JP2016008538A - Condition monitoring system and wind power generation system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は状態監視システムおよびそれを用いた風力発電システムに関し、特に、風力発電装置を構成する機器の状態を監視する状態監視システムと、それを用いた風力発電システムに関する。 The present invention relates to a state monitoring system and a wind power generation system using the state monitoring system, and more particularly to a state monitoring system for monitoring the state of equipment constituting a wind power generation apparatus and a wind power generation system using the state monitoring system.
たとえば特許文献1には、風力発電装置の機械要素の状態を監視する状態監視システム(CMS:Condition Monitoring System)が開示されている。この状態監視装置は、機械要素に設けられた振動センサの信号を取り込み、定格運転時の振動状態を表す状態量(以降、診断パラメータと称す)の経時的な変化を長期間に亘って記録し、この診断パラメータの上昇率や変化の特徴に基づいて機械要素が異常か否かを判定する。
For example,
しかし、従来の状態監視システムでは、風力発電装置のナセルの回転に伴って診断パラメータが大きく変動し、機械要素が異常か否かを判別するためのしきい値を比較的高い値に設定する必要があるので、異常検知が遅れるという問題があった。異常検知が遅れると、正常な他の機械要素も損傷したり、補修部品の入手時期が遅れ、風車を運転停止時間が延びてしまう。 However, in the conventional state monitoring system, the diagnostic parameter greatly fluctuates with the rotation of the nacelle of the wind turbine generator, and it is necessary to set a threshold value for determining whether or not the mechanical element is abnormal to a relatively high value. As a result, there was a problem that anomaly detection was delayed. If the abnormality detection is delayed, other normal machine elements are damaged, the time for obtaining repair parts is delayed, and the wind turbine operation stop time is extended.
それゆえに、この発明の主たる目的は、風力発電装置の異常を迅速に検出することが可能な状態監視システムと、それを用いた風力発電システムとを提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a state monitoring system capable of quickly detecting an abnormality of a wind turbine generator and a wind turbine system using the same.
この発明に係る状態監視システムは、風力発電装置を構成する機器の状態を監視する状態監視システムであって、機器の状態を検出する第1の検出器と、第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、診断パラメータに基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置と、機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備えたものである。風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、ナセルを回転可能に支持するタワーと、ブレードが風上に向くようにナセルを回転させる駆動装置とを含む。ナセルの回転に伴って診断パラメータが変動し、ナセルが回転していない期間が診断パラメータの有効期間とされる。モニタ装置は、診断前の第1の期間における診断パラメータを監視側制御装置へ送信し、監視側制御装置は、第1の期間のうちの有効期間の診断パラメータに基づいて、機器の異常を診断するためのしきい値を生成する。モニタ装置は、第1の期間経過後の第2の期間に診断パラメータを監視側制御装置に送信し、監視側制御装置は、第2の期間のうちの有効期間の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断し、監視用端末装置に診断の結果を送信する。 The state monitoring system according to the present invention is a state monitoring system that monitors the state of the equipment that constitutes the wind turbine generator, and includes a first detector that detects the state of the equipment, and a detection result of the first detector. A monitoring device that generates a diagnostic parameter based on the monitoring parameter; a monitoring control device that diagnoses an abnormality of the device based on the diagnostic parameter; and a monitoring terminal device that monitors the state of the device. The wind turbine generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of the main shaft, a nacelle that houses a generator that converts the rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and a blade that faces the wind. And a driving device for rotating the nacelle. The diagnostic parameter varies with the rotation of the nacelle, and the period during which the nacelle is not rotating is the effective period of the diagnostic parameter. The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before diagnosis to the monitoring-side control device, and the monitoring-side control device diagnoses the abnormality of the device based on the diagnosis parameter of the effective period in the first period. Generate a threshold for The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring side control device in the second period after the first period has elapsed, and the monitoring side control device sets the diagnostic parameter and threshold value in the effective period of the second period. Based on this, it is diagnosed whether or not the device is abnormal, and the diagnosis result is transmitted to the monitoring terminal device.
また、この発明に係る他の状態監視システムは、風力発電装置を構成する機器の状態を監視する状態監視システムであって、機器の状態を検出する第1の検出器と、第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、診断パラメータに基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置と、機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備えたものである。風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、ナセルを回転可能に支持するタワーと、ブレードが風上に向くようにナセルを回転させる駆動装置とを含む。ナセルの回転に伴って診断パラメータが変動し、ナセルの回転角速度の大きさの予め定められた時間内の平均値が予め定められた値よりも小さな期間が診断パラメータの有効期間とされる。モニタ装置は、診断前の第1の期間における診断パラメータを監視側制御装置へ送信し、監視側制御装置は、第1の期間のうちの有効期間の診断パラメータに基づいて、機器の異常を診断するためのしきい値を生成する。モニタ装置は、第1の期間経過後の第2の期間に診断パラメータを監視側制御装置に送信し、監視側制御装置は、第2の期間のうちの有効期間の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断し、監視用端末装置に診断の結果を送信する。 Further, another state monitoring system according to the present invention is a state monitoring system for monitoring the state of the equipment constituting the wind turbine generator, the first detector for detecting the state of the equipment, and the first detector A monitoring device that generates a diagnostic parameter based on the detection result, a monitoring-side control device that diagnoses an abnormality of the device based on the diagnostic parameter, and a monitoring terminal device that monitors the state of the device. is there. The wind turbine generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of the main shaft, a nacelle that houses a generator that converts the rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and a blade that faces the wind. And a driving device for rotating the nacelle. The diagnostic parameter varies with the rotation of the nacelle, and a period in which the average value of the magnitude of the rotational angular velocity of the nacelle within a predetermined time is smaller than the predetermined value is set as the effective period of the diagnostic parameter. The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before diagnosis to the monitoring-side control device, and the monitoring-side control device diagnoses the abnormality of the device based on the diagnosis parameter of the effective period in the first period. Generate a threshold for The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring side control device in the second period after the first period has elapsed, and the monitoring side control device sets the diagnostic parameter and threshold value in the effective period of the second period. Based on this, it is diagnosed whether or not the device is abnormal, and the diagnosis result is transmitted to the monitoring terminal device.
また、この発明に係るさらに他の状態監視システムは、風力発電装置を構成する機器の状態を監視する状態監視システムであって、機器の状態を検出する第1の検出器と、第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、診断パラメータに基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置と、機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備えたものである。風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、ナセルを回転可能に支持するタワーと、ブレードが風上に向くようにナセルを回転させる駆動装置とを含む。ナセルの回転角速度に応じて診断パラメータが変動する。モニタ装置は、診断前の第1の期間における診断パラメータを監視側制御装置へ送信し、監視側制御装置は、ナセルの回転角速度に応じた診断パラメータの変動分が小さくなるように第1の期間の診断パラメータをナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の診断パラメータに基づいて、機器の異常を診断するためのしきい値を生成する。モニタ装置は、第1の期間経過後の第2の期間に診断パラメータを監視側制御装置に送信し、監視側制御装置は、ナセルの回転角速度に応じた診断パラメータの変動分が小さくなるように第2の期間の診断パラメータをナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断し、監視用端末装置に診断の結果を送信する。 Still another state monitoring system according to the present invention is a state monitoring system for monitoring the state of the equipment constituting the wind turbine generator, the first detector for detecting the state of the equipment, and the first detection Provided with a monitor device for generating diagnostic parameters based on the detection result of the device, a monitoring control device for diagnosing device abnormality based on the diagnostic parameters, and a monitoring terminal device for monitoring the state of the device It is. The wind turbine generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of the main shaft, a nacelle that houses a generator that converts the rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and a blade that faces the wind. And a driving device for rotating the nacelle. The diagnostic parameter varies depending on the rotational angular velocity of the nacelle. The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before diagnosis to the monitoring-side control device, and the monitoring-side control device performs the first period so that the fluctuation amount of the diagnosis parameter according to the rotational angular velocity of the nacelle becomes small. Are corrected according to the rotational angular velocity of the nacelle, and a threshold value for diagnosing an abnormality of the device is generated based on the corrected diagnostic parameter. The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring control device in the second period after the first period has elapsed, and the monitoring control device reduces the variation of the diagnostic parameter according to the rotational angular velocity of the nacelle. The diagnostic parameter of the second period is corrected according to the rotational angular velocity of the nacelle, whether the device is abnormal based on the corrected diagnostic parameter and threshold value, and the result of the diagnosis is transmitted to the monitoring terminal device To do.
また、この発明に係る風力発電システムは、上記状態監視システムと風力発電装置とを備えたものである。 A wind power generation system according to the present invention includes the state monitoring system and the wind power generation apparatus.
この発明に係る状態監視システムでは、風力発電装置のナセルが停止している期間が診断パラメータの有効期間とされ、診断前の第1の期間のうちの有効期間の診断パラメータに基づいてしきい値を生成し、その後の第2の期間のうちの有効期間の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断する。したがって、従来よりも診断パラメータのしきい値を低く設定することができ、風力発電装置の異常を迅速に検出することができる。 In the state monitoring system according to the present invention, the period during which the nacelle of the wind turbine generator is stopped is set as the effective period of the diagnostic parameter, and the threshold value is set based on the diagnostic parameter of the effective period in the first period before the diagnosis. , And whether or not the device is abnormal is diagnosed based on the diagnostic parameter and threshold value in the effective period of the second period thereafter. Therefore, the threshold value of the diagnostic parameter can be set lower than before, and the abnormality of the wind turbine generator can be detected quickly.
また、この発明に係る他の状態監視システムでは、風力発電装置のナセルの回転角速度の大きさの予め定められた時間内の平均値が予め定められた値よりも小さな期間が診断パラメータの有効期間とされ、診断前の第1の期間のうちの有効期間の診断パラメータに基づいてしきい値を生成し、その後の第2の期間のうちの有効期間の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断する。したがって、従来よりも診断パラメータのしきい値を低く設定することができ、風力発電装置の異常を迅速に検出することができる。 Further, in another state monitoring system according to the present invention, the period during which the average value of the rotational angular velocity of the nacelle of the wind turbine generator is smaller than the predetermined value is the effective period of the diagnostic parameter. The threshold value is generated based on the diagnostic parameter of the effective period in the first period before diagnosis, and the device is based on the diagnostic parameter and threshold value of the effective period in the second period thereafter. Diagnose whether or not is abnormal. Therefore, the threshold value of the diagnostic parameter can be set lower than before, and the abnormality of the wind turbine generator can be detected quickly.
また、この発明に係るさらに他の状態監視システムでは、第1の期間の診断パラメータをナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の診断パラメータに基づいてしきい値を生成し、その後の第2の期間の診断パラメータをナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の診断パラメータとしきい値とに基づいて機器が異常か否かを診断する。したがって、従来よりも診断パラメータのしきい値を低く設定することができ、風力発電装置の異常を迅速に検出することができる。
In yet another state monitoring system according to the present invention, the diagnostic parameter of the first period is corrected according to the rotational angular velocity of the nacelle, a threshold is generated based on the corrected diagnostic parameter, and the subsequent first The diagnostic parameter of
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in a figure, and the description is not repeated.
[実施の形態1]
<状態監視システムの全体構成>
図1は、本実施の形態1の状態監視システムの全体構成を概略的に示した図である。図1を参照して、状態監視システムは、モニタ装置80と、データサーバ(監視側制御装置)330と監視用端末340とを備える。
[Embodiment 1]
<Overall configuration of status monitoring system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of the state monitoring system according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the state monitoring system includes a
モニタ装置80は後述するセンサ70A〜70I(図2)を含み、センサの検出値から実効値、ピーク値、クレストファクター、エンベロープ処理後の実効値、エンベロープ処理後のピーク値等を算出し、インターネット320を介してデータサーバ330へ送信する。
The
ここでは、モニタ装置80とデータサーバ330との通信は有線によって行われるとして説明したが、これに限定されることなく、無線によって通信が行われてもよい。
Here, the communication between the
データサーバ330と監視用端末340とは、たとえば社内LAN(Local Area Network)によって接続される。監視用端末340は、データサーバ330が受信した測定データを閲覧したり、測定データの詳細な解析を行なったり、モニタ装置の設定を変更したり、風力発電装置の各機器の状態を表示するために設けられている。
The
<風力発電装置の構成>
図2は、風力発電装置10の構成を概略的に示した図である。図2を参照して、風力発電装置10は、主軸20と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸受60と、ナセル90と、タワー100とを備える。また、風力発電装置10は、センサ70A〜70Hと、モニタ装置80とを備える。増速機40、発電機50、主軸受60、センサ70A〜70I、およびモニタ装置80は、ナセル90に格納され、ナセル90は、タワー100によって支持される。
<Configuration of wind power generator>
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the
主軸20は、ナセル90内に挿入されて増速機40の入力軸に接続され、主軸受60によって回転自在に支持される。そして、主軸20は、風力を受けたブレード30により発生する回転トルクを増速機40の入力軸へ伝達する。ブレード30は、主軸20の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸20に伝達する。
The
主軸受60は、ナセル90内において固設され、主軸20を回転自在に支持する。主軸受60は、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
The
センサ70A〜70Iは、ナセル90の内部の各機器などに固設される。具体的には、センサ70Aは、主軸受60の上面に固設され、主軸受60の状態を監視する。センサ70B〜70Dは、増速機40の上面に固設され、増速機40の状態を監視する。センサ70E,70Fは、発電機50の上面に固設され、発電機50の状態を監視する。センサ70Gは、主軸受60に固設され、ミスアライメントとナセル90の異常振動を監視する。センサ70Hは主軸受60に固設され、アンバランスとナセルの異常振動を監視する。センサ70Iは、ナセル90の床面に固設され、ナセル90の回転角速度を検出する。センサ70Iは、たとえば、素子を振動させて素子に加わるコリオリの力から角速度を検出するジャイロセンサを含む。
The sensors 70 </ b> A to 70 </ b> I are fixed to each device inside the
増速機40は、主軸20と発電機50との間に設けられ、主軸20の回転速度を増速して発電機50へ出力する。一例として、増速機40は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機40内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機50は、増速機40の出力軸に接続され、増速機40から受ける回転トルクによって発電する。発電機50は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機50内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
The
ナセル回転機構は、ナセル90側に取り付けられたナセル向き変更用の駆動装置124と、駆動装置124の回転軸に嵌合されたピニオンギヤによって回転されるリングギヤ126とを含む。リングギヤ126はタワー100に固定された状態に取り付けられている。
The nacelle rotation mechanism includes a nacelle direction changing
ナセル回転機構は、ナセル90を回転させてナセル90の向きを変更(調整)する。ここで、ナセル90とタワー100の境界部には、ナセル支持用の軸受122が設けられている。、ナセル90は軸受122によって支持され、軸受122の回転軸を中心として回転する。このようなタワー100の中心軸回りのナセル90の回転をヨー(yaw)運動またはヨーイング(yawing)という。
The nacelle rotation mechanism changes (adjusts) the direction of the
モニタ装置80は、ナセル90の内部に設けられ、センサ70A〜70Iが検出した各機器の振動、音、AE(Acoustic emission)、ナセル90の回転角速度等のデータを受ける。なお、図示はしていないが、センサ70A〜70Iとモニタ装置80とは、有線ケーブルで接続されている。
The
監視用端末340には、少なくとも、データサーバ330に格納されている測定データの閲覧、測定データの詳細な解析、モニタ装置80の設定変更、風力発電装置10の各機器の状態の表示を実行するプログラムが予め格納されている。監視用端末340の画面には、風力発電装置10の専門家が判断するのに役立つ風力発電装置10の各機器についてのデータが表示される。
The
なお、監視用端末340を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本発明の本質的な部分は、記憶媒体に格納された上述したソフトウェア(プログラム)であるともいえる。
In addition, each component which comprises the
<診断パラメータと故障モードの関係>
図3は、本実施の形態1に用いられる各種のデータの関係を説明するための図である。図3では、風力発電装置10の部位(構成要素)と、故障モードと、センサと、センサの測定データから算出される診断パラメータとの関係が示されている。
<Relationship between diagnostic parameters and failure mode>
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between various data used in the first embodiment. In FIG. 3, the relationship between the site | part (component) of the
具体的には、図2、図3の示すように、主軸受60については、主軸受60に固設された高周波用振動センサ70Aにより測定されたデータからモニタ装置80により、診断パラメータとして実効値を算出し、算出した実効値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に主軸受60が軸受損傷していることが表示される。
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, for the
また、主軸受60については、主軸受60の半径方向振動を測定するように付けた低周波用振動センサ70Hにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして1次回転周波数成分、2次回転周波数成分、3次回転周波数成分を算出し、算出した各値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に主軸受60がアンバランスであることが表示される。
Further, for the
さらに、主軸受60については、主軸の軸方向振動を測定するように付けた低周波用振動センサ70Gにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして1次回転周波数成分、2次回転周波数成分、3次周波数成分を算出し、算出した各値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に主軸受60がミスアライメントであることが表示される。
Further, for the
さらに、増速機40については、高周波用振動センサ70B〜70Dにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして実効値を算出し、算出した実効値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に増速機40が軸受損傷していることが表示される。
Further, for the
さらに、増速機40については、高周波用振動センサ70B〜70Dにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして歯車の1次かみ合い周波数成分、2次かみ合い周波数成分、3次かみ合い周波数成分を算出し、算出した各値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に増速機40が歯車損傷していることが表示される。
Further, for the
さらに、発電機50については、高周波用振動センサ70E,70Fにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして実効値を算出し、算出した実効値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340に発電機50が軸受損傷していることが表示される。
Furthermore, for the
さらに、ナセル90については、主軸の半径方向振動を測定するように付けた低周波用振動センサ70Hにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして低周波振動成分を算出し、算出した値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340にナセル90が異常振動していることが表示される。
Further, for the
また、ナセル90については、主軸の軸方向振動を測定するように付けた低周波用振動センサ70Gにより、測定されたデータからモニタ装置80により診断パラメータとして低周波振動成分を算出し、算出した値が対応するしきい値を越えている場合には、監視用端末340にナセル90が異常振動していることが表示される。
Further, for the
また、回転角度センサ70Iによってナセル90の回転角速度ω(rad/s)を検出する。ナセル90の回転に伴ってセンサ70A〜70Hの測定データが変動するので、ナセル90の回転角速度ωが0である期間(すなわち、ナセル90が回転していない期間)が診断パラメータの有効期間とされる。
Further, the rotational angular velocity ω (rad / s) of the
上記測定項目は、理解を容易にするために、一部を取り出したものであって、これに限定されることはない。振動センサ、AEセンサ、温度センサ、音センサの測定データから、統計的手法を用いて、実効値、ピーク値、平均値、クレストファクター、エンベロープ処理後の実効値、エンベロープ処理後のピーク値を算出し、対応するしきい値と比較して、風力発電装置10の機器の状態を把握し、監視用端末340に機器の状態を表示しても構わない。
The above measurement items are partly taken out for easy understanding, and are not limited thereto. Calculates effective value, peak value, average value, crest factor, effective value after envelope processing, and peak value after envelope processing from measurement data of vibration sensor, AE sensor, temperature sensor, and sound sensor using statistical methods Then, the state of the device of the wind
<状態監視システムの動作>
本実施の形態1の状態監視システムの動作について以下に説明する。状態監視システムは、風力発電装置10の診断運転条件を設定するための基礎データ収集期間での処理(図4参照)と、基礎データ収集期間経過後、診断運転条件を満たす運転測定データが異常か否かを判断するしきい値を生成する学習期間での処理(図5参照)と、学習期間経過後、風力発電装置10の実際の運用が行われ、学習期間に生成されたしきい値を用いて風力発電装置10の状態を監視する運用期間での処理(図6参照)とから構成される。
<Operation of the status monitoring system>
The operation of the state monitoring system according to the first embodiment will be described below. The state monitoring system performs processing during the basic data collection period for setting the diagnostic operation conditions of the wind turbine generator 10 (see FIG. 4), and whether the operation measurement data satisfying the diagnostic operation conditions is abnormal after the basic data collection period has elapsed. Processing in the learning period for generating a threshold value for determining whether or not (see FIG. 5), and after the learning period has elapsed, the
(基礎データ収集期間での処理)
基礎データ収集期間とは、風力発電装置10の診断運転条件を決定するために必要な基礎データを収集する期間である。この基礎データ収集期間での処理について説明する。
(Processing during the basic data collection period)
The basic data collection period is a period in which basic data necessary for determining the diagnostic operation conditions of the
図4は、基礎データ収集期間での処理を説明するためのフローチャートである。図4を参照して、風力発電装置10の動作が開始されると、ステップS1において、担当者によって監視用端末340から基礎データ収集指令がデータサーバ330に送信されると、データサーバ330を通して、モニタ装置80に基礎データ収集指令が送信される(ステップS2)。モニタ装置80は、基礎データ収集指令を受けると風力発電装置10の各機器の振動等の各種データ(以下、測定データという。)と、ブレード30の回転速度、ナセル90の回転角速度ω、および発電電流の各種のデータ(以下、運転条件データという。)を同時に収集し(ステップS3)、振動等の各種データである測定データから診断パラメータを算出し(ステップS4)、この診断パラメータ、測定データおよび運転条件データをデータサーバ330に送信する(ステップS5)。
FIG. 4 is a flowchart for explaining processing in the basic data collection period. Referring to FIG. 4, when the operation of
データサーバ330は診断パラメータ、測定データおよび運転条件データを受信し、それらのうちの有効期間分を記憶部に格納する(ステップS6)。ここで、有効期間とは、ナセル90が回転していない期間である。この測定データおよび運転条件データの測定(ステップS3)、診断パラメータの算出(ステップS4)、データサーバ330への送信(ステップS5)およびデータサーバ330における記憶部への格納(ステップS6)の処理は、モニタ装置80が監視用端末340から基礎データ収集終了指令を受信するステップS7まで続けられる(ステップS7;NO)。
The
なお、運転条件データは、回転速度、発電電流に限定されることなく、風速、発電機軸のトルクなど風力発電装置10の運転状態を特徴づける物理量も含まれる。
The operating condition data is not limited to the rotational speed and the generated current, but also includes physical quantities that characterize the operating state of the
また、測定データは、振動に限定されることなく、AE、温度、音響など機器の状態を示す物理量も含まれる。 The measurement data is not limited to vibration, and includes physical quantities indicating the state of the device such as AE, temperature, and sound.
担当者が監視用端末340から基礎データ収集の終了を指示する場合(ステップS91;YES)には、監視用端末340から基礎データ収集終了指令がデータサーバ330に送信される(ステップS9)。すると上述したようにモニタ装置80は、基礎データを収集することを終了し処理が終了する(ステップS7;YES)。同時にデータサーバ330は基礎データ収集期間に収集した全ての診断パラメータ、測定データおよび運転条件データを監視用端末340に送信する(ステップS10)。なお、担当者が監視用端末340から基礎データ収集の終了を指示しない場合(ステップS91;NO)には、処理がそのまま終了する。
When the person in charge instructs the end of basic data collection from the monitoring terminal 340 (step S91; YES), a basic data collection end command is transmitted from the
監視用端末340では、診断パラメータ、測定データおよび運転条件データを表示し(ステップS11)、担当者はその診断パラメータと運転条件データを見て、診断運転条件を指定する(ステップS12)。ここで診断運転条件は、状態監視システムが診断する運転条件である。たとえば、診断運転条件を、主軸の回転速度が12rpmから17rpmであり、かつ、発電電流が300Aから1000Aと指定した場合、回転速度、発電電流の各種のデータ(運転条件データ)を測定し、風力発電装置10の主軸の回転速度が12rpmから17rpmの範囲にあり、かつ、発電電流が300Aから1000Aの範囲にあれば、運転条件と診断運転条件を満たすために、同時に測定した測定データから診断パラメータを算出し、診断パラメータに対応するしきい値と比較して診断する。なお、運転条件が診断運転条件を満たさない場合は、風力発電装置10の各機器の状態の診断を実施しない。なお、診断運転条件は複数個指定できる。
The
監視用端末340において、指定された診断運転条件をデータサーバ330に送信し(ステップS13)、データサーバ330は診断運転条件を記憶部に格納する(ステップS14)。以上で、基礎データ収集期間での監視用端末340、データサーバ330の処理が終了する。
In the
(学習期間での処理)
学習期間とは、上述した風力発電装置10の診断運転条件を決定するために必要な基礎データ収集期間経過後に、風力発電装置10の各機器の状態を判断するためのしきい値を生成する期間である。この学習期間での処理について説明する。
(Processing during the learning period)
The learning period is a period for generating a threshold value for determining the state of each device of the
図5は、風力発電装置10の学習期間での処理を説明するためのフローチャートである。図5を参照して、担当者が監視用端末340において学習開始を指示すると、監視用端末340から学習開始指令がデータサーバ330に送信され(ステップS15)、データサーバ330は、学習開始指令を受けて、記憶部に格納されている診断運転条件を読出し、モニタ装置80に送信し(ステップS16)、モニタ装置80は、診断運転条件を受信し(ステップS17)、測定データと運転条件データを同時に測定し(ステップS18)、モニタ装置80は、振動等の各種データである測定データから診断パラメータを算出する(ステップS19)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining processing in the learning period of the
現在の運転条件が診断運転条件を満足する場合は、診断パラメータ、測定データおよび運転条件データをデータサーバ330に送信する(ステップS20)。データサーバ330は、診断パラメータ、測定データおよび運転条件データを受信し、それらのうちの有効期間分を記憶部に格納する。ここで、有効期間とは、ナセル90が回転していない期間である。測定データおよび運転条件データの測定(ステップS18)、診断パラメータの算出(ステップS19)、データサーバ330への送信(ステップS20)およびデータサーバ330における記憶部への格納(ステップS22)の処理は、モニタ装置80が監視用端末340から学習終了指令を受信するステップS21まで続けられる(ステップS21;NO)。
If the current operating condition satisfies the diagnostic operating condition, the diagnostic parameter, measurement data, and operating condition data are transmitted to the data server 330 (step S20). The
担当者が監視用端末340から学習の終了を指示する場合(ステップS241;YES)には、監視用端末340から学習終了指令がデータサーバ330に送信される(ステップS24)。データサーバ330は、モニタ装置80に学習終了指令を送信し(ステップS23)、モニタ装置80は測定データおよび運転条件データの収集を終了し処理が終了する(ステップS21;YES)。同時にデータサーバ330は、記憶部に格納された診断パラメータの統計的演算により、診断運転条件ごとに診断パラメータのしきい値を自動的に生成する(ステップS25)。しきい値はデータサーバ330の記憶部に格納し、監視用端末340に送信する(ステップS26)。監視用端末340はしきい値を受信し、モニタ等の表示部に表示し(ステップS27)、担当者はしきい値を確認できる。以上で、学習期間でのデータサーバ330、モニタ装置80の処理が終了する。なお、担当者が監視用端末340から学習の終了を指示しない場合(ステップS241;NO)には、処理がそのまま終了する。
When the person in charge instructs the end of learning from the monitoring terminal 340 (step S241; YES), a learning end instruction is transmitted from the
なお、しきい値を生成するための基礎データ収集期間および学習期間は、任意に変更できる。 Note that the basic data collection period and the learning period for generating the threshold value can be arbitrarily changed.
風力発電装置10の各機器が正常状態である場合の測定データを用いて、しきい値は各風力発電装置10の各機器ごと、各診断運転条件ごとに生成される。
The threshold value is generated for each device of each
ここでは、理解を容易にするために、具体例として、ある診断運転条件下において一台の風力発電装置10の一つの機器について2段階のしきい値が生成される場合について以下、具体的に説明する。
Here, in order to facilitate understanding, as a specific example, a case where a two-stage threshold value is generated for one device of one
ステップS22で記憶部に格納された診断パラメータの値は複数個あり、複数個の診断パラメータの平均値をμ0、標準偏差をσ0とする。たとえば、第一のしきい値CTをμ0+3σ0と仮定し、第二のしきい値WNを第一のしきい値の3倍と仮定する。第一のしきい値CTおよび第二のしきい値WNはそれぞれ、次式(1)(2)で示される。
CT=μ0+3σ0 …(1)
WN=3(μ0+3σ0) …(2)
このしきい値CT,WNを用いて後述する運用期間の診断パラメータを用いて、データサーバ330が風力発電装置10の各機器の状態が異常か否かを判断し、その結果が監視用端末340に表示される。たとえば、このしきい値CTを越える場合には、監視用端末340に、対応する機器の状態が異常な状態を示すたとえば「注意」などの表示がなされる。またこのしきい値WNを越える場合には、監視用端末340に、対応する機器の状態がより異常の程度が大きい状態を示すたとえば「警告」などの表示がなされる。
There are a plurality of diagnostic parameter values stored in the storage unit in step S22, and the average value of the plurality of diagnostic parameters is μ 0 and the standard deviation is σ 0 . For example, it is assumed that the first threshold value CT is μ 0 + 3σ 0 and the second threshold value WN is three times the first threshold value. The first threshold value CT and the second threshold value WN are expressed by the following equations (1) and (2), respectively.
CT = μ 0 + 3σ 0 (1)
WN = 3 (μ 0 + 3σ 0 ) (2)
Using the threshold values CT and WN, the
このように、しきい値を2段階に分けることで、しきい値CTより小さい測定データについては、専門家の判断を必要とせず、一方、しきい値WNより大きい測定データについては専門家が慎重に風力発電装置10の各機器の状態を判断することが必要となることが容易に分類でき、しきい値CTとしきい値WNとの間に測定データが当てはまる場合には、たとえば、風力発電装置10の各機器の状態の様子を見ながら、専門家に診断させるかどうかを決定できる。
In this way, by dividing the threshold value into two stages, an expert's judgment is not required for measurement data smaller than the threshold CT, while an expert requires measurement data larger than the threshold WN. When it is easy to classify that it is necessary to carefully judge the state of each device of the
このような構成を取ることにより、専門家を常時駐在させることなく、コストを削減することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to reduce costs without having a specialist stationed at all times.
なお、しきい値のレベルを2段階にして説明したが、しきい値のレベルはこれに限定されることになく、さらに複数のレベルを設定してもよい。 Although the threshold level has been described in two steps, the threshold level is not limited to this, and a plurality of levels may be set.
(運用期間での処理)
運用期間とは、学習期間経過後、風力発電装置10の実際の運用が行われ、学習期間に生成されたしきい値を用いて風力発電装置10の状態を監視する期間である。この運転期間での処理について説明する。
(Processing during the operation period)
The operation period is a period during which actual operation of the
図6は、運用期間での処理を説明するためのフローチャートである。図6を参照して、監視用端末340から、担当者によって風力発電装置10の各機器の状態の診断を開始するための指令(診断開始指令)がデータサーバ330に送信されると(ステップS30)、データサーバ330はこの診断開始指令を受け、モニタ装置80に診断運転条件が送信される(ステップS31)。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the processing in the operation period. Referring to FIG. 6, when a command (diagnosis start command) for starting diagnosis of the state of each device of
モニタ装置80は、診断運転条件を受信し(ステップS32)、風力発電装置10の各機器の振動データなどの測定データと、主軸20の回転速度、ナセル90の回転角速度ω、発電機電流などの運転条件データを同時に測定する(ステップS33)。
The
モニタ装置80は、現在の運転条件が診断運転条件を満足しているか否かを判断し(ステップS34)、満足している場合(ステップS34;YES)には、測定データから診断パラメータを計算し(ステップS35)、診断パラメータ、測定データおよび運転条件データをデータサーバ330に送信する(ステップS36)。一方、満足しない場合(ステップS34;NO)には、再度測定データおよび運転条件データを測定するステップS33に処理が戻る。
The
従って、モニタ装置は、現在の運転条件が診断運転条件を満足している場合にのみ、診断パラメータ、測定データおよび運転条件データをデータサーバ330に送信する。
Therefore, the monitor device transmits diagnostic parameters, measurement data, and operating condition data to the
データサーバ330は、これらのデータを受信する(ステップS37)。データサーバ330は、受信した診断パラメータのうちの有効期間の診断パラメータと学習期間に生成されたしきい値とに基づいて、風力発電装置10の各機器の状態を判断する。たとえば、データサーバ330は、有効期間の診断パラメータ値が第二のしきい値WNを越えていたら、診断結果をWNとし、有効期間の診断パラメータ値が第一のしきい値CTを越えていたら、診断結果をCTとする(ステップS38)。この診断結果と、有効期間の診断パラメータ値、測定データおよび運転条件データをデータサーバ330の記憶部に格納し、これらのデータを監視用端末340に送信する(ステップS39)。
The
監視用端末340は、診断結果、診断パラメータ値、測定データ、運転条件データを受信し(ステップS40)、診断結果を表示する。診断結果がWNならば「警告」と表示し、CTならば「注意」、これ以外ならば「良好」と表示する(ステップS41)。
The
また、診断結果がWNやCTの場合には、担当者にE−mailを送信することによって、確実に異常状態であることを知らせることができる。 In addition, when the diagnosis result is WN or CT, it is possible to reliably notify the person in charge of an abnormal state by transmitting an E-mail.
風力発電装置10の運転方法が変化した場合、診断運転条件やしきい値を変更する必要が発生する。このような場合も図4のステップS1からの手続きを取れば、診断運転条件を変更して、しきい値を新たに設定できる。なお、しきい値は監視用端末340から担当者によって変更が可能である。
When the operation method of the
なお、図6のステップS40において、監視用端末340が診断結果と共に診断パラメータ値、測定データを受信するので、監視用端末340は、専門家に対して評価・解析できるような最新かつ最適な測定データ等を容易に提供でき、また、この測定データ等とこれに関連するデータをモニタ(図示せず)上に同時表示可能にさせる環境を提供できる。
In step S40 of FIG. 6, since the
よって、専門家はそのモニタからの画像をもとに詳細な診断が必要か否かを容易に判断できる。 Therefore, the expert can easily determine whether or not a detailed diagnosis is necessary based on the image from the monitor.
(監視用端末のモニタに表示される測定結果)
図7は、監視用端末340のモニタに表示される診断パラメータの値の経時的な変化を示す図である。図7を参照して、縦軸に実効値が示され、横軸に過去60日間の月日が示されている。また、波形W1は、診断パラメータの一例の経時的な変化を示し、実線L1,L2は、それぞれ機器の状態が第1の状態(上述した「注意」状態)、第2の状態(上述した「警告」状態)であるしきい値を示し、波形W1と合わせて表示されている。
(Measurement results displayed on the monitor of the monitoring terminal)
FIG. 7 is a diagram showing the change over time in the value of the diagnostic parameter displayed on the monitor of the
たとえば、監視用端末340の表示部(図示せず)に、このような経時的に診断パラメータの値を表示させることにより、専門家は、9月20日付近から実効値が増加し、9月30日前には対応する機器の実効値が「注意」状態を超えていることが把握でき、この機器に対してさらなる詳細診断が必要であると判断できる。
For example, by displaying the value of the diagnostic parameter over time on the display unit (not shown) of the
なお、これらのしきい値を超えないにしても、最新の診断パラメータの値が上昇傾向にあるとか、上昇傾向にあるが、しきい値までには余裕があるなどの、先を見通した予測が可能である。 Even if these thresholds are not exceeded, the forecasts are foreseeing that the value of the latest diagnostic parameter is on the rise, or is on the rise, but there is room for the threshold. Is possible.
図8は、監視用端末340のモニタに表示されるある運転条件下での周波数スペクトルを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a frequency spectrum under certain operating conditions displayed on the monitor of the
図8の波形W2は、最新の測定データを示し、一方、波形W3は、任意の日時(過去)の正常データ周波数スペクトルを示す。なお、波形W2,W3が測定されたときの運転条件は同一である。波形W2で示される機器の状況を正確に把握するために、監視用端末340は上に波形W2と合わせて、比較として波形W3を同時に表示する。専門家が、波形W2と波形W3とを比較することにより、監視対象の機器の状態が正常状態に近いのか、異常状態に近いのかが簡易に把握でき、測定データの評価を短時間に行うことが可能である。
A waveform W2 in FIG. 8 shows the latest measurement data, while a waveform W3 shows a normal data frequency spectrum at an arbitrary date and time (past). The operating conditions when the waveforms W2, W3 are measured are the same. In order to accurately grasp the status of the device indicated by the waveform W2, the
図9は、監視用端末340のモニタに表示される測定データの振動エンベロープスペクトルを示す図である。図9を参照して周波数領域A1〜A5(斜線部)は、第1次〜第5次までの欠陥周波数(外輪欠陥周波数)に5パーセントの許容範囲を含んだ領域を示し、波形W4と同時に表示されている。
FIG. 9 is a diagram showing the vibration envelope spectrum of the measurement data displayed on the monitor of the
このような許容範囲を設けた理由は、回転速度の測定時と振動の測定時がずれたり、振動測定の初めと終わりで回転速度が変化したりすると、測定された周波数スペクトルと予め算出される欠陥周波数が異なった場合でも、風力発電装置10の各機器の状態の異常検出を可能にするためである。
The reason for providing such an allowable range is that the measured frequency spectrum and the measured frequency spectrum are calculated in advance when the rotational speed is different from the measurement time or when the rotational speed changes at the beginning and end of the vibration measurement. This is because it is possible to detect abnormality of the state of each device of the
このように予め算出された欠陥周波数に許容範囲を含ませることで、風力発電装置10の各機器の異常検出(欠陥検出)が容易となる。特に、風車の場合は回転速度が変化するため、この許容範囲を設定する際には回転速度の変化に応じて設けることが好ましい。
Thus, by including an allowable range in the defect frequency calculated in advance, abnormality detection (defect detection) of each device of the
なお、上述した欠陥周波数には、たとえば外輪が欠陥しているときに発生する周波数(外輪欠陥周波数Fo)、内輪が欠陥しているときに発生する周波数(内輪欠陥周波数Fi)、転動体が欠陥しているときに発生する周波数(転動体欠陥周波数Fb)があるが、これらについては、下記の式(3)〜式(5)によって予め算出できる。
Fo=(Fr/2)×(1−(d/D)×cosα)×z …(3)
Fi=(Fr/2)×(1+(d/D)×cosα)×z …(4)
Fb=(Fr/2)×(D/d)(1−(d/D)2×cos2α) …(5)
ここで、「Fr」は回転周波数(Hz)、「d」は転動体の直径(mm)、「D」はピッチ円直径(mm)、「α」は接触角度、「z」は転動体数を示す。また、第n次(nは自然数)の欠陥周波数は、それぞれn×Fo,n×Fi,n×Fbを計算することで求めることができる。
The above-described defect frequencies include, for example, a frequency generated when the outer ring is defective (outer ring defect frequency Fo), a frequency generated when the inner ring is defective (inner ring defect frequency Fi), and a rolling element is defective. There is a frequency (rolling element defect frequency Fb) that occurs when the rolling is performed, and these can be calculated in advance by the following equations (3) to (5).
Fo = (Fr / 2) × (1− (d / D) × cos α) × z (3)
Fi = (Fr / 2) × (1+ (d / D) × cos α) × z (4)
Fb = (Fr / 2) × (D / d) (1− (d / D) 2 × cos 2 α) (5)
Here, “Fr” is the rotation frequency (Hz), “d” is the diameter (mm) of the rolling element, “D” is the pitch circle diameter (mm), “α” is the contact angle, and “z” is the number of rolling elements. Indicates. The n-th order (n is a natural number) defect frequency can be obtained by calculating n × Fo, n × Fi, and n × Fb, respectively.
図10は、本実施の形態1の効果を示す図である。図10では、従来の診断パラメータの経時変化およびしきい値VTHAと、本実施の形態1の診断パラメータの経時変化およびしきい値VTHとが示されている。診断パラメータとしてはは、センサ70Aの測定データから算出された主軸受60の振動加速度の実効値(m/s2)が例示されている。
FIG. 10 is a diagram illustrating the effect of the first embodiment. FIG. 10 shows the time-dependent change of the diagnostic parameter and the threshold value VTHA, and the time-dependent change of the diagnostic parameter and the threshold value VTH of the first embodiment. As the diagnostic parameter, the effective value (m / s 2 ) of the vibration acceleration of the
従来は、ナセル90の回転の有無に関係なく診断パラメータを記録したので、正常時における診断パラメータの変動が大きかった。診断パラメータが異常であるか否かを判別するためのしきい値VTHAは、正常時における診断パラメータのピーク値よりも高い値に設定される必要があるので、従来は比較的高い値に設定されていた。このため、機械要素の異常検知のタイミングが遅れがちになり、異常検知が遅れている間に正常であった他の機械要素に損傷が生じたり、あるいは補修部品の入手時期が遅れることで風車が運転できない時間が延びたりしていた。
Conventionally, since diagnostic parameters are recorded regardless of whether or not the
これに対して本実施の形態1では、ナセル90が回転していない期間を診断パラメータの有効期間とし、有効期間の診断パラメータのみを記録するので、診断パラメータの変動が小さく抑えられる。したがって、しきい値VTHを比較的低い値に設定することができ、機械要素の異常を早期に検知することができる。
On the other hand, in the first embodiment, the period during which the
なお、本実施の形態1では、ジャイロセンサを含むセンサ70Iによってナセル90の回転角速度を検出し、その検出結果に基づいてナセル90が回転しているか否かを判別したが、これに限るものではなく、どのような手段でナセル90の回転角速度を検出してもよいし、どのような手段でナセル90の回転の有無を判別してもよい。
In the first embodiment, the rotational angular velocity of the
たとえば、地磁気を測定する方位センサを用いて、方位の時間変化を測定し、方位角を時間で微分してナセル90の回転角速度を求めてもよい。
For example, an azimuth sensor that measures geomagnetism may be used to measure the time variation of the azimuth, and the azimuth angle may be differentiated with time to determine the rotational angular velocity of the
また、人工衛星を利用して位置を測定するGPS(Global Positioning System)センサを用いてもよい。2個のGPSセンサを所定距離だけ離間させてナセル90に設け、2個のGPSセンサの相対位置からナセル90の方位を求め、その方位を時間で微分してナセル90の回転角速度を求めてもよい。
Also, a GPS (Global Positioning System) sensor that measures the position using an artificial satellite may be used. Even if two GPS sensors are separated from each other by a predetermined distance and provided in the
また、1個のGPSセンサを用いてナセル90が1回転する際の軌跡を記録しておき、記録した軌跡と現在の位置情報からナセル90の方位角を計算し、そのの時間微分から回転角速度を求めてもよい。
In addition, the locus when the
また、映像記録装置でナセル90の周囲の景色を記録し、その変化から回転角速度を求めてもよい。
Alternatively, the scenery around the
また、ナセル90を回転させるための駆動装置124の駆動電流および駆動電圧のうちの少なくともいずれか一方を測定し、その測定値からナセル90の回転速度を算出してもよい。
Alternatively, at least one of the drive current and the drive voltage of the
また、ナセル90を回転させるための歯車の回転を非接触の変位計で測定し、その測定値からナセル90の回転速度を算出してもよい。
Alternatively, the rotation of the gear for rotating the
また、風力発電装置を別途監視するSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)からの情報からナセル90の回転角速度を求めてもよい。
Moreover, you may obtain | require the rotation angular velocity of the
また、本実施の形態1では、ナセル90が回転していない期間を診断パラメータの有効期間としたが、ナセル90の回転角速度ωの絶対値(大きさ)の予め定めれた時間内の平均値ωaが予め定められた値ωa0よりも小さな期間を診断パラメータの有効期間としてもよい。ωaは次式(6)で表される。
In the first embodiment, the period during which the
ただし、tは時間であり、T1およびT2はそれぞれ計測開始時刻と終了時刻であり、T2−T1が予め定められた時間に設定される。ωa0は、事前に実験で求めてもよいし、風力発電装置が運転され、ナセル90の回転角速度ωを把握できる状態において、ナセル90の回転に伴う振動の増加が著しくない範囲となるように、基礎データ収集期間、学習期間などにおいて風力発電装置毎に求めてもよい。
However, t is time, T1 and T2 are measurement start time and end time, respectively, and T2-T1 is set to a predetermined time. ω a0 may be obtained by experiments in advance, or in a state where the wind power generator is operated and the rotational angular velocity ω of the
[実施の形態2]
実施の形態1では、ナセル90が回転していないか否か、あるいはナセル90の回転角速度ωの絶対値(大きさ)の所定時間内の平均値ωaが予め定められた値ωa0よりも小さいか否かに応じて、診断パラメータを有効または無効にした。しかし、風力発電装置の設置場所によっては、風向きが変わり易く、ナセル90が絶え間なく回転される場合がある。そこで、本実施の形態2の状態監視システムでは、次式(7)に従い、ナセル90の回転角速度に応じた診断パラメータの変動分が小さくなるように診断パラメータを補正する。
Vrec=Vmesmin[1,(ωa−ωa0)−B] …(7)
ここで、Vrecは記録する補正後の診断パラメータであり、Vmesは実測した補正前の診断パラメータであり、min[1,(ωa−ωa0)−B]は1と(ωa−ωa0)−Bのうちの小さい方を返す関数であり、AおよびBは定数である。AおよびBは、ωaの変化に対してVrecの値が極力変わらないように設定する必要がある。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, whether or not the
V rec = V mes min [1, (ω a −ω a0 ) −B ] (7)
Here, V rec is a diagnostic parameter after correction to be recorded, V mes is an actually measured diagnostic parameter before correction, and min [1, (ω a −ω a0 ) −B ] is 1 and (ω a − ω a0 ) −B is a function that returns the smaller one, and A and B are constants. A and B, it is necessary to set the value of V rec to changes in omega a does not change as much as possible.
ωaは上式(6)で求められる値であり、ωa0は予め定められた値である。ωa0の値は、実施の形態1と同様に実験で求めてもよいし、実際の風車の状態から決定してもよい。 ω a is a value obtained by the above equation (6), and ω a0 is a predetermined value. The value of ω a0 may be obtained by experiment as in the first embodiment, or may be determined from the actual windmill state.
図11は、状態監視システムの基礎データ収集期間での処理を説明するためのフローチャートであって、図4と対比される図である。図11が図4と異なる点は、ステップS6がステップS6Aで置換されている点である。ステップS6Aにおいてデータサーバ330は、診断パラメータ、測定データ、運転条件データを受信し、上式(7)に従って診断パラメータに補正処理を施し、補正処理後の診断パラメータと、測定データと、運転条件データとを記憶部に格納する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the processing in the basic data collection period of the state monitoring system, and is a diagram to be compared with FIG. FIG. 11 differs from FIG. 4 in that step S6 is replaced with step S6A. In step S6A, the
図12は、状態監視システムの学習期間での処理を説明するためのフローチャートであって、図5と対比される図である。図12が図5と異なる点は、ステップS22がステップS22Aで置換されている点である。ステップS22Aにおいてデータサーバ330は、診断パラメータ、測定データ、運転条件データを受信し、上式(7)に従って診断パラメータに補正処理を施し、補正処理後の診断パラメータと、測定データと、運転条件データとを記憶部に格納する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining the processing in the learning period of the state monitoring system, and is a diagram contrasted with FIG. FIG. 12 differs from FIG. 5 in that step S22 is replaced with step S22A. In step S22A, the
図13は、状態監視システムの運用期間での処理を説明するためのフローチャートであって、図6と対比される図である。図13が図6と異なる点は、ステップS37〜S39がそれぞれステップS37A〜S39Aで置換されている点である。ステップS37Aにおいてデータサーバ330は、診断パラメータ、測定データ、運転条件データを受信し、上式(7)に従って診断パラメータに補正処理を施す。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the processing during the operation period of the state monitoring system, and is a diagram to be compared with FIG. FIG. 13 differs from FIG. 6 in that steps S37 to S39 are replaced with steps S37A to S39A, respectively. In step S37A, the
ステップS38Aにおいてデータサーバ330は、補正処理後の診断パラメータと学習期間に生成されたしきい値とに基づいて、風力発電装置10の各機器の状態を判断する。たとえば、データサーバ330は、補正処理後の診断パラメータ値が第二のしきい値WNを越えていたら、診断結果をWNとし、補正処理後の診断パラメータ値が第一のしきい値CTを越えていたら、診断結果をCTとする。この診断結果と、補正処理後の診断パラメータ値と、測定データと、運転条件データとをデータサーバ330の記憶部に格納し、これらのデータを監視用端末340に送信する。他の構成および動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明は繰り返さない。
In step S38A, the
この実施の形態2では、ナセル90の回転に伴う診断パラメータの変動分を小さくすることができ、異常の早期検出に有利な厳しめのしきい値を設定することができる。このため、実施の形態1と同様に、風力発電装置10の異常の検出を迅速に行なうことができる。
In the second embodiment, it is possible to reduce the variation of the diagnostic parameter accompanying the rotation of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 風力発電装置、20 主軸、30 ブレード、40 増速機、50 発電機、60 主軸受、70A〜70I センサ、80 モニタ装置、90 ナセル、100 タワー、122 軸受、124 駆動装置、126 リングギヤ、320 インターネット、330 データサーバ、340 監視用端末。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記機器の状態を検出する第1の検出器と、
前記第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、
前記診断パラメータに基づいて前記機器の異常を診断する監視側制御装置と、
前記機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備え、
前記風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、前記主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ブレードが風上に向くように前記ナセルを回転させる駆動装置とを含み、
前記ナセルの回転に伴って前記診断パラメータが変動し、前記ナセルが回転していない期間が前記診断パラメータの有効期間とされ、
前記モニタ装置は、前記診断前の第1の期間における前記診断パラメータを前記監視側制御装置へ送信し、
前記監視側制御装置は、前記第1の期間のうちの前記有効期間の前記診断パラメータに基づいて、前記機器の異常を診断するためのしきい値を生成し、
前記モニタ装置は、前記第1の期間経過後の第2の期間に前記診断パラメータを前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記第2の期間のうちの前記有効期間の前記診断パラメータと前記しきい値とに基づいて前記機器が異常か否かを診断し、前記監視用端末装置に診断の結果を送信する、状態監視システム。 A state monitoring system for monitoring the state of equipment constituting a wind turbine generator,
A first detector for detecting a state of the device;
A monitoring device for generating a diagnostic parameter based on a detection result of the first detector;
A monitoring-side control device for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter;
A monitoring terminal device for monitoring the state of the device,
The wind power generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of a main shaft, a nacelle that houses a generator that converts rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and the blade A driving device that rotates the nacelle to face the windward,
The diagnostic parameter varies with the rotation of the nacelle, and the period during which the nacelle does not rotate is the effective period of the diagnostic parameter,
The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before the diagnosis to the monitoring side control device,
The monitoring-side control device generates a threshold value for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter of the effective period of the first period;
The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring-side control device in a second period after the first period has elapsed,
The monitoring-side control device diagnoses whether or not the device is abnormal based on the diagnostic parameter and the threshold value in the effective period of the second period, and diagnoses the monitoring terminal device. A condition monitoring system that sends results.
前記機器の状態を検出する第1の検出器と、
前記第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、
前記診断パラメータに基づいて前記機器の異常を診断する監視側制御装置と、
前記機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備え、
前記風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、前記主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ブレードが風上に向くように前記ナセルを回転させる駆動装置とを含み、
前記ナセルの回転に伴って前記診断パラメータが変動し、前記ナセルの回転角速度の大きさの予め定められた時間当たりの平均値が予め定められた値よりも小さな期間が前記診断パラメータの有効期間とされ、
前記モニタ装置は、前記診断前の第1の期間における前記診断パラメータを前記監視側制御装置へ送信し、
前記監視側制御装置は、前記第1の期間のうちの前記有効期間の前記診断パラメータに基づいて、前記機器の異常を診断するためのしきい値を生成し、
前記モニタ装置は、前記第1の期間経過後の第2の期間に前記診断パラメータを前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記第2の期間のうちの前記有効期間の前記診断パラメータと前記しきい値とに基づいて前記機器が異常か否かを診断し、前記監視用端末装置に診断の結果を送信する、状態監視システム。 A state monitoring system for monitoring the state of equipment constituting a wind turbine generator,
A first detector for detecting a state of the device;
A monitoring device for generating a diagnostic parameter based on a detection result of the first detector;
A monitoring-side control device for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter;
A monitoring terminal device for monitoring the state of the device,
The wind power generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of a main shaft, a nacelle that houses a generator that converts rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and the blade A driving device that rotates the nacelle to face the windward,
The diagnostic parameter fluctuates with the rotation of the nacelle, and a period in which a predetermined average value per hour of the magnitude of the rotational angular velocity of the nacelle is smaller than a predetermined value is an effective period of the diagnostic parameter And
The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before the diagnosis to the monitoring side control device,
The monitoring-side control device generates a threshold value for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter of the effective period of the first period;
The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring-side control device in a second period after the first period has elapsed,
The monitoring-side control device diagnoses whether or not the device is abnormal based on the diagnostic parameter and the threshold value in the effective period of the second period, and diagnoses the monitoring terminal device. A condition monitoring system that sends results.
前記モニタ装置は、前記第2の検出器の検出値を前記診断パラメータとともに前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記第2の検出器の検出値に基づいて前記有効期間か否かを判別する、請求項1または請求項2に記載の状態監視システム。 And a second detector for detecting the rotational angular velocity of the nacelle,
The monitor device transmits the detection value of the second detector together with the diagnostic parameter to the monitoring control device,
The state monitoring system according to claim 1 or 2, wherein the monitoring-side control device determines whether or not the effective period is based on a detection value of the second detector.
前記機器の状態を検出する第1の検出器と、
前記第1の検出器の検出結果に基づいて診断パラメータを生成するモニタ装置と、
前記診断パラメータに基づいて前記機器の異常を診断する監視側制御装置と、
前記機器の状態を監視するための監視用端末装置とを備え、
前記風力発電装置は、風力を主軸の回転トルクに変換するブレードと、前記主軸の回転トルクを電力に変換する発電機を収容したナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ブレードが風上に向くように前記ナセルを回転させる駆動装置とを含み、
前記ナセルの回転角速度に応じて前記診断パラメータが変動し、
前記モニタ装置は、前記診断前の第1の期間における前記診断パラメータを前記監視側制御装置へ送信し、
前記監視側制御装置は、前記ナセルの回転角速度に応じた前記診断パラメータの変動分が小さくなるように前記第1の期間の前記診断パラメータを前記ナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の前記診断パラメータに基づいて、前記機器の異常を診断するためのしきい値を生成し、
前記モニタ装置は、前記第1の期間経過後の第2の期間に前記診断パラメータを前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記ナセルの回転角速度に応じた前記診断パラメータの変動分が小さくなるように前記第2の期間の前記診断パラメータを前記ナセルの回転角速度に応じて補正し、補正後の前記診断パラメータと前記しきい値とに基づいて前記機器が異常か否かを診断し、前記監視用端末装置に診断の結果を送信する、状態監視システム。 A state monitoring system for monitoring the state of equipment constituting a wind turbine generator,
A first detector for detecting a state of the device;
A monitoring device for generating a diagnostic parameter based on a detection result of the first detector;
A monitoring-side control device for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter;
A monitoring terminal device for monitoring the state of the device,
The wind power generator includes a blade that converts wind power into rotational torque of a main shaft, a nacelle that houses a generator that converts rotational torque of the main shaft into electric power, a tower that rotatably supports the nacelle, and the blade A driving device that rotates the nacelle to face the windward,
The diagnostic parameter varies according to the rotational angular velocity of the nacelle,
The monitor device transmits the diagnosis parameter in the first period before the diagnosis to the monitoring side control device,
The monitoring-side control device corrects the diagnostic parameter of the first period according to the rotational angular velocity of the nacelle so that a variation of the diagnostic parameter according to the rotational angular velocity of the nacelle is small, Generating a threshold for diagnosing an abnormality of the device based on the diagnostic parameter;
The monitor device transmits the diagnostic parameter to the monitoring-side control device in a second period after the first period has elapsed,
The monitoring-side control device corrects the diagnostic parameter of the second period according to the rotational angular velocity of the nacelle so that the fluctuation amount of the diagnostic parameter according to the rotational angular velocity of the nacelle is small, A state monitoring system that diagnoses whether or not the device is abnormal based on the diagnostic parameter and the threshold value, and transmits a result of the diagnosis to the monitoring terminal device.
前記モニタ装置は、前記第2の検出器の検出値を前記診断パラメータとともに前記監視側制御装置に送信し、
前記監視側制御装置は、前記第2の検出器の検出値に基づいて前記診断パラメータを補正する、請求項5に記載の状態監視システム。 And a second detector for detecting the rotational angular velocity of the nacelle,
The monitor device transmits the detection value of the second detector together with the diagnostic parameter to the monitoring control device,
The state monitoring system according to claim 5, wherein the monitoring-side control device corrects the diagnostic parameter based on a detection value of the second detector.
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Citations (4)
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| JP2008309097A (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Ebara Corp | Wind power generation equipment and method of controlling windmill for wind power generation |
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| WO2013065323A1 (en) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | Control device for floating-body-type marine wind power generation apparatus |
| JP2013185507A (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Ntn Corp | State monitoring system |
-
2014
- 2014-06-24 JP JP2014129057A patent/JP2016008538A/en active Pending
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