JP2015102000A

JP2015102000A - 風車ピッチ用ブレーキ機能検出装置

Info

Publication number: JP2015102000A
Application number: JP2013242437A
Authority: JP
Inventors: 夢樹小野; Yumeki Ono
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】風車発電装置の風車ブレードのピッチ角度調整用モータには、メカブレーキ取付けられており、そのメカブレーキの保持トルク点検は、メカブレーキ設置場所が狭いことなどにより点検作業に困難が伴っている。【解決手段】メカブレーキによりピッチ角度調整用モータの回転固定中に、ピッチ角度調整用モータにメカブレーキの保持トルク相当のトルクを発生させるトルク電流を供給する。トルク電流供給時に、ピッチ角度調整用モータが発生するトルクがメカブレーキの保持トルクに勝って回転する風車ブレードの角度変位を検出する。風車ブレードの角度変化量を点検機能部に入力しメカブレーキの保持トルク劣化の有無を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、風車ピッチ用ブレーキの機能検出装置に係わり、特に風車のロータヘッド内に設置されているメカブレーキの保持トルク劣化の有無を検出する装置に関するものである。

図７は、風車のローダヘッド内に配置されるピッチ角度調整装置３の概略図を示したもので、この例ではロータヘッド１には３本の風車ブレード２が角度調整（ピッチ角度調整）可能に取付けられている。ピッチ角度調整装置３は各風車ブレード２に対応して設けられ、ピッチ角度調整用モータ４とメカブレーキを有している。そして、風車ブレード２に備わるモータ４にメカブレーキが取付けられ、風車の停止中は通常メカブレーキの保持トルク力によってモータ４の回転軸は固定されている。
図６は、ピッチ角度調整装置３におけるピッチ角度調整の回路部分図で、交流を直流に変換するコンバータ６、直流を交流に変換してその出力によりピッチ角度調整用モータ４を制御するインバータ７、及びバッテリ電圧を所定の電圧に変換するチョッパ８を備えている。

一般に、風力発電装置における風車の過速抑制制御装置では、風車速度と風速を入力して各入力値に基づいた風車ブレードのピッチ角度を設定するピッチ角度調整装置３を備えて過速抑制制御を行っている。すなわち、風車の回転速度が速くなったときには回転速度が遅くなるようピッチ角度を制御することで、風車の速度が過大になることを防止している。この過速抑制制御として、過大な風速によって回転数が過大上昇してもブレーキなどの外部装置を用いずに風車の回転を減速させるものとして特許文献１及び特許文献２が公知となっている。

特開２００６−２９６１８９特開２００６−２５７９８５

ロータヘッド１内に備わるメカブレーキについては保持トルクが劣化していないか否かの点検が必要となる。点検は風車の定期点検時に作業員によって実施されるが、その点検は数ヶ月で１回程度の低頻度で、且つロータヘッド１内であることから、狭くて暗いなどの環境の悪い設置場所での点検実施のために確認ミス発生の虞が生じている。

メカブレーキの保持トルクが低下した場合、風車ブレード２の角度か意図せぬ方向に変化してしまう。この状態で風車の適用範囲を超過するような強風が発生すると、風車ブレード２がその風圧を受けて意図せぬ回転をすることになる。また、ピッチ角度を調整するためのインバータ７やピッチ角度調整用モータ４が動作できない状況下では風車ブレード２の角度を元に戻すことが出来ず、風車が設計範囲を超えた過速回転状態となって、最悪の場合、風車自体が破損や倒壊に到る虞を有している。
なお、特許文献１，２には、メカブレーキの保持トルクの低下点検に関する技術についての記載はない。

したがって、本発明が目的とするとこは、ロータヘッド内に配置されるメカブレーキの保持トルク点検を自動的に可能とするブレーキ機能検出装置を提供することにある。

本発明は、発電機を風車に連結し、ピッチ角度調整用のインバータ及びメカブレーキを備えたピッチ角度調整用モータを介して複数の各風車ブレードのピッチ角度を調整しながら発電機による発電電力を電力系統へ出力する風力発電装置であって、前記メカブレーキの保持トルクを点検する装置において、
前記メカブレーキによるピッチ角度調整用モータの回転固定中に、このピッチ角度調整用モータに対して前記メカブレーキの保持トルク相当の回転トルクを発生させるトルク電流を供給し、トルク電流供給時の前記風車ブレードの角度変化量を検出して点検機能部に入力し、点検機能部によって前記メカブレーキの保持トルクを検出するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明は、前記トルク電流を、点検信号発生部から任意の時間でピッチ角度制御部、及びピッチ角度調整用のインバータを介して前記ピッチ角度調整用モータに供給すると共に、
前記風車ブレードの角度変化量を検出する角度検出部を設け、検出された角度変化量を前記点検機能部に入力して検出された風車ブレードの角度変化量が予め設定された許容範囲内か否かを判断するよう構成したことを特徴としたものである。

また本発明は、前記点検機能部による点検は、前記複数の風車ブレードのうち１本毎に順次実行することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、従来から備えられているピッチ角度調整用モータやピッチ角度調整用のインバータ等に点検機能を付加するだけで、遠隔から自動的に、且つ任意の頻度でメカブレーキの保持トルクの診断が可能となるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。ロータヘッド内の角度検出部の説明図。トルク電流指令波形図風車ブレードの異常時の検出説明図。点検機能部によるフローチャート。従来のピッチ角度調整装置の構成図。ピッチ角度調整装置の取付け状態図。

図１は、本発明の実施例を示す構成図で、図６と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、図６との相違点は、風車ブレード数に対応して格別に検出可能に設けられたピッチ角度検出部１０と、点検機能部１１を設けると共に、ピッチ角度制御部５に点検信号発生部１２を設け、その点検信号をピッチ角度制御部５、およびインバータ７を介して出力するよう構成したことである。ピッチ角度検出部１０は、図２で示すようにロータヘッド１の水平上に設けられた回転軸に対し、風車ブレード２のピッチ角度αが検出されて検出値は後述する点検機能部１１に送出される。

なお、図１で示す実施例では、点検機能部１１の出力をピッチ角度制御部５を介してピッチ角度調整用のインバータ７に出力するよう構成しているが、直接インバータ７に図３で示す所定のトルク指令を与えるように構成してもよく、また、風車制御システムが各ピッチ角度調整用のインバータ７に対してトルク指令を与えるように構成してもよい。

各風車ブレード２は、風車停止中は通常メカブレーキにより固定されている。点検信号発生部１２は、メカブレーキによって風車ブレード２を固定しているときに、予め設定された時間間隔でピッチ角度制御部５に対し点検信号を発生する。ピッチ角度制御部５は、点検信号を基に図３で示すようなトルク電流指令を生成し、インバータ７を介してピッチ角度調整用モータ４に所定のトルク電流を流してモータ４による回転トルクを発生させる。

トルク電流指令は、例えば風車ブレード２を固定するのに必要な最大トルクとし、メカブレーキに要求される保持トルク相当の回転トルク値に設定する。その
トルク電流指令は立ち上がりの急峻な矩形波信号としもよいが、ここでは、変化率を設けてブレーキへの過渡な負担を避けるために、設定値に達するまでの立ち上がりに傾斜を持たせている。また、トルク電流指令の流通幅は、１回につき３０秒乃至１分程度に時間設定され、風車が固定されて発電していない所定の設定時間毎、例えば、２４時間に１回の頻度で点検信号が点検信号発生部１２より発せられてこの信号を基にピッチ角度制御部５でトルク電流指令を生成し、インバータ７を介してピッチ角度調整用モータ４に供給されて点検が実行される。

図４は風車ブレード角度と時間関係図で、点検時におけるトルク電流指令が出力されている間の風車ブレード角度変化情報を取得するためのものである。風車ブレード角度Ｓ点が正常時における最初の設定位置、Ｒ_Lはブレード角度が最初の設定位置から右方向に変位した場合の上限値、Ｌ_Lは風車ブレード角度が最初の設定位置から左方向に変位した場合の上限値である。

したがって、風車ブレード角度が最初の設定位置ＳとＲ_L間、及び設定位置ＳとＬ_L間の幅内の変化を許容範囲とし、各幅を超えたときを異常と判定する。なお、異常状態が発生し、上限Ｒ_L，Ｌ_Lを超えた時点で直ちに異常と判定するとノイズ混入時の誤動作やキャタリングの可能性が生じる。ここでは、検出された風車ブレード角度が異常ラインＲ_L又はＬ_Lを超えてからＴの判定時間経過後に異常信号を風車発電装置の制御システムに発報して発電運転を停止するよう構成されている。

図５は点検機能部１１による点検のためのフローチャートを示したものである。
ステップＳ１で、点検機能部１１は点検のために発生した前回のトルク電流指令から設定時間（例えば２４時間）経過したか否かと、発電していないか否か（又は風速が低い）を判定する。判定事項が正しい場合、Ｓ２で点検信号発生部１２に対し風車ブレード１本目のトルク電流指令を発生させて当該風車ブレードのチェックを実行し、Ｓ３でその結果により風車ブレード角度の変位は過大であるかを判定する。

このとき、１本目の風車ブレード用のメカブレーキの保持トルクが低下していた場合、トルク電流指令に基づいた回転トルクを出力するピッチ角度調整用モータ４は、メカブレーキの保持トルクに勝ってその回転軸、すなわち、風車ブレード角度が回転する。この回転角度を角度検出部１０が検出し、風車ブレード角度が図３で示すトルク電流指令の出力中に図４で示す異常変位レベルＲ_L又はＬ_Lを超えて異常判定時間Ｔとなったときに風車ブレード角度は変位過大と判定し、ステップＳ９で風車発電装置の制御システムに異常発報して装置を停止させる。

ステップ３で、風車ブレード角度が異常変位レベルＲ_L又はＬ_Lを超えていないと判断した場合、点検機能部１１は点検信号発生部１２に対しトルク電流指令の出力指令を発してステップＳ４で２本目の風車ブレードのチェックを実行する。
このチェックと判定は１本目と同様に行われ、以下ｎ本で構成される各風車ブレード角度の点検までが同様に実行される。この一連の点検実行で風車ブレード角度が正常の場合、ステップＳ８で風車ブレード角度は全てが正常として発電機待機状態に移行する。

なお、風車ブレード角度チェックを、風車ブレードｎ本用の全てのピッチ角度調整用モータ４に同時にトルク電流指令に対応した電流を流して同時チェックすることも考えられるが、その場合、全てのメカブレーキの保持トルクが低下して
ｎ本の風車ブレードの角度変位時に急激な風が発生すると風車が設計範囲を超えた過速回転状態となって、最悪の場合、風車自体が破損や倒壊に到る虞れがある。
このため、本実施例では風車ブレード１本毎に各別にチェックを行っている。
また、全ての風車ブレードのチェックが終了するまで発電動作を停止することで、
トルクチェック回数による風車ブレード毎のバラツキを防止することが出来る。

以上本発明によれば、従来から備えられているピッチ角度調整用モータやピッチ角度調整用のインバータ等に点検機能を付加するだけで、遠隔から自動的に、且つ任意の頻度でメカブレーキの保持トルクの診断が可能となるものである。

１… ローダヘッド
２… 風車ブレード
３… ピッチ角度調整装置
４… ピッチ角度調整用モータ
５… ピッチ角度制御部
６… コンバータ
７… インバータ
８… チョッパ
１０… 角度検出部
１１… 点検機能部
１２… 点検信号発生部

Claims

発電機を風車に連結し、ピッチ角度調整用のインバータ及びメカブレーキを備えたピッチ角度調整用モータを介して複数の各風車ブレードのピッチ角度を調整しながら発電機による発電電力を電力系統に出力する風力発電装置であって、前記メカブレーキの保持トルクを点検する装置において、
前記メカブレーキによるピッチ角度調整用モータの回転固定中に、このピッチ角度調整用モータに対して前記メカブレーキの保持トルク相当の回転トルクを発生させるトルク電流を供給し、トルク電流供給時の前記風車ブレードの角度変化量を検出して点検機能部に入力し、点検機能部によって前記メカブレーキの保持トルクを検出するよう構成したことを特徴とした風車ピッチ用ブレーキ機能検出装置。
前記トルク電流を、点検信号発生部から任意の時間でピッチ角度制御部、及びピッチ角度調整用のインバータを介して前記ピッチ角度調整用モータに供給すると共に、
前記風車ブレードの角度変化量を検出する角度検出部を設け、検出された角度変化量を前記点検機能部に入力して検出された風車ブレードの角度変化量が予め設定された許容範囲内か否かを判断するよう構成したことを特徴とした請求項１記載の風車ピッチ用ブレーキ機能検出装置。
前記点検機能部による点検は、前記複数の風車ブレードのうち１本毎に順次実行することを特徴とした請求項１又は２記載の風車ピッチ用ブレーキ機能検出装置。