータ25はチルト角、コーニング角を持たず鉛直平面内を回転すると仮定する。このとき、ブレード24が失速しない範囲では風速の増加に伴ってブレード24の迎え角が増加するため、Ctも単調増加する。したがって、上記式(2)からわかるように、局所風速Vが増加する場合、CtV2が増加することによってスラスト力Tも増加する。
Here, b is the length of the
今、大気密度及びハブ23の中心での風速が一定であると仮定すると、図3においてzrefがハブ23の高さを表し、冪指数αWSの増加に伴ってハブ23の上方では風速が増加し、ハブ23の下方では風速が低下することがわかる。従って、図5に示すようにスラスト力Tも冪指数αWSの増加に伴って、ハブ23の上方では増加し、ハブ23の下方では低下する。ここで、ハブ23の中心でのナセル22の方向に沿って風力発電装置2を転倒させる向きのモーメントを考えると、ブレード24が回転平面内の任意の位置にあるとき、冪指数αWSの増加に伴ってモーメントが単調増加することがわかる。ゆえに、ロータ25が一回転する間のハブ23の中心でのモーメントの平均値も冪指数αWSの増加に伴って図6に示すように単調増加する。従って、大気密度及びハブ23の中心での風速が一定である場合には、ハブ23の中心でのモーメントから冪指数αWSを推定することができる。なお、図6に示す冪指数とハブ中心でのモーメントの関係を説明するための図は、一般的な風力発電装置のモデルに対しシミュレーションにより生成したものである。実際の風力発電装置2では、ハブ23の中心での風速と大気密度も変化するため、これらの増加によってもモーメントは単調増加する(図7、図8)。よって、冪指数αWSを高精度に推定するためには、モーメントに加えて、ある位置での風速と大気密度を計測する必要がある。風速と大気密度がわかれば、図7及び図8に示すような、複数のモーメント-冪指数αWS関係式の中から、風速と大気密度に合った関係式を選択し、モーメントから冪指数αWSを推定することができる。ただし、図8に示す大気密度の変化によるモーメントの変動は、図7に示す冪指数αWSと風速の変化と比較すると小さいため、大気密度を用いなくとも冪指数αWSを推定することは可能である。また、風速の変動幅が小さい場合や冪指数αWSの推定精度低下を許容できる場合には、風速と大気密度を使用せず、モーメントのみから冪指数αWSを推定しても良い。
Assuming that the air density and the wind speed at the center of the
実際には回転するハブ23でのモーメント計測は困難であるため、ひずみセンサ7によって計測したタワー21でのモーメントで代用する、タワー21の高さ方向二箇所で計測したモーメントを外挿してハブ23の中心でのモーメントを算出するなどしても良い。風速と大気密度については、ハブ23の中心の値を用いる必要はなく、風力発電装置2の近傍で計測すれば良い。また、ピッチ角、回転数は一定と仮定したが、これらは風速に応じた制御によって決定されることが一般的であるため、風速を用いて冪指数αWSを推定する場合には、ピッチ角、回転数が変化しても推定精度への影響は小さい。チルト角、コーニング角は、風力発電装置2に固有の値であり、運転条件によらず一定であるため、推定精度への影響はない。
Since it is actually difficult to measure the moment with the rotating
なお、本実施例では図4に示したように、風況推定装置32を構成する、ウィンドシア関数33を格納する記憶部16、ウィンドシア推定部18、及び風速分布計算部19を制御装置31内に実装する場合を一例として説明したがこれに限られるものではない。例えば、これらウィンドシア関数33を格納する記憶部16、ウィンドシア推定部18、及び風速分布計算部19を、図1に示した運転管理センター3内に設置される電子端末4或いは図示しないサーバに実装する構成としても良い。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the
以上の通り、本実施例によれば、簡易な構成にて、風速分布であるウィンドシアを高精度に推定し得る風力発電装置及び風力発電システムを提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a wind power generation device and a wind power generation system capable of estimating wind shear, which is a wind speed distribution, with high accuracy with a simple configuration.
図9は、本発明の他の実施例に係る実施例2の風力発電装置を構成する制御装置31aの機能ブロック図である。本実施例では、実施例1で示したウィンドシア推定部18及び風速分布計算部19にて推定されたウィンドシアを用いて風力発電装置2の信頼性を評価する信頼性評価装置40を制御装置内に設けた点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。なお、説明の便宜上、図9に示すように、実施例1と同様の構成要素として、入力I/F34、ウィンドシア推定部18、出力I/F35、通信I/F36、及び内部バス37のみを示す。
FIG. 9 is a functional block diagram of the
図9に示すように、本実施例に係る制御装置31aは、入力I/F34、ウィンドシア推定部18、出力I/F35、通信I/F36、に加え、運転条件取得部41、荷重計算部42、設計情報43を格納する記憶部16a、信頼性評価部44、及び情報出力部45を備え、これらは相互に内部バス37にてアクセス可能に接続されている。運転条件取得部41、荷重計算部42、設計情報43を格納する記憶部16a、信頼性評価部44、及び情報出力部45から信頼性評価装置40が構成されている。なお、信頼性評価装置40が情報出力部45を有しない構成としても良い。ウィンドシア推定部18、運転条件取得部41、荷重計算部42、信頼性評価部44、及び情報出力部45は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。
As shown in FIG. 9, the
以下では、風力発電装置2のブレード24の信頼性評価を一例として、信頼性評価装置40について説明する。なお、信頼性評価装置40の適用先は、ブレード24に限定される必要はなく、ウィンドシアが信頼性に影響を与える部位であれば、ナセル22やタワー21など風力発電装置2の他の構成部品でも良い。
Hereinafter, the
運転条件取得部41は、ブレード24に作用する荷重に関連する風力発電装置2の運転条件の時刻歴データを取得する。運転条件とは、例えば、風速計8での風速や風向、ブレード24のピッチ角やアジマス角、ロータ25の回転速度、ナセル22の方位角、風力発電装置2の発電量などである。風力発電装置2にひずみセンサや加速度センサなどの荷重センサが取り付けられている場合には、それらの時刻歴データを含んでも良い。また、制御装置31aとして、例えばSCADAが用いられる場合には、このSCADAから運転条件を取得しても良い。
The operating
荷重計算部42は、運転条件取得部41から転送される運転条件、ウィンドシア推定部18から転送される冪指数αWSと、ブレード24の設計情報43とを用いて、ブレード24に作用する荷重の時刻歴を計算する。荷重の計算方法としては、例えば、風速計8での風速と冪指数αWSから上述の式(1)を用いてロータ25に流入する風速分布(ウィンドシア)を計算し、風速分布と運転条件の時刻歴データを翼素運動量理論或いはマルチボディダイナミクスなどに基づく空力弾性シミュレーションの入力とする方法がある。
記憶部16aに格納される設計情報43は、例えば、ブレード24とタワー21の寸法や質量分布、剛性分布、空力係数、ロータ25のチルト角やコーニング角、ナセル22の寸法や質量分布、空力係数、風力発電装置2の制御プログラムなどの設計データである。なお、記憶部16aに格納される設計情報25には、信頼性情報としてのブレード24の構成部品の信頼性に関するデータ、例えば、構成部品の寸法、弾性係数、断面係数、応力集中係数、S―N線図などが含まれる。
The
The
信頼性評価部44は、荷重計算部42から出力されるブレード24に作用する荷重の時刻歴と上記信頼性情報とを用いて、ブレード24の構成部品の信頼性評価を行う。信頼性評価としては、構成部品に対する疲労損傷度や余寿命、破壊確率などの計算を行う。例えば、荷重の時刻歴データから疲労損傷度を計算する場合には、以下のような方法がある。まず、ブレード24に作用する荷重から構成部品に作用する応力の時刻歴を計算する。次に、応力の時刻歴データにレインフロー法を適用して応力振幅の出現頻度分布に変換し、得られた応力振幅の出現頻度分布と信頼性情報に保存される構成部品の材料のS―N線図から、線形累積損傷度則を用いて、時刻歴における疲労損傷度を計算する。
The
情報出力部45は、信頼性評価部44から内部バス37を介して転送される評価結果を表やグラフ、コンター図として表示する。なお、運転条件取得部41、ウィンドシア推定部18、荷重計算部42から出力されるデータを表示してもよい。例えば、運転条件取得部41から出力される風速計8での風速と、ウィンドシア推定部18から出力される冪指数αWSを用いて上述の式(1)により、ロータ25に流入する風速分布を表示しても良い。
なお、本実施例では、信頼性評価装置40を、制御装置31a内に設ける構成としたが、これに限られず、図1に示した運転管理センター3内に設置される電子端末4或いは図示しないサーバに実装する構成としても良い。
The
In this embodiment, the
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、信頼性評価装置40を用いることで、風力発電装置の運転条件と、風力発電装置の荷重から推定したウィンドシアの時刻歴データに基づいて、風力発電装置の信頼性を評価することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, by using the
図10は、本発明の他の実施例に係る実施例3の風力発電装置を構成する制御装置31bの機能ブロック図である。本実施例では、実施例1で示したウィンドシア推定部18及び風速分布計算部19にて推定されたウィンドシアを用いて風力発電装置2を制御する点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。なお、説明の便宜上、図10に示すように、実施例1と同様の構成要素として、入力I/F34、ウィンドシア推定部18、出力I/F35、通信I/F36、及び内部バス37のみを示す。
FIG. 10 is a functional block diagram of a
図10に示すように本実施例に係る制御装置31bは、入力I/F34、ウィンドシア推定部18、出力I/F35、通信I/F36、に加え、運転条件取得部41、制御量計算部51、制御情報52を格納する記憶部16bを備え、これらは相互に内部バス37にてアクセス可能に接続されている。ウィンドシア推定部18、運転条件取得部41、及び制御量計算部51は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。
As shown in FIG. 10, the
運転条件取得部41は、上述の実施例2と同様に風力発電装置2の運転条件を取得する。制御量計算部51は、運転条件取得部41から内部バス37を介して転送される運転条件と、ウィンドシア推定部18から内部バス37を介して転送される冪指数αWSと、制御情報52とを用いて、例えばブレード24のピッチ角やロータ25の回転速度などを決定し、これらを実現するように制御量を決定する。ブレード24のピッチ角やロータ25の回転速度は、例えば、発電量を最大化する、ブレード24の荷重変動を最小化する、というようにして決定できる。なお、ピッチ角はロータ25が一回転する間に変化しても良い。このような制御は、風速計8での風速と冪指数αWSから上述の式(1)を用いてロータ4に流入する風速分布を計算し、任意のロータ回転速度に対してブレード24に流入する風速、風向の分布を高精度に推定することで実現できる。
記憶部16bは、制御情報52として、制御に用いる定数やブレード24の空力特性を格納している。制御量計算部51から出力される上述の制御量は、内部バス37及び出力I/F35を介して、発電機28やピッチ角制御機構6などへ出力される。
The operating
The
以上の通り本実施例によれは、実施例1の効果に加え、風力発電装置の運転条件と、風力発電装置の荷重から推定したウィンドシアの時刻歴データに基づいて、風力発電装置を制御し、発電量の最大化やブレードの荷重変動の最小化が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the wind power generation device is controlled based on the operating conditions of the wind power generation device and the time history data of Windsia estimated from the load of the wind power generation device. , It is possible to maximize the amount of power generation and minimize the load fluctuation of the blade.
図11は、本発明の他の実施例に係る実施例4の風力発電装置の構成を示す図である。本実施例では、上述の実施例1の風力発電装置2の風況推定装置32を用いて、水平方向のウィンドシアを推定する点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a wind power generation device according to a fourth embodiment according to another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that the wind shear in the horizontal direction is estimated by using the wind
図11では、風力発電装置2及びその周りでの水平方向の風速分布61の構成を示している。図11では、風力発電装置2を上方から眺めた状態を示しており、風は紙面左から右に吹いているものとする。なお、風力発電装置2は、上述の実施例1と同様の構成を備えている。
FIG. 11 shows the configuration of the wind
図11に示す水平方向の風速分布61は、水平方向に変化しており、この水平方向のウィンドシアの強弱を表す係数をβWSとすると、水平方向の風速分布61を以下の式(3)のように仮定することができる。
The horizontal
ここで、V(y)は水平面上で風速ベクトルに直交する向きの位置yにおける風速であり、yrefは基準となる風速を定義する位置、V(yref)は基準となる風速を表している。式(3)からわかるように、係数βWSが大きくなるほど、水平方向の風速の変化は大きくなる。例えば、基準となる風速を風速計8で計測する場合、式(3)のV(yref)を計測した風速、yrefを0(原点)として、yは図11において風速計8からのy軸方向の距離を用いることで、ある係数βWSがわかれば水平方向の風速分布61を得ることができる。すなわち、風速分布を式(3)のように仮定する場合、風速分布の推定問題は、係数βWSの推定問題に帰着する。なお、本実施例では、式(3)の風速分布を仮定して、水平方向のウィンドシアの強弱を表す係数βWSを推定することを考えるが、風速分布の仮定は式(3)に限定する必要はなく、複数のパラメータを用いて風速分布を仮定しても良い。
Here, V (y) is the wind speed at the position y in the direction orthogonal to the wind speed vector on the horizontal plane, y ref is the position that defines the reference wind speed, and V (y ref ) is the reference wind speed. There is. As can be seen from the equation (3), the larger the coefficient β WS , the larger the change in the horizontal wind speed. For example, when the reference wind speed is measured by the
水平方向のウィンドシアの強弱を定義する係数βWSを推定するための、本実施例における風力発電装置2の風況推定装置32の構成は実施例1と同様である。以下では、風況推定装置32の詳細について、実施例1と異なる点について述べる。
本実施例において、荷重計測部13(図示せず)では、ひずみセンサ7を用いてタワー21のせん断ひずみを計測し、計測位置での断面二次極モーメントとタワー21の半径を用いて、捻りモーメントに変換する。更に、捻りモーメントを所定時間での平均化処理を施して出力する。捻りモーメントはタワー21の断面内で均一に作用するので、ひずみセンサ7の設置は一箇所でもよく、高さ方向の位置も特に限定する必要はない。
The configuration of the wind
In this embodiment, the load measuring unit 13 (not shown) measures the shear strain of the
ウィンドシア推定部18(図示せず)では、捻りモーメント、風速、大気密度の平均値を入力として、これらの値と水平方向のウィンドシアの強弱を表す係数βWSとの関係を定義するウィンドシア関数33を用いることにより、平均化に用いた所定時間ごとに係数βWSの推定値を出力する。本実施例では、ウィンドシア推定部18への入力として、捻りモーメント、風速、大気密度を用いているが、係数βWSの推定精度低下を許容できる場合には、捻りモーメントのみを入力としても良く、捻りモーメントに加えて風速または大気密度の一方を用いても良い。また、風速の代わりに風速に対応して変化する他の物理量を用いても良い。例えば、発電量やピッチ角、ロータ回転数などを用いることができる。なお、捻りモーメントは、ヨーエラーと呼ばれるナセル22と風向とのずれによっても発生するため、ヨーエラーをウィンドシア推定部18の入力に加えることで、高精度化が可能である。
The wind shear estimation unit 18 (not shown) takes the average values of the twisting moment, wind speed, and atmospheric density as inputs, and defines the relationship between these values and the coefficient β WS that represents the strength of the horizontal wind shear. By using the
ウィンドシア関数33は、捻りモーメント、風速、大気密度の入力値に対して係数βWSを一意に出力できる関数として定義されている。関数の保存方法、作成方法は特に限定されず、成就の実施例1と同様の方法を用いても良い。
風速分布計算部19では、ウィンドシア推定部18で得られた係数βWSの推定値と風速計測部12で得られた風速の時系列データから、上記式(3)を用いて風速分布の時系列データを算出する。
The
In the wind speed
風況推定装置32による水平方向のウィンドシアの推定原理は、以下の点を除いて実施例1と同様である。すなわち、水平方向のウィンドシアによってハブ23の中心に作用するモーメントは、ナセル22を水平面内で回転させる向きに発生する。したがって、タワー21には、捻りモーメントが作用するため、係数βWSの推定には、捻りモーメントを計測する必要がある。なお、タワー21の曲げモーメントと捻りモーメントを同時に計測することにより、実施例1と実施例4の高さ方向(Z方向)、水平方向(y方向)のウィンドシアを同時に推定しても良く、推定した水平方向のウィンドシアを、上述の実施例2の信頼性評価装置40、実施例3の制御装置31bの入力としても良い。
The principle of estimating the horizontal wind shear by the wind
以上の通り本実施例によれば、風力発電装置の荷重を計測することにより、簡易な構成にて、水平方向のウィンドシアを高精度に推定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by measuring the load of the wind power generation device, it is possible to estimate the wind shear in the horizontal direction with high accuracy with a simple configuration.
図12は、本発明の他の実施例に係る実施例5の風力発電装置の構成を示す図である。本実施例では、上述の実施例1に示したタワー21に設置されるひずみセンサ7をブレード24に設置した点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a wind power generation device according to a fifth embodiment according to another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the
図12に本実施例に係る風力発電装置2及びその周りでの高さ方向の風速分布11の構成を示す。図12では、風力発電装置2を側方から眺めた状態を示しており、風は紙面左から右に吹いているものとする。風力発電装置2は、実施例1と同様の構成に加えて、タワー21に代えて、ブレード24にひずみセンサ7を備えている。ひずみセンサ7は、ロータ25を構成する少なくとも一つのブレード24に取り付けられていれば良く、ひずみセンサ7に代えて加速度センサのような他の荷重センサを用いても良い。
FIG. 12 shows the configuration of the wind
ウィンドシアの強弱を定義する冪指数αWSを推定するための、本実施例に係る風力発電装置2の風況推定装置32の構成は実施例1と同様である。以下では、風況推定装置32の詳細について、実施例1と異なる点について述べる。
本実施例において、荷重計測部13では、ひずみセンサ7を用いてブレード24のひずみを計測し、計測位置での断面係数を乗ずることで、曲げモーメントに変換する。更に、曲げモーメントを統計処理して統計値を出力する。統計値としては、例えば、所定時間での曲げモーメントの標準偏差や、最大値と最小値との差(最大振幅)などを用いる。また、アジマス角をビンで区切ってビンごとの平均値を用いてもよいし、ロータ25を構成する全てのブレード24にひずみセンサ7を取り付けて、各ブレード24の曲げモーメントからハブ23の中心でのモーメントを計算によって求めた値を用いても良い。ひずみセンサ7の設置は一箇所でもかまわないが、ブレード24を風向方向に曲げるモーメント成分を算出するために、ブレード24の長手方向の同一位置に二箇所以上ひずみセンサ7を設置することが望ましい。また、ひずみセンサ7はブレード24の翼根付近に取り付けることが望ましいが、計測位置を翼根付近に限定する必要はない。
The configuration of the wind
In this embodiment, the
ウィンドシア推定部18は、ブレード24の曲げモーメントの統計量、風速、大気密度の平均値を入力として、これらの値とウィンドシアの強弱を表す冪指数αWSとの関係を定義するウィンドシア関数33を用いることにより、所定時間ごとに冪指数αWSの推定値を出力する。本実施例では、ウィンドシア推定部18への入力として、曲げモーメント、風速、大気密度を用いているが、冪指数αWSの推定精度低下を許容できる場合には、曲げモーメントのみを入力としても良く、曲げモーメントに加えて風速または大気密度の一方を用いても良い。また、風速に代えて風速に対応して変化する他の物理量を用いても良い。例えば、発電量やピッチ角、ロータ回転数などを用いることができる。
The wind
風況推定装置32によるウィンドシアの推定原理は、以下の点を除いて実施例1と同様である。すなわち、ウィンドシアによってブレード24に作用するスラスト力は図5に示すように、アジマス角に応じて変化するため、ひずみセンサ7で計測される曲げモーメントもアジマス角に応じて変化する。従って、ロータ25が一回転する間にブレード24作用する曲げモーメントの変動幅を、標準偏差や最大振幅を用いて表すことで、冪指数αWSを推定できる。また、一回転での曲げモーメントの変動幅を用いなくても、あるアジマス角での曲げモーメントの値の大小から冪指数αWSを推定することもできる。例えば、図5に示すようにブレード24がハブ23の真上に位置するときの曲げモーメントやスラスト力は、冪指数αWSの増加に伴って単調増加するため、これらの値から冪指数αWSを推定できる。なお、ロータ25を構成する全てのブレード24にひずみセンサ7を取り付けて、各ブレード24の曲げモーメントからハブ23の中心でのモーメントを計算によって求める場合には、実施例1と同様の原理でウィンドシアを推定できる。
The principle of wind shear estimation by the wind
なお、ブレード24が水平となるときの曲げモーメントを用いれば、水平方向のウィンドシアを推定することもでき、高さ方向、水平方向のウィンドシアを同時に推定しても良い。また、推定したウィンドシアを、上述の実施例2の信頼性評価装置40、実施例3の制御装置31bの入力としても良い。
By using the bending moment when the
以上の通り本実施例によっても、風力発電装置の荷重を計測することにより、簡易な構成にて、ウィンドシアを高精度に推定することが可能となる。 As described above, also in this embodiment, by measuring the load of the wind power generation device, it is possible to estimate the wind shear with high accuracy with a simple configuration.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
1…風力発電システム
2…風力発電装置
3…運転管理センター
4…電子端末
5…通信ネットワーク
6…ピッチ角制御機構
7…ひずみセンサ
8…風速計
9…温度計
10…気圧計
11…風速分布
12…風速計測部
13…荷重計測部
14…温度計測部
15…気圧計測部
16,16a,16b…記憶部
17…大気密度計算部
18…ウィンドシア推定部
19…風速分布計算部
21…タワー
22…ナセル
23…ハブ
24…ブレード
25…ロータ
26…主軸
27…増速機
28…発電機
29…メインフレーム
30…電力変換器
31,31a,31b…制御装置
32…風況推定装置
33…ウィンドシア関数
34…入力I/F
35…出力I/F
36…通信I/F
37…内部バス
40…信頼性評価装置
41…運転条件取得部
42…荷重計算部
43…設計情報
44…信頼性評価部
45…情報出力部
51…制御量計算部
52…制御情報
61…水平方向の風速分布
1 ... Wind
35 ... Output I / F
36 ... Communication I / F
37 ...
Claims (15)
前記制御装置は、
風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、前記荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、前記荷重及び前記大気密度の平均値並びにウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算するウィンドシア推定部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする風力発電装置。 It comprises at least a wind power generator having a rotor and a nacelle and a tower that rotatably supports the nacelle, and a control device for controlling the wind power generator.
The control device is
A load measuring unit that measures the load applied to the wind power generator, a storage unit that stores the wind shear function that defines the relationship between the load and the wind shear, and an atmospheric density using a gas state equation from temperature and pressure. A wind shear estimation device having an atmospheric density calculation unit for calculating the average value of the atmospheric density and a wind shear estimation unit for calculating the wind shear based on the load, the average value of the atmospheric density, and the wind shear function. A wind shear device that is characterized by that.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき高さ方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generation device according to claim 1,
The wind shear estimation unit is characterized in that a wind shear function stored in the storage unit and wind shear, which is a wind speed distribution in the height direction, are calculated based on the load input from the load measuring unit. Power generator.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき水平方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generation device according to claim 1,
The wind shear estimation unit calculates wind shear, which is a horizontal wind speed distribution, based on the wind shear function stored in the storage unit and the load input from the load measuring unit. Device.
前記制御装置は、
前記高さ方向の風速分布であるウィンドシアを用いて、前記風力発電装置の信頼性を評価する信頼性評価装置を有することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generation device according to claim 2,
The control device is
A wind power generation device comprising a reliability evaluation device for evaluating the reliability of the wind power generation device using wind shear which is a wind speed distribution in the height direction.
前記荷重計測部は、前記タワーに付加される荷重を計測することを特徴とする風力発電置。 In the wind power generation device according to claim 2 or claim 3.
The load measuring unit is a wind power generator that measures the load applied to the tower.
前記荷重計測部は、前記風力発電装置に付加される荷重として、ひずみまたは加速度を計測することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generation device according to claim 2 or claim 3.
The load measuring unit is a wind power generation device that measures strain or acceleration as a load applied to the wind power generation device.
前記制御装置は、
風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、前記荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、前記荷重及び前記大気密度の平均値並びにウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算するウィンドシア推定部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする風力発電システム。 It is provided with at least one wind power generation device, a control device for controlling the wind power generation device, an electronic terminal having a display device, and a communication network for connecting these to each other so as to be communicable.
The control device is
A load measuring unit that measures the load applied to the wind power generator, a storage unit that stores the wind shear function that defines the relationship between the load and the wind shear, and an atmospheric density using a gas state equation from temperature and pressure. A wind shear estimation device having an atmospheric density calculation unit for calculating the average value of the atmospheric density and a wind shear estimation unit for calculating the wind shear based on the load, the average value of the atmospheric density, and the wind shear function. A wind shear system characterized by that.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき高さ方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 7.
The wind shear estimation unit calculates wind shear, which is a wind speed distribution in the height direction, based on the wind shear function stored in the storage unit and the load input from the load measuring unit via the communication network. A wind power generation system characterized by that.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき水平方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 7.
The wind shear estimation unit calculates wind shear, which is a horizontal wind speed distribution, based on the wind shear function stored in the storage unit and the load input from the load measuring unit via the communication network. A wind power generation system featuring.
前記制御装置は、
前記高さ方向の風速分布であるウィンドシアを用いて、前記風力発電装置の信頼性を評価する信頼性評価装置を有することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 8,
The control device is
A wind power generation system comprising a reliability evaluation device for evaluating the reliability of the wind power generation device by using the wind shear which is the wind speed distribution in the height direction.
前記荷重計測部は、前記風力発電装置のタワーに付加される荷重を計測することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 8 or 9.
The load measuring unit is a wind power generation system characterized by measuring a load applied to a tower of the wind power generation device.
前記荷重計測部は、前記風力発電装置に付加される荷重として、ひずみまたは加速度を計測することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 8 or 9.
The load measuring unit is a wind power generation system characterized by measuring strain or acceleration as a load applied to the wind power generation device.
前記制御装置は、風力発電装置に付加される荷重を計測する荷重計測部と、温度と気圧から気体の状態方程式を用いて大気密度を計算し、大気密度の平均値を求める大気密度計算部と、を有し、
前記電子端末は、荷重とウィンドシアとの関係を定義するウィンドシア関数を格納する記憶部と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重及び前記大気密度計算部から入力される大気密度の平均値並びに前記記憶部に格納されるウィンドシア関数に基づきウィンドシアを計算するウィンドシア推定部とを有する風況推定装置を備えることを特徴とする風力発電システム。 It is provided with at least one wind power generation device, a control device for controlling the wind power generation device, an electronic terminal having a display device, and a communication network for connecting these to each other so as to be communicable.
The control device includes a load measuring unit that measures the load applied to the wind power generation device, and an atmospheric density calculation unit that calculates the atmospheric density from the temperature and pressure using the equation of state of the gas and obtains the average value of the atmospheric density. , Has,
The electronic terminal is input from a storage unit that stores a wind shear function that defines a relationship between a load and a wind shear, and a load input from the load measurement unit and an atmospheric density calculation unit via the communication network. A wind power generation system including a wind shear estimation device having a wind shear estimation unit that calculates wind shear based on an average value of atmospheric densities and a wind shear function stored in the storage unit.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき高さ方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 13,
The wind shear estimation unit calculates wind shear, which is a wind speed distribution in the height direction, based on the wind shear function stored in the storage unit and the load input from the load measuring unit via the communication network. A wind power generation system characterized by that.
前記ウィンドシア推定部は、前記記憶部に格納されるウィンドシア関数と、前記通信ネットワークを介して前記荷重計測部から入力される前記荷重に基づき水平方向の風速分布であるウィンドシアを計算することを特徴とする風力発電システム。 In the wind power generation system according to claim 13,
The wind shear estimation unit calculates wind shear, which is a horizontal wind speed distribution, based on the wind shear function stored in the storage unit and the load input from the load measuring unit via the communication network. A wind power generation system featuring.
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