風力発電装置の異常振動検出装置
【課題】危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、故障検出に適した設計がなされた異常振動検出装置を提供する。
【解決手段】異常振動検出装置が、第１及び第２加速度検出手段と、第１加速度検出手段から出力される第１出力信号を受け取る演算装置と、第２加速度検出手段から出力される第２出力信号を受け取るフィルタリレーと、フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システムとを備えている。フィルタリレーは、第２出力アナログ信号に対してフィルタリング処理を行うフィルタ回路部分を備えている。演算装置は、第１出力アナログ信号に対してデジタル演算を行うことによってフィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、フィルタリレーのから受け取ったフィルタ回路部分の出力信号の実測値と予測値とを比較して第１加速度検出手段、第２加速度検出手段又はフィルタ回路部分の故障を検出する。
【解決手段】異常振動検出装置が、第１及び第２加速度検出手段と、第１加速度検出手段から出力される第１出力信号を受け取る演算装置と、第２加速度検出手段から出力される第２出力信号を受け取るフィルタリレーと、フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システムとを備えている。フィルタリレーは、第２出力アナログ信号に対してフィルタリング処理を行うフィルタ回路部分を備えている。演算装置は、第１出力アナログ信号に対してデジタル演算を行うことによってフィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、フィルタリレーのから受け取ったフィルタ回路部分の出力信号の実測値と予測値とを比較して第１加速度検出手段、第２加速度検出手段又はフィルタ回路部分の故障を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の異常振動検出装置に関し、特に、風力発電装置を停止すべき過振動の発生を検出するための異常振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置には、一般に、風力発電装置の各機器を制御する制御システムとは別に、運転を停止すべき異常が発生した場合に当該風力発電装置を非常停止させる安全システムが設けられる。ここで、制御システムと別に安全システムが設けられるのは、重大な異常事態が発生した場合には、制御システムが故障しても風力発電装置の非常停止を可能にするためである。
【０００３】
タワー又はナセルの過振動は、風力発電装置の運転を停止すべき重大な異常であり得る。これは、タワー又はナセルの過振動は、その程度によってはタワーの倒壊を招き得るからである。タワーの倒壊を招き得るような過振動の発生を検知した場合には、安全システムで風力発電装置を停止させなければならない。
【０００４】
このような安全システムに求められる特性の一つは、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置を停止させないことである。特に危険な振動はタワーの固有振動数の近傍の周波数の振動であり、タワーの固有振動数の近傍の周波数の振動は、特別に監視する必要がある。その一方で、風力発電装置の稼働率を高めるためには、危険でない振動が発生しても風力発電装置の稼働を止めないことも求められる。風力発電装置においてタワーの固有振動数の近傍の周波数の振動を監視する技術は、例えば、特表２００４−５３０８２５号公報、及び、対応する国際出願の国際公表第ＷＯ２００２／０７５１５３号に開示されている。また、特開２０００−３２１１２１号公報は、振動を監視する対象となる機器の振動周波数近傍の振動値のみを監視するための振動検知装置を開示している。
【０００５】
安全システムに求められるもう一つの特性は、安全システム自体の故障検出が可能であることである。安全システムが故障した状態で風力発電装置を運転することは、安全上、回避しなければならない。したがって、安全システムは、故障検出に適した設計がなされていることが望ましい。しかしながら、上記の公知技術は、安全システムの故障検出の容易性を考慮したものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５３０８２５号公報
【特許文献２】国際公表第ＷＯ２００２／０７５１５３号
【特許文献３】特開２０００−３２１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の稼働を続けるように構成された異常振動検出装置について、故障検出に適した設計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の観点においては、風力発電装置の異常振動を検出するための異常振動検出装置が、風力発電装置の特定位置の加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システムとを備えている。フィルタリレーは、第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、フィルタ回路部分の出力信号に応答して、フィルタリレーの出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、フィルタ回路部分の出力信号をフィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子とを備えている。演算装置は、モニタ出力端子からフィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に、第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対してフィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによってフィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、モニタ出力端子から受け取ったフィルタ回路部分の出力信号の実測値と予測値とを比較して第１加速度検出手段、第２加速度検出手段又はフィルタ回路部分の故障を検出する。
【０００９】
フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、出力回路部分は、フィルタ回路部分の出力とテストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、ＯＲ回路の出力信号に応答して出力端子の状態を遷移させるように構成されていることが好ましい。
【００１０】
一実施形態では、演算装置が第１出力アナログ信号の入力レベルを監視し、フィルタリレーが、更に、前記第２出力アナログ信号の入力レベルを監視する入力モニタを備えている。この場合、演算装置は、第１及び第２出力アナログ信号の入力レベルに基づいて、フィルタ回路部分における故障の発生を判別することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の稼働を続けるように構成された異常振動検出装置について、故障検出に適した設計が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御システムと安全システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるフィルタリレーの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。風力発電装置１は、基礎７に立設されるタワー２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、風車ロータ４とを備えている。風車ロータ４は、ナセル３に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド５と、ロータヘッド５に取り付けられる風車翼６とを備えている。風力によって風車ロータ４が回転すると風力発電装置１は電力を発生し、風力発電装置１に接続された電力系統に電力を供給する。
【００１４】
風力発電装置１には、風力発電装置１に設けられる各機器を制御するための制御システムと、異常が発生したときに風力発電装置１を非常停止させるための安全システムが設けられる。本実施形態では、安全システムが、タワー２を倒壊させ得るような過振動の発生を検出した場合には、風力発電装置１を非常停止するように構成される。図２は、制御システムと安全システムのうち、過振動を検出する異常振動検出装置を構成する部分の構成を示すブロック図である。
【００１５】
本実施形態では、異常振動検出装置が、Ｘ方向加速度センサ１１と、Ｙ方向加速度センサ１２と、ＰＬＣ（programmable
logic controller）１３と、フィルタリレー１４と、リレー１５と、安全リレー１６とを備えている。ＰＬＣ１３は、制御システムに属しており、風力発電装置１に設けられる各機器を制御するために使用される。一方、フィルタリレー１４、リレー１５、及び安全リレー１６は、安全システムに属しており、過振動が発生したときに風力発電装置１を非常停止させるために使用される。Ｘ方向加速度センサ１１と、Ｙ方向加速度センサ１２とは、制御システムと安全システムに共用される。
【００１６】
Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２とは、いずれも、ナセル３に設けられ、設けられた位置における加速度を検出する。Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２は、水平方向に平行な互いに直交する２方向の加速度を計測するために使用される。以下では、Ｘ方向加速度センサ１１が加速度を測定する方向をＸ方向、Ｙ方向加速度センサ１２が加速度を測定する方向をＹ方向と呼ぶ。Ｘ方向は、例えば、風車ロータ４の回転中心軸を含む鉛直面と特定の水平面とが交差する直線の方向であり、Ｙ方向は、該水平面内にあり、且つ、Ｘ方向に垂直な方向である。
【００１７】
Ｘ方向加速度センサ１１は、２つのチャンネルを有している。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａは、信号線１７ｘを介して制御システム１３のアナログ入力１３ａに接続されており、それが設けられた位置におけるＸ方向の加速度に対応する出力アナログ信号をＰＬＣ１３に供給する。一方、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂは、信号線１８ｘを介してフィルタリレー１４に接続されており、それが設けられた位置における加速度に対応する出力アナログ信号をフィルタリレー１４に供給する。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ、第２チャンネル１１ｂは、それぞれが独立した加速度検出手段として機能する。
【００１８】
Ｙ方向加速度センサ１２も同様に、２つのチャンネルを有している。Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａは、信号線１７ｙを介して制御システム１３のアナログ入力１３ａに接続されており、それが設けられた位置におけるＹ方向の加速度に対応する出力アナログ信号をＰＬＣ１３に供給する。一方、Ｙ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂは、信号線１８ｙを介してフィルタリレー１４に接続されており、それが設けられた位置における加速度に対応する出力アナログ信号をフィルタリレー１４に供給する。Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａ、第２チャンネル１２ｂは、それぞれが独立した加速度検出手段として動作する。
【００１９】
なお、Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２は、ナセル３ではなく、タワー２（特に、タワー２の上端付近）に設けられてもよい。
【００２０】
ＰＬＣ１３は、風力発電装置１に設けられる各機器を制御する役割を有している。ＰＬＣ１３は、各種のアナログ信号を受け取るアナログ入力１３ａと、各種のデジタル信号を受け取るデジタル入力１３ｂとを備えており、受け取った各種信号に応答して各種の制御動作を行う。このとき、アナログ入力１３ａは、受け取ったアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行う。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ及びＹ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａからＰＬＣ１３に供給される出力アナログ信号に対しても、アナログ入力１３ａによってアナログ−デジタル変換が行われ、該アナログ−デジタル変換によって得られたデジタル値に対して所望の処理が行われる。
【００２１】
フィルタリレー１４は、Ｘ方向加速度センサ１１及びＹ方向加速度センサ１２から受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行い、取りだした周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止を指示する出力を発生する。タワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を選択的に取り出し、該周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止を行うことにより、タワー２の倒壊を招き得る危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の運転を継続することができる。
【００２２】
詳細には、フィルタリレー１４は、フィルタ１４ｘ、１４ｙを備えている。フィルタ１４ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出す。一方、フィルタ１４ｙは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出す。フィルタ１４ｘ、１４ｙによって取りだされた周波数成分のいずれかが所定の閾値を超えている場合、フィルタリレー１４は、その出力端子を開放にする。即ち、フィルタリレー１４の出力端子が開放されていることは、過振動が発生している事を示している。後述のように、フィルタリレー１４は、フィルタ１４ｘ、１４ｙの出力信号が外部から取り出すことができるように構成されている。
【００２３】
リレー１５は、フィルタリレー１４の出力に応答して非常停止信号を発生し、発生した非常停止信号をＰＬＣ１３のデジタル入力１３ｂと安全リレー１６とに供給する。具体的には、フィルタリレー１４の出力端子が開放状態になると、非常停止信号がアサートされる。安全リレー１６は、リレー１５から供給された非常停止信号がアサートされると、風力発電装置１を非常停止する。一方、ＰＬＣ１３は、リレー１５から受け取った非常停止信号がアサートされたことを認識すると、風力発電装置１を非常停止すべき過振動が発生した事を認識する。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態のフィルタリレー１４の構成を示す回路図である。本実施形態のフィルタリレー１４は、入力端子２１ｘ、２１ｙと、入力モニタ２２ｘ、２２ｙと、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙと、ＬＰＦ（low pass filter）２４ｘ、２４ｙと、ＨＰＦ（high pass
filter）２５ｘ、２５ｙと、比較回路２６ｘ、２６ｙと、遅延回路２７ｘ、２７ｙと、ＯＲ回路２８と、ホールド回路２９、リレー３０と、電源モニタ３１と、テストスイッチ３２と、出力端子３３ａ、３３ｂと、モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙとを備えている。
【００２５】
入力端子２１ｘは、信号線１８ｘを介してＸ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから出力アナログ信号を受け取り、同様に、入力端子２１ｙは、信号線１８ｙを介してＹ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂから出力アナログ信号を受け取る。本実施形態では、受け取った出力アナログ信号は、電流信号（即ち、電流レベルがＸ方向又はＹ方向の加速度に対応した信号）である。
【００２６】
入力モニタ２２ｘ、電流−電圧変換回路２３ｘ、ＬＰＦ２４ｘと、ＨＰＦ２５ｘと、比較回路２６ｘ及び遅延回路２７ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号に基づいてＸ方向の過振動を検出するための回路部分であり、これらの回路は、いずれもアナログ回路として構成されている。
【００２７】
詳細には、入力モニタ２２ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号の入力レベルを監視する。入力モニタ２２ｘは、出力アナログ信号の入力レベルが異常である場合（例えば、入力レベルが所定の閾値よりも小さい場合）、警報を出力する。これにより、Ｘ方向加速度センサ１１の故障を検出することができる。ここで、Ｘ方向加速度センサ１１の故障には、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂと入力端子２１ｘとを接続する信号線１８ｘの断線も含まれる。電流−電圧変換回路２３ｘは、電流信号である出力アナログ信号を電圧信号（即ち、電圧レベルがＸ方向の加速度に対応した信号）に変換する。
【００２８】
ＬＰＦ２４ｘとＨＰＦ２５ｘとは、出力アナログ信号からタワー２の固有振動数ｆ０の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出すフィルタ１４ｘを構成している。ＬＰＦ２４ｘは、特定の周波数ｆ１より低い成分を通過させ、ＨＰＦ２５ｘは、特定周波数ｆ２より高い成分を通過させる。ＬＰＦ２４ｘとＨＰＦ２５ｘとは、ｆ０をタワー２の固有振動数であるとして、下記式：
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１，
が成立するように構成されている。これにより、ＨＰＦ２５ｘからは、タワー２の固有振動数ｆ０の近傍の周波数領域の周波数成分が出力される。比較回路２６ｘは、ＨＰＦ２５ｘの出力信号の信号レベルを監視し、該信号レベルの絶対値が所定値より大きい場合、その出力信号をアサートする。遅延回路２７ｘは、比較回路２６ｘの出力信号を所定時間だけ遅延させる。遅延回路２７ｘの出力信号は、Ｘ方向の過振動の発生の有無を示す信号である。即ち、Ｘ方向の過振動が発生すると、遅延回路２７ｘの出力がアサートされる。
【００２９】
同様に、入力モニタ２２ｙ、電流−電圧変換回路２３ｙ、ＬＰＦ２４ｙと、ＨＰＦ２５ｙと、比較回路２６ｙ及び遅延回路２７ｙは、Ｙ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂから受け取った出力アナログ信号に基づいてＹ方向の過振動を検出するための回路部分であり、その動作は、Ｘ方向の過振動を検出するための回路部分と同様である。遅延回路２７ｙの出力信号は、ｙ方向の過振動の発生の有無を示す信号であり、Ｙ方向の過振動が発生すると、遅延回路２７ｙの出力がアサートされる。
【００３０】
ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１は、フィルタリレー１４の出力を生成する回路部分であり、Ｘ方向、Ｙ方向の少なくとも一方の過振動が発生すると、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。詳細には、ＯＲ回路２８は、遅延回路２７ｘ、２７ｙの出力信号の論理和に対応する出力信号を出力する。ホールド回路２９は、ＯＲ回路２８の出力信号がアサートされると、所定時間、その出力信号をアサートする。リレー３０は、ホールド回路２９の出力がアサートされると、その２つの出力端子の間を開放状態にする。電源モニタ３１は、リレー３０の出力端子を監視し、リレー３０の出力端子の間が開放状態になると、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。加えて、電源モニタ３１は、フィルタリレー１４への電源供給が遮断されると、出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。
【００３１】
フィルタリレー１４の過振動を検出するための回路部分（即ち、入力モニタ２２ｘ、２２ｙと、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙと、ＬＰＦ（low pass filter）２４ｘ、２４ｙと、ＨＰＦ２５ｘ、２５ｙと、比較回路２６ｘ、２６ｙと、遅延回路２７ｘ、２７ｙ）が、全てアナログ回路で構成されていることに留意されたい。これは、フィルタリレー１４の信頼性を高めるためである。アナログ回路は、簡素な構成を採用すれば、故障を少なくできる。このような特性は、安全システムに適用するために好適である。
【００３２】
加えて、フィルタリレー１４は、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２及びフィルタリレー１４に含まれている回路の故障検出を容易化するための構成を有している。具体的には、第１に、フィルタリレー１４には、モニタ出力端子３４ｘと、３４ｙとが設けられている。モニタ出力端子３４ｘは、ＨＰＦ２５ｘの出力端子に接続されており、ＨＰＦ２５ｘの出力信号を外部に出力する。モニタ出力端子３４ｘから出力される出力信号を監視することにより、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出することができる。同様に、モニタ出力端子３４ｙは、ＨＰＦ２５ｙの出力端子に接続されており、ＨＰＦ２５ｙの出力信号を外部に出力する。モニタ出力端子３４ｙから出力される出力信号を監視することにより、Ｙ方向加速度センサ１２又は入力端子２１ｙとモニタ出力端子３４ｙの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出することができる。
【００３３】
本実施形態では、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２、及び、フィルタリレー１４の故障検出がＰＬＣ１３によって行われる。以下では、ＰＬＣ１３によって行われる故障検出の例について説明する。
【００３４】
モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙは、信号線１９ｘ、１９ｙを介してＰＬＣ１３のアナログ入力１３ａに接続され、モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙの出力信号（フィルタ１４ｘ、１４ｙの出力信号）がＰＬＣ１３に供給される。一方で、ＰＬＣ１３には、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙとフィルタ１４ｘ、１４ｙの動作をシミュレートするためのソフトウェアプログラム１３ｃが組み込まれている。詳細には、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａの出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値に対してデジタル演算を行い、フィルタ１４ｘの出力信号の予測値を算出する。更にソフトウェアプログラム１３ｃは、モニタ出力端子３４ｘから得られたフィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値とを比較し、その比較結果から、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出する。例えば、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値とが、所定時間の間、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値との差が所定値よりも大きい場合、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかに故障があると判断する。
【００３５】
同様に、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａの出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値に対してデジタル演算を行い、フィルタ１４ｙの出力信号の予測値を算出する。更にソフトウェアプログラム１３ｃは、モニタ出力端子３４ｙから得られたフィルタ１４ｙの出力信号の実測値とフィルタ１４ｙの出力信号の予測値とを比較し、その比較結果から、Ｙ方向加速度センサ１２又は入力端子２１ｙとモニタ出力端子３４ｙの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出する。
【００３６】
この故障検出の際に、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２からＰＬＣ１３及びフィルタリレー１４に入力される出力アナログ信号の入力レベルを参照すれば、故障個所を特定する事も可能である。例えば、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値の差が大きい場合について考える。この場合、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａの出力アナログ信号の入力レベル（即ち、該出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値）が過剰に小さければ、ＰＬＣ１３は、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａに故障があると判断することができる。また、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから入力端子２１ｘに供給される出力アナログ信号の入力レベルが過剰に小さければ、ＰＬＣ１３は、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂに故障があると判断することができる。ここで、入力モニタ２２ｘにより監視されていることに留意されたい。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ、第２チャンネル１１ｂから供給される出力アナログ信号の両方の入力レベルが正常範囲にあれば、ＰＬＣ１３は、フィルタリレー１４の入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分に故障があると判断することができる。フィルタ１４ｙの出力信号の実測値とフィルタ１４ｙの出力信号の予測値の差が大きい場合についても、同様の手法によって故障個所を特定することができる。
【００３７】
もう一つの故障検出を容易化するための構成は、ＯＲ回路２８の入力に接続されたテストスイッチ３２である。本実施形態では、テストスイッチ３２がＯＲ回路２８の入力に接続されていることにより、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１の故障を検出することができる。詳細には、ＯＲ回路２８は、３つの入力を備えており、遅延回路２７ｘ、２７ｙの出力とテストスイッチ３２に接続されている。したがって、本来的には、テストスイッチ３２がオンになると、ＯＲ回路２８の出力信号及びホールド回路２９の出力信号がアサートされ、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間が開放状態になる。仮にテストスイッチ３２がオンされてもフィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間が開放状態にならなければ、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１のいずれかに故障があると判断できる。即ち、テストスイッチ３２をオンすることにより、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１の故障を検出できる。
【００３８】
このように、本実施形態のフィルタリレー１４は、その大部分（比較回路２６ｘ、２６ｙ、遅延回路２７ｘ、２７ｙ以外の回路部分）の故障を検出可能に構成されている。これは、異常振動検出装置の信頼性の向上に好適である。
【００３９】
以上に説明されているように、本実施形態の異常振動検出装置では、フィルタリレー１４のフィルタ１４ｘ、１４ｙによってタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分が選択的に取り出され、該周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止が行われる。これにより、タワー２の倒壊を招き得る危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の運転を継続することができる。加えて、本実施形態の異常振動検出装置は、過振動の検出に使用されるＸ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２、及び、フィルタリレー１４の故障検出を容易化する構成を有しており、これは、信頼性の向上に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１：風力発電装置
２：タワー
３：ナセル
４：風車ロータ
５：ロータヘッド
６：風車翼
１１：Ｘ方向加速度センサ
１１ａ：第１チャンネル
１１ｂ：第２チャンネル
１２：Ｙ方向加速度センサ
１２ａ：第１チャンネル
１２ｂ：第２チャンネル
１３：ＰＬＣ
１３ａ：アナログ入力
１３ｂ：デジタル入力
１４：フィルタリレー
１４ｘ、１４ｙ：フィルタ
１５：リレー
１６：安全リレー
１７ｘ、１７ｙ、１８ｘ、１８ｙ、１９ｘ、１９ｙ：信号線
２１ｘ、２１ｙ：入力端子
２２ｘ、２２ｙ：入力モニタ
２３ｘ、２３ｙ：電流−電圧変換回路
２４ｘ、２４ｙ：ＬＰＦ
２５ｘ、２５ｙ：ＨＰＦ
２６ｘ、２６ｙ：比較回路
２７ｘ、２７ｙ：遅延回路
２８：ＯＲ回路
２９：ホールド回路
３０：リレー
３１：電源モニタ
３２：テストスイッチ
３３ａ、３３ｂ：出力端子
３４ｘ、３４ｙ：モニタ出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の異常振動検出装置に関し、特に、風力発電装置を停止すべき過振動の発生を検出するための異常振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置には、一般に、風力発電装置の各機器を制御する制御システムとは別に、運転を停止すべき異常が発生した場合に当該風力発電装置を非常停止させる安全システムが設けられる。ここで、制御システムと別に安全システムが設けられるのは、重大な異常事態が発生した場合には、制御システムが故障しても風力発電装置の非常停止を可能にするためである。
【０００３】
タワー又はナセルの過振動は、風力発電装置の運転を停止すべき重大な異常であり得る。これは、タワー又はナセルの過振動は、その程度によってはタワーの倒壊を招き得るからである。タワーの倒壊を招き得るような過振動の発生を検知した場合には、安全システムで風力発電装置を停止させなければならない。
【０００４】
このような安全システムに求められる特性の一つは、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置を停止させないことである。特に危険な振動はタワーの固有振動数の近傍の周波数の振動であり、タワーの固有振動数の近傍の周波数の振動は、特別に監視する必要がある。その一方で、風力発電装置の稼働率を高めるためには、危険でない振動が発生しても風力発電装置の稼働を止めないことも求められる。風力発電装置においてタワーの固有振動数の近傍の周波数の振動を監視する技術は、例えば、特表２００４−５３０８２５号公報、及び、対応する国際出願の国際公表第ＷＯ２００２／０７５１５３号に開示されている。また、特開２０００−３２１１２１号公報は、振動を監視する対象となる機器の振動周波数近傍の振動値のみを監視するための振動検知装置を開示している。
【０００５】
安全システムに求められるもう一つの特性は、安全システム自体の故障検出が可能であることである。安全システムが故障した状態で風力発電装置を運転することは、安全上、回避しなければならない。したがって、安全システムは、故障検出に適した設計がなされていることが望ましい。しかしながら、上記の公知技術は、安全システムの故障検出の容易性を考慮したものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５３０８２５号公報
【特許文献２】国際公表第ＷＯ２００２／０７５１５３号
【特許文献３】特開２０００−３２１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の稼働を続けるように構成された異常振動検出装置について、故障検出に適した設計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の観点においては、風力発電装置の異常振動を検出するための異常振動検出装置が、風力発電装置の特定位置の加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システムとを備えている。フィルタリレーは、第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、フィルタ回路部分の出力信号に応答して、フィルタリレーの出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、フィルタ回路部分の出力信号をフィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子とを備えている。演算装置は、モニタ出力端子からフィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に、第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対してフィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによってフィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、モニタ出力端子から受け取ったフィルタ回路部分の出力信号の実測値と予測値とを比較して第１加速度検出手段、第２加速度検出手段又はフィルタ回路部分の故障を検出する。
【０００９】
フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、出力回路部分は、フィルタ回路部分の出力とテストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、ＯＲ回路の出力信号に応答して出力端子の状態を遷移させるように構成されていることが好ましい。
【００１０】
一実施形態では、演算装置が第１出力アナログ信号の入力レベルを監視し、フィルタリレーが、更に、前記第２出力アナログ信号の入力レベルを監視する入力モニタを備えている。この場合、演算装置は、第１及び第２出力アナログ信号の入力レベルに基づいて、フィルタ回路部分における故障の発生を判別することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の稼働を続けるように構成された異常振動検出装置について、故障検出に適した設計が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御システムと安全システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるフィルタリレーの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。風力発電装置１は、基礎７に立設されるタワー２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、風車ロータ４とを備えている。風車ロータ４は、ナセル３に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド５と、ロータヘッド５に取り付けられる風車翼６とを備えている。風力によって風車ロータ４が回転すると風力発電装置１は電力を発生し、風力発電装置１に接続された電力系統に電力を供給する。
【００１４】
風力発電装置１には、風力発電装置１に設けられる各機器を制御するための制御システムと、異常が発生したときに風力発電装置１を非常停止させるための安全システムが設けられる。本実施形態では、安全システムが、タワー２を倒壊させ得るような過振動の発生を検出した場合には、風力発電装置１を非常停止するように構成される。図２は、制御システムと安全システムのうち、過振動を検出する異常振動検出装置を構成する部分の構成を示すブロック図である。
【００１５】
本実施形態では、異常振動検出装置が、Ｘ方向加速度センサ１１と、Ｙ方向加速度センサ１２と、ＰＬＣ（programmable
logic controller）１３と、フィルタリレー１４と、リレー１５と、安全リレー１６とを備えている。ＰＬＣ１３は、制御システムに属しており、風力発電装置１に設けられる各機器を制御するために使用される。一方、フィルタリレー１４、リレー１５、及び安全リレー１６は、安全システムに属しており、過振動が発生したときに風力発電装置１を非常停止させるために使用される。Ｘ方向加速度センサ１１と、Ｙ方向加速度センサ１２とは、制御システムと安全システムに共用される。
【００１６】
Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２とは、いずれも、ナセル３に設けられ、設けられた位置における加速度を検出する。Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２は、水平方向に平行な互いに直交する２方向の加速度を計測するために使用される。以下では、Ｘ方向加速度センサ１１が加速度を測定する方向をＸ方向、Ｙ方向加速度センサ１２が加速度を測定する方向をＹ方向と呼ぶ。Ｘ方向は、例えば、風車ロータ４の回転中心軸を含む鉛直面と特定の水平面とが交差する直線の方向であり、Ｙ方向は、該水平面内にあり、且つ、Ｘ方向に垂直な方向である。
【００１７】
Ｘ方向加速度センサ１１は、２つのチャンネルを有している。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａは、信号線１７ｘを介して制御システム１３のアナログ入力１３ａに接続されており、それが設けられた位置におけるＸ方向の加速度に対応する出力アナログ信号をＰＬＣ１３に供給する。一方、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂは、信号線１８ｘを介してフィルタリレー１４に接続されており、それが設けられた位置における加速度に対応する出力アナログ信号をフィルタリレー１４に供給する。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ、第２チャンネル１１ｂは、それぞれが独立した加速度検出手段として機能する。
【００１８】
Ｙ方向加速度センサ１２も同様に、２つのチャンネルを有している。Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａは、信号線１７ｙを介して制御システム１３のアナログ入力１３ａに接続されており、それが設けられた位置におけるＹ方向の加速度に対応する出力アナログ信号をＰＬＣ１３に供給する。一方、Ｙ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂは、信号線１８ｙを介してフィルタリレー１４に接続されており、それが設けられた位置における加速度に対応する出力アナログ信号をフィルタリレー１４に供給する。Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａ、第２チャンネル１２ｂは、それぞれが独立した加速度検出手段として動作する。
【００１９】
なお、Ｘ方向加速度センサ１１とＹ方向加速度センサ１２は、ナセル３ではなく、タワー２（特に、タワー２の上端付近）に設けられてもよい。
【００２０】
ＰＬＣ１３は、風力発電装置１に設けられる各機器を制御する役割を有している。ＰＬＣ１３は、各種のアナログ信号を受け取るアナログ入力１３ａと、各種のデジタル信号を受け取るデジタル入力１３ｂとを備えており、受け取った各種信号に応答して各種の制御動作を行う。このとき、アナログ入力１３ａは、受け取ったアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行う。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ及びＹ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａからＰＬＣ１３に供給される出力アナログ信号に対しても、アナログ入力１３ａによってアナログ−デジタル変換が行われ、該アナログ−デジタル変換によって得られたデジタル値に対して所望の処理が行われる。
【００２１】
フィルタリレー１４は、Ｘ方向加速度センサ１１及びＹ方向加速度センサ１２から受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行い、取りだした周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止を指示する出力を発生する。タワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を選択的に取り出し、該周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止を行うことにより、タワー２の倒壊を招き得る危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の運転を継続することができる。
【００２２】
詳細には、フィルタリレー１４は、フィルタ１４ｘ、１４ｙを備えている。フィルタ１４ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出す。一方、フィルタ１４ｙは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号からタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出す。フィルタ１４ｘ、１４ｙによって取りだされた周波数成分のいずれかが所定の閾値を超えている場合、フィルタリレー１４は、その出力端子を開放にする。即ち、フィルタリレー１４の出力端子が開放されていることは、過振動が発生している事を示している。後述のように、フィルタリレー１４は、フィルタ１４ｘ、１４ｙの出力信号が外部から取り出すことができるように構成されている。
【００２３】
リレー１５は、フィルタリレー１４の出力に応答して非常停止信号を発生し、発生した非常停止信号をＰＬＣ１３のデジタル入力１３ｂと安全リレー１６とに供給する。具体的には、フィルタリレー１４の出力端子が開放状態になると、非常停止信号がアサートされる。安全リレー１６は、リレー１５から供給された非常停止信号がアサートされると、風力発電装置１を非常停止する。一方、ＰＬＣ１３は、リレー１５から受け取った非常停止信号がアサートされたことを認識すると、風力発電装置１を非常停止すべき過振動が発生した事を認識する。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態のフィルタリレー１４の構成を示す回路図である。本実施形態のフィルタリレー１４は、入力端子２１ｘ、２１ｙと、入力モニタ２２ｘ、２２ｙと、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙと、ＬＰＦ（low pass filter）２４ｘ、２４ｙと、ＨＰＦ（high pass
filter）２５ｘ、２５ｙと、比較回路２６ｘ、２６ｙと、遅延回路２７ｘ、２７ｙと、ＯＲ回路２８と、ホールド回路２９、リレー３０と、電源モニタ３１と、テストスイッチ３２と、出力端子３３ａ、３３ｂと、モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙとを備えている。
【００２５】
入力端子２１ｘは、信号線１８ｘを介してＸ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから出力アナログ信号を受け取り、同様に、入力端子２１ｙは、信号線１８ｙを介してＹ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂから出力アナログ信号を受け取る。本実施形態では、受け取った出力アナログ信号は、電流信号（即ち、電流レベルがＸ方向又はＹ方向の加速度に対応した信号）である。
【００２６】
入力モニタ２２ｘ、電流−電圧変換回路２３ｘ、ＬＰＦ２４ｘと、ＨＰＦ２５ｘと、比較回路２６ｘ及び遅延回路２７ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号に基づいてＸ方向の過振動を検出するための回路部分であり、これらの回路は、いずれもアナログ回路として構成されている。
【００２７】
詳細には、入力モニタ２２ｘは、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから受け取った出力アナログ信号の入力レベルを監視する。入力モニタ２２ｘは、出力アナログ信号の入力レベルが異常である場合（例えば、入力レベルが所定の閾値よりも小さい場合）、警報を出力する。これにより、Ｘ方向加速度センサ１１の故障を検出することができる。ここで、Ｘ方向加速度センサ１１の故障には、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂと入力端子２１ｘとを接続する信号線１８ｘの断線も含まれる。電流−電圧変換回路２３ｘは、電流信号である出力アナログ信号を電圧信号（即ち、電圧レベルがＸ方向の加速度に対応した信号）に変換する。
【００２８】
ＬＰＦ２４ｘとＨＰＦ２５ｘとは、出力アナログ信号からタワー２の固有振動数ｆ０の近傍の周波数領域の周波数成分を取り出すフィルタ１４ｘを構成している。ＬＰＦ２４ｘは、特定の周波数ｆ１より低い成分を通過させ、ＨＰＦ２５ｘは、特定周波数ｆ２より高い成分を通過させる。ＬＰＦ２４ｘとＨＰＦ２５ｘとは、ｆ０をタワー２の固有振動数であるとして、下記式：
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１，
が成立するように構成されている。これにより、ＨＰＦ２５ｘからは、タワー２の固有振動数ｆ０の近傍の周波数領域の周波数成分が出力される。比較回路２６ｘは、ＨＰＦ２５ｘの出力信号の信号レベルを監視し、該信号レベルの絶対値が所定値より大きい場合、その出力信号をアサートする。遅延回路２７ｘは、比較回路２６ｘの出力信号を所定時間だけ遅延させる。遅延回路２７ｘの出力信号は、Ｘ方向の過振動の発生の有無を示す信号である。即ち、Ｘ方向の過振動が発生すると、遅延回路２７ｘの出力がアサートされる。
【００２９】
同様に、入力モニタ２２ｙ、電流−電圧変換回路２３ｙ、ＬＰＦ２４ｙと、ＨＰＦ２５ｙと、比較回路２６ｙ及び遅延回路２７ｙは、Ｙ方向加速度センサ１２の第２チャンネル１２ｂから受け取った出力アナログ信号に基づいてＹ方向の過振動を検出するための回路部分であり、その動作は、Ｘ方向の過振動を検出するための回路部分と同様である。遅延回路２７ｙの出力信号は、ｙ方向の過振動の発生の有無を示す信号であり、Ｙ方向の過振動が発生すると、遅延回路２７ｙの出力がアサートされる。
【００３０】
ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１は、フィルタリレー１４の出力を生成する回路部分であり、Ｘ方向、Ｙ方向の少なくとも一方の過振動が発生すると、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。詳細には、ＯＲ回路２８は、遅延回路２７ｘ、２７ｙの出力信号の論理和に対応する出力信号を出力する。ホールド回路２９は、ＯＲ回路２８の出力信号がアサートされると、所定時間、その出力信号をアサートする。リレー３０は、ホールド回路２９の出力がアサートされると、その２つの出力端子の間を開放状態にする。電源モニタ３１は、リレー３０の出力端子を監視し、リレー３０の出力端子の間が開放状態になると、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。加えて、電源モニタ３１は、フィルタリレー１４への電源供給が遮断されると、出力端子３３ａ、３３ｂの間を開放状態にする。
【００３１】
フィルタリレー１４の過振動を検出するための回路部分（即ち、入力モニタ２２ｘ、２２ｙと、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙと、ＬＰＦ（low pass filter）２４ｘ、２４ｙと、ＨＰＦ２５ｘ、２５ｙと、比較回路２６ｘ、２６ｙと、遅延回路２７ｘ、２７ｙ）が、全てアナログ回路で構成されていることに留意されたい。これは、フィルタリレー１４の信頼性を高めるためである。アナログ回路は、簡素な構成を採用すれば、故障を少なくできる。このような特性は、安全システムに適用するために好適である。
【００３２】
加えて、フィルタリレー１４は、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２及びフィルタリレー１４に含まれている回路の故障検出を容易化するための構成を有している。具体的には、第１に、フィルタリレー１４には、モニタ出力端子３４ｘと、３４ｙとが設けられている。モニタ出力端子３４ｘは、ＨＰＦ２５ｘの出力端子に接続されており、ＨＰＦ２５ｘの出力信号を外部に出力する。モニタ出力端子３４ｘから出力される出力信号を監視することにより、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出することができる。同様に、モニタ出力端子３４ｙは、ＨＰＦ２５ｙの出力端子に接続されており、ＨＰＦ２５ｙの出力信号を外部に出力する。モニタ出力端子３４ｙから出力される出力信号を監視することにより、Ｙ方向加速度センサ１２又は入力端子２１ｙとモニタ出力端子３４ｙの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出することができる。
【００３３】
本実施形態では、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２、及び、フィルタリレー１４の故障検出がＰＬＣ１３によって行われる。以下では、ＰＬＣ１３によって行われる故障検出の例について説明する。
【００３４】
モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙは、信号線１９ｘ、１９ｙを介してＰＬＣ１３のアナログ入力１３ａに接続され、モニタ出力端子３４ｘ、３４ｙの出力信号（フィルタ１４ｘ、１４ｙの出力信号）がＰＬＣ１３に供給される。一方で、ＰＬＣ１３には、電流−電圧変換回路２３ｘ、２３ｙとフィルタ１４ｘ、１４ｙの動作をシミュレートするためのソフトウェアプログラム１３ｃが組み込まれている。詳細には、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａの出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値に対してデジタル演算を行い、フィルタ１４ｘの出力信号の予測値を算出する。更にソフトウェアプログラム１３ｃは、モニタ出力端子３４ｘから得られたフィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値とを比較し、その比較結果から、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出する。例えば、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値とが、所定時間の間、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値との差が所定値よりも大きい場合、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｘ方向加速度センサ１１又は入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分のいずれかに故障があると判断する。
【００３５】
同様に、ソフトウェアプログラム１３ｃは、Ｙ方向加速度センサ１２の第１チャンネル１２ａの出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値に対してデジタル演算を行い、フィルタ１４ｙの出力信号の予測値を算出する。更にソフトウェアプログラム１３ｃは、モニタ出力端子３４ｙから得られたフィルタ１４ｙの出力信号の実測値とフィルタ１４ｙの出力信号の予測値とを比較し、その比較結果から、Ｙ方向加速度センサ１２又は入力端子２１ｙとモニタ出力端子３４ｙの間に設けられた回路部分のいずれかにおける故障の発生を検出する。
【００３６】
この故障検出の際に、Ｘ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２からＰＬＣ１３及びフィルタリレー１４に入力される出力アナログ信号の入力レベルを参照すれば、故障個所を特定する事も可能である。例えば、フィルタ１４ｘの出力信号の実測値とフィルタ１４ｘの出力信号の予測値の差が大きい場合について考える。この場合、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａの出力アナログ信号の入力レベル（即ち、該出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換をして得られた値）が過剰に小さければ、ＰＬＣ１３は、Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａに故障があると判断することができる。また、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂから入力端子２１ｘに供給される出力アナログ信号の入力レベルが過剰に小さければ、ＰＬＣ１３は、Ｘ方向加速度センサ１１の第２チャンネル１１ｂに故障があると判断することができる。ここで、入力モニタ２２ｘにより監視されていることに留意されたい。Ｘ方向加速度センサ１１の第１チャンネル１１ａ、第２チャンネル１１ｂから供給される出力アナログ信号の両方の入力レベルが正常範囲にあれば、ＰＬＣ１３は、フィルタリレー１４の入力端子２１ｘとモニタ出力端子３４ｘの間に設けられた回路部分に故障があると判断することができる。フィルタ１４ｙの出力信号の実測値とフィルタ１４ｙの出力信号の予測値の差が大きい場合についても、同様の手法によって故障個所を特定することができる。
【００３７】
もう一つの故障検出を容易化するための構成は、ＯＲ回路２８の入力に接続されたテストスイッチ３２である。本実施形態では、テストスイッチ３２がＯＲ回路２８の入力に接続されていることにより、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１の故障を検出することができる。詳細には、ＯＲ回路２８は、３つの入力を備えており、遅延回路２７ｘ、２７ｙの出力とテストスイッチ３２に接続されている。したがって、本来的には、テストスイッチ３２がオンになると、ＯＲ回路２８の出力信号及びホールド回路２９の出力信号がアサートされ、フィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間が開放状態になる。仮にテストスイッチ３２がオンされてもフィルタリレー１４の出力端子３３ａ、３３ｂの間が開放状態にならなければ、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１のいずれかに故障があると判断できる。即ち、テストスイッチ３２をオンすることにより、ＯＲ回路２８、ホールド回路２９、リレー３０及び電源モニタ３１の故障を検出できる。
【００３８】
このように、本実施形態のフィルタリレー１４は、その大部分（比較回路２６ｘ、２６ｙ、遅延回路２７ｘ、２７ｙ以外の回路部分）の故障を検出可能に構成されている。これは、異常振動検出装置の信頼性の向上に好適である。
【００３９】
以上に説明されているように、本実施形態の異常振動検出装置では、フィルタリレー１４のフィルタ１４ｘ、１４ｙによってタワー２の固有振動数の近傍の周波数領域の周波数成分が選択的に取り出され、該周波数成分に応答して風力発電装置１の非常停止が行われる。これにより、タワー２の倒壊を招き得る危険な過振動が発生した場合に風力発電装置を確実に停止させる一方で、危険でない振動を検出しても風力発電装置の運転を継続することができる。加えて、本実施形態の異常振動検出装置は、過振動の検出に使用されるＸ方向加速度センサ１１、Ｙ方向加速度センサ１２、及び、フィルタリレー１４の故障検出を容易化する構成を有しており、これは、信頼性の向上に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１：風力発電装置
２：タワー
３：ナセル
４：風車ロータ
５：ロータヘッド
６：風車翼
１１：Ｘ方向加速度センサ
１１ａ：第１チャンネル
１１ｂ：第２チャンネル
１２：Ｙ方向加速度センサ
１２ａ：第１チャンネル
１２ｂ：第２チャンネル
１３：ＰＬＣ
１３ａ：アナログ入力
１３ｂ：デジタル入力
１４：フィルタリレー
１４ｘ、１４ｙ：フィルタ
１５：リレー
１６：安全リレー
１７ｘ、１７ｙ、１８ｘ、１８ｙ、１９ｘ、１９ｙ：信号線
２１ｘ、２１ｙ：入力端子
２２ｘ、２２ｙ：入力モニタ
２３ｘ、２３ｙ：電流−電圧変換回路
２４ｘ、２４ｙ：ＬＰＦ
２５ｘ、２５ｙ：ＨＰＦ
２６ｘ、２６ｙ：比較回路
２７ｘ、２７ｙ：遅延回路
２８：ＯＲ回路
２９：ホールド回路
３０：リレー
３１：電源モニタ
３２：テストスイッチ
３３ａ、３３ｂ：出力端子
３４ｘ、３４ｙ：モニタ出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の異常振動を検出するための異常振動検出装置であって、
前記風力発電装置の特定位置の加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、
前記第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、
前記第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、
前記フィルタリレーの出力端子の状態に応じて前記風力発電装置を非常停止させるための安全システム
とを備え、
前記フィルタリレーは、
前記第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号に応答して、前記フィルタリレーの前記出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号を前記フィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子
とを備え、
前記演算装置は、前記モニタ出力端子から前記フィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に、前記第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対して前記フィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによって前記フィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、前記モニタ出力端子から受け取った前記フィルタ回路部分の出力信号の実測値と前記予測値とを比較して前記第１加速度検出手段、前記第２加速度検出手段又は前記フィルタ回路部分の故障を検出する
異常振動検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の異常振動検出装置であって、
前記フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、
前記出力回路部分は、前記フィルタ回路部分の出力と前記テストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、前記ＯＲ回路の出力信号に応答して前記出力端子の状態を遷移させるように構成された
異常振動検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異常振動検出装置であって、
前記演算装置は、前記第１出力アナログ信号の入力レベルを監視し、
前記フィルタリレーが、更に、前記第２出力アナログ信号の入力レベルを監視する入力モニタを備えており、
前記演算装置は、前記第１及び第２出力アナログ信号の前記入力レベルに基づいて、前記フィルタ回路部分における故障の発生を判別する
異常振動検出装置。
【請求項４】
風力発電装置であって、
前記風力発電装置の特定位置における加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、
前記第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、
前記第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、
前記フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システム
とを備え、
前記フィルタリレーは、
前記第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号に応答して、前記フィルタリレーの前記出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号を前記フィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子
とを備え、
前記演算装置は、前記モニタ出力端子から前記フィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に前記第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対して前記フィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによって前記フィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、前記モニタ出力端子から受け取った前記フィルタ回路部分の出力信号の実測値と前記予測値とを比較して前記第１加速度検出手段、前記第２加速度検出手段又は前記フィルタ回路部分の故障を検出する
風力発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の風力発電装置であって、
前記フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、
前記出力回路部分は、前記フィルタ回路部分の出力と前記テストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、前記ＯＲ回路の出力信号に応答して前記出力端子の状態を遷移させるように構成された
風力発電装置。
【請求項１】
風力発電装置の異常振動を検出するための異常振動検出装置であって、
前記風力発電装置の特定位置の加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、
前記第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、
前記第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、
前記フィルタリレーの出力端子の状態に応じて前記風力発電装置を非常停止させるための安全システム
とを備え、
前記フィルタリレーは、
前記第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号に応答して、前記フィルタリレーの前記出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号を前記フィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子
とを備え、
前記演算装置は、前記モニタ出力端子から前記フィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に、前記第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対して前記フィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによって前記フィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、前記モニタ出力端子から受け取った前記フィルタ回路部分の出力信号の実測値と前記予測値とを比較して前記第１加速度検出手段、前記第２加速度検出手段又は前記フィルタ回路部分の故障を検出する
異常振動検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の異常振動検出装置であって、
前記フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、
前記出力回路部分は、前記フィルタ回路部分の出力と前記テストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、前記ＯＲ回路の出力信号に応答して前記出力端子の状態を遷移させるように構成された
異常振動検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異常振動検出装置であって、
前記演算装置は、前記第１出力アナログ信号の入力レベルを監視し、
前記フィルタリレーが、更に、前記第２出力アナログ信号の入力レベルを監視する入力モニタを備えており、
前記演算装置は、前記第１及び第２出力アナログ信号の前記入力レベルに基づいて、前記フィルタ回路部分における故障の発生を判別する
異常振動検出装置。
【請求項４】
風力発電装置であって、
前記風力発電装置の特定位置における加速度を検出する第１及び第２加速度検出手段と、
前記第１加速度検出手段から出力される第１出力アナログ信号を受け取る演算装置と、
前記第２加速度検出手段から出力される第２出力アナログ信号を受け取るフィルタリレーと、
前記フィルタリレーの出力端子の状態に応じて当該風力発電装置を非常停止させるための安全システム
とを備え、
前記フィルタリレーは、
前記第２出力アナログ信号に対して所定の周波数成分を取り出すフィルタリング処理を行うアナログ回路を備えたフィルタ回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号に応答して、前記フィルタリレーの前記出力端子の状態を遷移させる出力回路部分と、
前記フィルタ回路部分の出力信号を前記フィルタリレーの外部に取り出すモニタ出力端子
とを備え、
前記演算装置は、前記モニタ出力端子から前記フィルタ回路部分の出力信号を受け取ると共に前記第１出力アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って得られた値に対して前記フィルタ回路部分をシミュレートするデジタル演算を行うことによって前記フィルタ回路部分の出力信号の予測値を生成し、前記モニタ出力端子から受け取った前記フィルタ回路部分の出力信号の実測値と前記予測値とを比較して前記第１加速度検出手段、前記第２加速度検出手段又は前記フィルタ回路部分の故障を検出する
風力発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の風力発電装置であって、
前記フィルタリレーは、更に、テストスイッチを備え、
前記出力回路部分は、前記フィルタ回路部分の出力と前記テストスイッチとに入力が接続されたＯＲ回路を備えると共に、前記ＯＲ回路の出力信号に応答して前記出力端子の状態を遷移させるように構成された
風力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−５２４４５（Ｐ２０１２−５２４４５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４４６８（Ｐ２０１０−１９４４６８）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]