JP5022488B2 - 風力発電装置およびその健全性診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置が正常に機能しないリスクを極力低減するために行う健全性診断方法およびその診断が行われる風力発電装置に関し、特に、危急時に制御油圧をバックアップするアキュムレータ内圧や翼のピッチ動作の健全性についての診断方法およびその診断が行われる風力発電装置に関する。

近年、クリーンなエネルギーを利用した発電装置として風力発電装置の開発が行われている。この風力発電装置は、増速機を介して発電機が接続された回転軸の端部に複数のプロペラ（翼）を設け、該複数の翼に風力を作用させて該回転力により発電機を駆動して発電させるものである。

この風力発電装置の油圧供給装置には、不具合時のバックアップ、すなわちインターロック機構（安全装置）として、油圧供給回路にアキュムレータを設置するものが知られている。
例えば、特開昭６３−１９２９６８号公報には、図１０に示すように、油圧ポンプ０１により油タンク０２内の油が昇圧され、油圧調整弁０３により規定の油圧に調整され、調整された油は逆止弁０５を通って常時アキュムレータ０７に蓄圧されるようになっている。さらに、電磁切換え弁０９を介して危急停止油圧シリンダ０１１に送られるようになっている。そして、停電時には、電磁切換え弁０９によって油圧回路が自動的に切り替えられてアキュムレータ０７に蓄圧されている油が危急停止圧シリンダ０１１に加えられて、ピストンは図の左側に移動して翼０１３の翼角を風車の停止側へ移動させるようになっている。

特開昭６３−１９２９６８号公報

しかし、特許文献１のようにアキュムレータを設置しても、万一、アキュムレータを構成するガス封入室の隔壁が破損してガス漏れが生じた場合には、危急時における翼角の制御ができなくなるリスクがある。

例えば、風が強い時の停電時において、ロータの過回転を避けるために翼をフェザリングさせる必要があるが、この場合に、油圧源の油圧ポンプはダウンして作動できないため、アキュムレータのガス圧を用いて翼をフェザリングさせる必要がある。このような場合に、アキュムレータ内のガス圧が低下していたのでは、危急時の対応ができず、さらに、ガス圧は正常に残っていても、一定時間内に翼を閉じることができないような機械的固着があったのでは、危急時の対応が十分得られない問題がある。

そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、油圧供給装置におけるインターロック機構（安全装置）として、油圧供給回路に設けられたアキュムレータの健全性およびピッチ作動の健全性を診断して、危急時にアキュムレータのガス圧によって、ピッチ閉作動が正常に機能するようにして、危急時に適切な対応ができない状態に陥るリスクを低減して信頼性を向上する風力発電装置および前記健全性の診断方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、第１発明の風力発電装置は、翼ピッチ制御手段を構成する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対して作動油を供給する油圧供給装置と、前記油圧供給装置を構成する油圧回路に設置され、油圧ポンプで発生した油圧を蓄えるガス室を有したアキュムレータとを備えた風力発電装置において、前記アキュムレータのガス室のガス圧の健全性を判定するガス圧判定手段と、前記ガス圧判定手段によってガス圧が健全であると判定した場合に、前記アキュムレータに蓄えられた加圧作動油による前記ピッチ制御手段のピッチ動作の健全性を判定するピッチ動作判定手段と、一定期間毎に、若しくは開始スイッチがＯＮされた時に、開始条件を判定して前記ガス圧判定手段を開始すべきかを判定する判定開始手段と、を有する健全性診断装置を備えたことを特徴とする。

本第１発明によれば、一定期間毎に自動的に、若しくは開始スイッチがＯＮされたときに、開始条件を判定して前記ガス圧判定手段を開始し、このガス圧判定手段によって、ガス圧が正常である場合には、さらに、ピッチ動作判定手段によって翼のピッチ動作が正常に作動するかを判定するので、アキュムレータ内のガス圧の低下、および、翼の機械的固着の発生を診断することができる。
その結果、危急動作時、例えば、風が強い時の停電時において、ロータの過回転を避けるために翼をフェザリングさせる必要がある場合に、すなわち、油圧源の油圧ポンプはダウンして作動できないため、アキュムレータのガス圧を用いて翼をフェザリングさせる場合に、アキュムレータ内のガス圧によって、翼ピッチを正常にフェザリングさせることができ、危急時の作動の信頼性を向上できる。

また、第１発明において、前記ガス圧判定手段は、前記油圧ポンプの停止後の所定の油圧までの油圧低下時間からガス圧の健全性を判定するとよい。
油圧ポンプを停止してから所定の油圧までの油圧低下時間が閾値時間より短ければ、油圧低下の割合が大きいと判定して、アキュムレータのガス室内のガス圧が抜けていて蓄圧機能が正常でないと判定する。
また、前記ガス圧判定手段は、前記油圧ポンプの停止後の所定時間経過後の油圧圧力からガス圧の健全性を判定するとよい。
この場合は、例えば、油圧ポンプを停止してから、１２０秒後に、アキュムレータ近傍の油通路に設置した油圧センサからの検出油圧が、閾値圧力より低下していれば、油圧低下の割合が大きいと判定して、アキュムレータのガス室内のガス圧が抜けていて蓄圧機能が正常でないと判定する。このように、ガス圧を直接計測せずに油圧の低下状態に基づいて判定することで、健全性診断装置を複雑化せずにガス圧の状態を診断できる。

さらに、前記ガス圧判定手段によるガス圧の健全性の判定時には、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断した状態で行われるとよい。
このように、ブレーキ装置およびピッチ駆動シリンダへの油圧供給を遮断して、一定条件の下で作動油タンクへの還流に伴う油圧低下状態を計測できるため、アキュムレータ内のガス圧の放出による蓄圧機能の低下をより正確に診断できる。

また、第１発明において、前記ピッチ動作判定手段は、前記油圧ポンプの停止後に翼の全開状態から前記アキュムレータの蓄圧によって全閉状態へ閉動作させた際の動作時間からピッチ動作の健全性を判定するとよい。
例えば、翼が全開状態にあるときに油圧ポンプを停止し、そこから例えば１０秒後に、翼の閉方向へのピッチ角度の変化量が、閾値角度以上に達していない場合には、翼のピッチ動作に異常があると判定する。なお、このピッチ動作判定手段は、前記ガス圧判定手段によってアキュムレータのガス室内のガス圧が正常であると判定した場合にのみ行われるので、翼のピッチ動作の健全性、つまり機械的な固着だけを正確に判定できる。

さらに、前記ピッチ動作判定手段によるピッチ動作の健全性の判定は、風向きに対して翼回転面を略平行とし、さらに、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキをＯＮし、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキをＯＮした状態で行うとよい。

このように、風向きから翼をかわすためにナセルを風向き対して翼回転面を略平行とし、さらにヨーブレーキおよび主軸ブレーキをＯＮすることによって、翼のピッチ動作に対する風の影響およびロータの回転の影響を極力避けた状態にすることで、正確なピッチ動作の健全性を判定できる。

第２発明の風力発電装置の健全性診断方法は、翼ピッチ制御手段を構成する油圧アクチュエータに対して作動油を供給する油圧供給装置を備えた風力発電装置の健全性診断方法において、一定期間毎に、若しくは開始スイッチがＯＮされた時に、健全性診断の開始条件を判定して診断を開始すべきかを判定する判定開始ステップと、判定開始ステップによって、診断が開始されると、まず、前記油圧供給装置を構成する油圧回路に設置され、油圧ポンプで発生した圧油を蓄えるガス室を有したアキュムレータのガス室のガス圧の健全性を判定するガス圧判定ステップと、該ガス圧判定ステップによって、ガス圧が健全であると判定された場合には、次いで、前記アキュムレータに蓄えられた加圧作動油による前記ピッチ制御手段のピッチ動作の健全性を判定するピッチ動作判定ステップと、を備えることを特徴とする。

本第２発明によれば、一定期間毎に自動的に、若しくは開始スイッチがＯＮされた時に、開始条件を判定して前記ガス圧判定手段を開始し、このガス圧判定手段によって、ガス圧が正常である場合には、さらに、ピッチ動作判定手段によって翼のピッチ動作が正常に作動するかを判定するので、前記第１発明と同様に、危急動作時、例えば、風が強い時の停電時において、ロータの過回転を避けるために翼をフェザリングさせる必要がある場合に、すなわち、油圧源の油圧ポンプはダウンして作動できないため、アキュムレータのガス圧を用いて翼をフェザリングさせる場合に、アキュムレータ内のガス圧によって、翼ピッチを正常にフェザリングさせることができ、危急時の作動の信頼性を向上できる。

また、第２発明において、前記ガス圧判定ステップは、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断し、その後、前記油圧ポンプを停止し、所定の油圧までの油圧低下時間からガス圧の健全性を判定するとよい。

前記油圧ポンプを停止して所定の油圧までの油圧低下時間からガス圧の健全性を判定するので、アキュムレータのガス圧が抜けていることを正確に診断できる。
さらに、ブレーキ装置およびピッチ駆動シリンダへの油圧供給を遮断して、一定条件の下で作動油タンクへの還流に伴う油圧低下状態を計測できるため、アキュムレータ内のガス圧の抜けによる蓄圧機能の低下をより正確に診断できる。

また、第２発明において、前記ガス圧判定ステップは、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断し、その後、前記油圧ポンプを停止し、所定時間経過後の油圧圧力からガス圧の健全性を判定するとよい。
この場合は、例えば、油圧ポンプを停止してから、１２０秒後に、アキュムレータ近傍の油通路に設置した油圧センサからの検出油圧が、閾値圧力より低下していれば、油圧低下の割合が大きいと判定して、アキュムレータのガス室内のガス圧が抜けていて蓄圧機能が正常でないと判定する。このように、ガス圧を直接計測せずに油圧の低下状態に基づいて判定することで、健全性診断装置を複雑化せずにガス圧の状態を診断できる。

また、第２発明において、前記ピッチ動作判定ステップは、風向きに対して翼回転面を略平行とし、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキをＯＮし、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキをＯＮし、その後、油圧ポンプの作動油圧によって翼を全開まで開き、油圧ポンプの停止後に翼の全開状態から前記アキュムレータの蓄圧によって全閉状態へ閉動作させた際の動作時間からピッチ動作の健全性を判定するとよい。

風向きから翼をかわすために風向きに対して翼回転面を略平行とし、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキをＯＮし、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキをＯＮし、その後、油圧ポンプの作動油圧によって翼を全開まで開き、油圧ポンプを停止して翼の動作時間からピッチ動作の健全性を判定するので、翼のピッチ動作に対する風の影響およびロータの回転の影響を極力避けた状態にすることで、正確なピッチ動作の健全性、つまり機械的な固着だけを正確に判定できる。

本発明によれば、油圧供給装置におけるインターロック機構（安全装置）として、油圧供給回路に設けられたアキュムレータの健全性およびピッチ作動の健全性を診断して、危急時にアキュムレータのガス圧によって、ピッチ閉作動が正常に機能するようにして、危急時に適切な対応ができない状態に陥るリスクを低減して信頼性を向上できる。

風力発電装置の全体構成例を示す図である。 ナセル内のドライブトレインおよび発電機を示す横面図である。 油圧供給装置の全体構成説明図である。 図３のＸ部の拡大説明図である。 制御装置の全体構成ブロック図である。 健全性診断装置の制御フローチャートである。 アキュムレータガス圧判定手順の説明図である。 ピッチ動作判定手順の説明図である。 ピッチ動作判定における判定閾値の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
以下では、まず、風力発電装置の一例について説明した後、本発明にかかる健全性診断装置について詳述する。

（全体構成）
図１は、風力発電装置の全体構成例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータヘッド６と、ロータヘッド６に取り付けられた複数枚の回転翼８とで構成されている。

支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル４が設置される。

ナセル４は、ロータヘッド６を支持するとともに、その内部にドライブトレイン１０や発電機１８を収納している。

図２はナセル４の内部のドライブトレイン１０及び発電機１８の詳細を示す図である。同図に示すように、ドライブトレイン１０は、ロータヘッド６のロータハブ６Ａに連結された主軸１２と、主軸１２に連結された増速機１４と、増速機１４を発電機１８に連結するカップリング１６とを有する。

主軸１２は、回転翼８およびロータヘッド６とともに回転するように、ロータハブ６Ａに連結されるとともに、主軸受１１によって回転可能にケーシング側に固定されている。なお、主軸受１１の上部には、グリースを給脂するためのグリース補給口（不図示）が設けられている。

増速機１４は、主軸１２とカップリング１６との間に配置され、主軸１２を介してロータヘッド６側から入力された回転を増速して、カップリング１６に出力するようになっている。増速機１４は、特に限定されないが、例えば、遊星増速機構および平歯車増速機構（いずれも不図示）を組み合わせたものを用いることができる。この増速機１４によって、例えば、主軸１２を介してロータヘッド６側から入力された２０ｒｐｍ程度の回転が１８００ｒｐｍ程度まで増速された後、カップリング１６を介して発電機１８に伝えられる。

カップリング１６は、増速機１４の最終出力軸と発電機１８の入力軸とを連結する軸継手である。例えば、増速機１４の最終出力軸と発電機１８の入力軸とのミスアライメントを吸収するたわみ軸継手を用いることができる。

またカップリング１６には、ブレーキディスク１９Ａ及びブレーキパッド１９Ｂからなる主軸ブレーキ装置１９が取り付けられている。この主軸ブレーキ装置１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、カップリング１６を制動する。主軸ブレーキ装置１９は、例えば、ブレーキパッド１９Ｂが不図示のスプリングによってブレーキディスク１９Ａ側に常に付勢されるとともに、通常運転時において油圧の力でブレーキパッド１９Ｂをスプリングの付勢力に抗してブレーキディスク１９Ａから離すように構成してもよい。

なお、風力発電装置１のブレーキ動作は、通常、後述するピッチ制御による制動が主であり、主軸ブレーキ装置１９は補助的なものである。つまり、強風時の安全対策やメンテナンス時に回転軸を停止させる場合、まずはピッチ制御により回転翼８をフェザリングさせ、回転軸の回転を抑制した後、主軸ブレーキ装置１９によって回転を完全に停止させるようになっている。

またナセル４の下部には、ナセル４をヨー方向に旋回させるナセル旋回機構２０が設けられている。ナセル旋回機構２０は、例えば図２に示すように、ヨーモータ２２と、ヨーモータ２２の駆動により回転するピニオン２４と、ピニオン２４と噛み合う内歯車２６とで構成してもよい。これにより、ヨーモータ２２を駆動すると、ピニオン２４が回転し、ナセル４がヨー旋回する。なお、ナセル旋回機構２０には、ブレーキディスク及びブレーキシューからなるヨーブレーキ装置２９（図３参照）が設けられており、ナセル４のヨー旋回を制動するようになっている。

図１及び２に示すように、ロータヘッド６は、略水平な軸線周りに回転可能にナセル４に固定されるとともに、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、このロータハブ６Ａを覆う頭部カプセル６Ｂとを含んで構成される。

またロータハブ６Ａには、図２に示すように、回転翼８を軸線周り（図２の矢印方向）に回転させて回転翼８のピッチ角を変更するピッチ制御手段３０が設けられている。このピッチ制御手段３０は、図３に示すようにピッチ駆動シリンダ３３への油圧の供給と排出とによって制御され、ピッチ駆動シリンダ３３の動きがリンク機構３５で互いに連結されており、各回転翼８のピッチ角制御を連動して行うようになっている。

（油圧供給装置）
次に、風力発電装置１の油圧供給装置４０について説明する。図３において、油圧ポンプ４１によって、作動油タンク４３内の作動油が送り出されるようになっている。この油圧ポンプ４１はモータ４５によって駆動され、レギュレータバルブ４７によって定圧化され、定圧化された圧油は、アキュムレータ４９に蓄えられるとともに送り出される。アキュムレータ４９は、内部には所定圧力のガス（例えば窒素ガス）が封入されたガス室５１と、作動油を溜める油室５３とが仕切られ、油室５３内の圧力変動に伴って、ガス室５１が拡縮するようになっている。なお、このアキュムレータ４９の部分Ｘの拡大図を図４に示す。

アキュムレータ４９は、停電などの危急時に油圧ポンプ４１が停電で停止すると、アキュムレータ４９内のガス室５１のガス圧によって、応急措置として油圧装置に一時的に作動油を送り出せるようになっており、危急時のバックアップとして油圧ポンプ４１の下流側近傍に位置されている。

油圧ポンプ４１によって送り出された作動油は、分岐部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にてそれぞれ分岐されて各供給配管５５、５７、５９に送り込まれるようになっている。
供給配管５５は、主軸ブレーキ装置１９を構成するブレーキ部６１に接続されており、供給配管５５からブレーキ部６１に油圧が供給されて、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、カップリング１６を制動するようになっている。

また、供給配管５５の途中には、主軸ブレーキ制御弁６３が設けられており、この主軸ブレーキ制御弁６３によってブレーキ部６１への油圧の供給及び解除が行われるようになっている。
なお、油圧解除時に戻される作動油は、主軸ブレーキ制御弁６３に接続された戻り配管を介して作動油タンク４３内へ戻されるようになっている。

ピッチ駆動シリンダ３３には、一対の油供給配管６５ａと、油戻り配管６５ｂとがそれぞれ接続されており、これら油供給配管６５ａと、油戻り配管６５ｂがピッチ制御弁６７に接続されている。そして、ピッチ制御弁６７が駆動されて、供給配管６９からの作動油が、油供給配管６５ａと、油戻り配管６５ｂのいずれかに選択的に供給されることにより、ピッチ駆動シリンダ３３が駆動されて、回転翼８のピッチ角が変えられるようになっている。

また、供給配管５７は、途中で分岐されてヨーブレーキ装置２９にそれぞれ接続されており、その途中に設けられたヨーブレーキ制御弁７１によってヨーブレーキ装置２９への作動油の供給制御が行われて、ヨーブレーキ装置２９における制動の作動及び解除が行われるようになっている。なお、ヨーブレーキ装置２９の解除時に戻される作動油は、戻り配管を介して作動油タンク４３へ戻されるようになっている。

さらに、停電等で油圧ポンプ４１の作動が停止した場合に作動する危急制御弁７３（第１危急弁７３ａ、第２危急弁７３ｂ）が設けられている。例えば、風が強い時の停電時において、ロータの過回転を避けるために回転翼８をフェザリングさせる必要があるが、この場合に、油圧源の油圧ポンプ４１はダウンして作動できないため、アキュムレータ４９のガス圧を用いて回転翼８をフェザリングさせる必要がある。
このような場合に、図３の第１危急弁７３ａ、および第２危急弁７３ｂは、ともに非通電時に連通するように設定され、さらに、ピッチ制御弁６７は非通電時に中立位置に保持されるように設定されるため、アキュムレータ４９内のガス室５１のガス圧を用いて、第１危急弁７３ａ、第２危急弁７３ｂを介して、ピッチ駆動シリンダ３３の油室３３ａに作動油が供給されるとともに油室３３ｂから作動油が排出されて、回転翼８がフェザー方向へ回動するようになっている。

（制御装置）
図５に示すように、風力発電装置１には、制御装置７５が設けられ、この制御装置７５には、主軸ブレーキ制御弁６３、ピッチ制御弁６７、ヨーブレーキ制御弁７１、危急制御弁７３（７３ａ、７３ｂ）をそれぞれ制御する制御弁制御装置７７と、アキュムレータ４９のガス室５１のガス圧状態および回転翼８のピッチ動作の健全性を診断する健全性診断装置７９が設けられている。

健全性診断装置７９は、アキュムレータ４９のガス室５１のガス圧の健全性を判定するガス圧判定手段８１と、ガス圧判定手段８１によってガス圧が健全であると判定したときに、アキュムレータ４９に蓄えられた加圧作動油によってピッチ駆動シリンダ３３が正常にピッチ動作を行うかどうかの健全性を判定するピッチ動作判定手段８３とが設けられ、さらに、前記ガス圧判定手段８１の判定を開始するため判定開始手段８５が設けられている。この判定開始手段８５では、一定期間毎（例えば２４時間毎）に自動的に、若しくは作業者の開始スイッチ８６のＯＮ操作時に、前記ガス圧判定手段８１の判定を開始する判定開始フラグが立つようになっている。

また、健全性診断装置７９には、ガス圧判定手段８１およびピッチ動作判定手段８３のためにピッチ角検出センサ８７からの信号、アキュムレータ４９と分岐部Ｐ１との間の油通路に設けられた油圧センサ８８からの検出信号が入力される。さらに、ロータ回転センサ８９からの回転数信号、風速計９０からの風速信号が入力される。
さらに、健全性診断装置７９には、診断結果で異常と判定した場合に注意を喚起するために報知手段９１が備えられている。

次に、以上のように構成された制御装置７５、および油圧供給装置４０を基に、健全性診断装置７９における制御を図６のフローチャートを参照して説明する。
図６に示すフローチャートは、健全性診断装置７９の全体のフローを示すものである。まず、開始するとステップＳ２で、アキュムレータ４９のガス室５１内のガス圧の診断を開始するためのアキュムレータガス圧判定フラグが成立しているか否かを判定する。

このアキュムレータガス圧判定フラグは、図７に示すように、２４時間毎に自動で成立する場合（Ｓ１１）と、もしくは作業者の開始スイッチ８６のＯＮ操作信号を基に手動で成立する場合（Ｓ１２）の何れによってもよい。
そして、アキュムレータガス圧判定フラグが成立したときに（Ｓ１３）、ステップＳ３で、診断開始条件が成立しているか判定する。この診断開始条件は、図７に示すように、例えば、風力発電装置１が起動禁止中であること（Ｓ１４）、主軸ブレーキ装置１９がＯＦＦであること（Ｓ１５）、ヨーブレーキがＯＦＦであること（Ｓ１６）、翼ピッチが実角度で停止していること（Ｓ１７）、風速が３．５ｍ／ｓ以下で発電待機中であること（Ｓ１８）等である。そして、これら条件が全て満たされている場合には診断開始条件が成立していると判定してステップＳ４でアキュレータガス圧判定を実行する。

このアキュムレータ４９のガス圧判定は、油圧ポンプ４１を停止して（Ｓ１９）、アキュムレータのガス圧を判定する（Ｓ２０）。このアキュムレータガス圧の判定は、例えば、油圧ポンプ４１を停止してから、１２０秒後に、アキュムレータ４９の近傍の油通路に設置した油圧センサ８８からの検出値が、閾値圧力より低下していれば、作動油タンク４３への還流に伴う油圧低下の割合が大きいと判定して、アキュムレータ４９のガス室５１内のガス圧が抜けていて蓄圧機能が正常でないと判定して異常を報知する（Ｓ２１）。
なお、判定に際して、圧力基準として、油圧センサ８８の検出値が、油圧ポンプ４１を停止してから所定圧力に低下するまでの時間が閾値時間より長い場合には正常と判定するようにしてもよい。

このように、ガス圧を直接計測せずに油圧の低下時間に基づいて判定することで、健全性診断装置を複雑化せずにアキュムレータ４９内のガス室５１のガス圧の健全性を診断できる。

具体的な油圧回路は、図３において、ピッチ制御弁６７をＡポートに切換えるとともに、第１危急弁７３ａを作動状態にしてＣポートに切換え、第２危急弁７３ｂを非作動状態にしてＥポートに位置させて作動油タンク４３に戻る還流回路を形成する。そして、油圧ポンプ４１の停止に伴い、アキュムレータ４９内に蓄圧された作動油が、ピッチ制御弁６７のＡポートを通って、第２危急弁７３ｂのＥポートを通って作動タンクに還流するように流れる回路を形成するため、アキュムレータ４９内の圧力および油通路内の油圧は低下していく。

この油圧の低下状態を油通路に設置した油圧センサ８８で検出する。アキュムレータ４９のガス室５１が拡張する過程では、油圧センサ８８の検出値は、穏やかに低下するが、ガス室５１が膨張し終わると急激に低下する傾向を示す。また、ガス室５１が破損しガス圧が抜けた場合には、ガス室５１の膨張作用か不十分のため油圧センサ８８の検出値に早期の低下が見られる。従って、油通路の油圧低下を検出してガス室５１内のガス圧の状態を診断できる。

なお、アキュムレータ４９のガス圧判定の際には、油圧ポンプ４１の停止時の油圧を通常運転時の油圧より高くして停止するとよい。つまり、高い油圧による方が、油圧ポンプ４１の停止後、例えば１２０秒後の油圧低下状態を正確に判定できるようになるため、アキュムレータ４９の蓄圧能力の劣化を精度よく判定できる。例えば、通常の運転時においては３ＭＰａの制御油圧を掛けているものを、ガス圧判定の際に５ＭＰａの制御油圧として油圧ポンプ４１を駆動しその後運転を停止して、油圧センサ８８による油圧の低下状況から判定する。

また、ガス圧判定手段８１によるガス圧の健全性の判定が、ヨー旋回を制動するヨーブレーキ装置２９、主軸ブレーキ装置１９、およびピッチ制御手段３０のピッチ駆動シリンダ３３への油圧供給を遮断した状態で行われるので、一定条件の下で作動油タンク４３への還流油による油圧低下状態を計測できるため、すなわち油圧計測時の還流状態の条件を一定にしてガス室５１内のガス圧の抜けによる蓄圧機能の低下をより正確に診断できる。

次に、図６のフローチャートに戻って、ステップＳ５で、ピッチ動作判定フラグがＯＮになっているかを判定する。
具体的には、７日毎に自動的に、もしくは作業者の操作スイッチのＯＮ操作信号による手動によって成立する。そして、ピッチ動作判定フラグが成立したときに、ステップＳ６で、診断の開始条件が成立しているか判定する。診断開始条件は、例えば、前記ステップＳ２〜Ｓ４のアキュムレータガス圧の判定が完了していること、および、判定結果ではアキュムレータガス圧が低下していないことである。このピッチ動作判定開始条件が成立している場合には、ステップＳ７でピッチ動作判定を実行して、ステップＳ８でリターンして同様の処理を繰り返す。
以上のようにステップＳ２〜Ｓ４がアキュムレータガス圧判定処理Ｓ９の流れてあり、それに続いて、アキュムレータガス圧判定処理が正常である場合には続いてステップＳ５〜Ｓ７のピッチ動作判定処理Ｓ１０を行う流れとなっている。

ピッチ動作判定は、図８に示すように、まず、ステップＳ３２で、オフセット割り込み動作を行う。このオフセット割り込み動作は、ナセル４の方向を、風向きに対してほぼ９０°ヨー旋回させること、つまり風向きに対して翼回転面を略平行とすることである。さらに、ヨー旋回を制動するヨーブレーキ装置２９をＯＮし、さらに主軸ブレーキ装置１９をＯＮするように主軸ブレーキ制御弁６３およびヨーブレーキ制御弁７１を制御する。
このように、風向きから回転翼８をかわすためにナセル４を風向き対してほぼ９０°ヨー旋回させて、さらにヨーブレーキ装置２９および主軸ブレーキ装置１９をＯＮすることによって、回転翼８のピッチ動作に対する風の影響およびロータの回転の影響を極力避けた状態にすることで、正確なピッチ動作の判定をできるようにしている。

次に、ステップＳ３３で、油圧ポンプ４１の作動油圧によって回転翼８をファイン方向の最大角度（全開）まで回動するようにピッチ動作を行う。このとき、具体的な油圧回路は、図３においてピッチ制御弁６７をＡポートに切換え、第１危急弁７３ａを作動してＣポートに切換え、第２危急弁７３ｂを作動してＦポートに切換える。そして、油圧ポンプ４１の吐出油圧によってピッチ駆動シリンダ３３を開方向に移動して、全開状態まで作動させる。

そして、ステップＳ３４で油圧ポンプ４１を停止するシャットダウン動作を行う。このシャットダウン動作は、ピッチ制御弁６７を中立位置にして、ピッチ制御弁６７からピッチ駆動シリンダ３３に流れる作動油を遮断し、かつ第１危急弁７３ａおよび第２危急弁７３ｂを非作動状態にして、第１危急弁７３ａをＤポートに位置させ、第２危急弁７３ｂをＦポートに位置させる。

油圧ポンプ４１の停止に伴い、アキュムレータ４９内に蓄圧された作動油が、第１危急弁７３ａのＤポートを通って、ピッチ駆動シリンダ３３の油室３３ａに供給されるとともに油室３３ｂから作動油が排出されて、回転翼８がフェザー方向（閉方向）へ回動する。従って、油圧ポンプ４１によって全開状態にある回転翼８を、アキュムレータ４９の蓄圧力によってフェザー方向へと回動される。この際の閉動作状態からピッチ動作の健全性を判定する。

例えば、図９のように、回転翼８が全開状態にあるときに油圧ポンプ４１を停止し、そこから例えば、１０秒後に、回転翼８の閉方向へのピッチ開度の変化量が、閾値角度Ｋ以上に達しているかどうかで判定する。閾値角度Ｋに達していない場合には、回転翼８のピッチ動作に異常があると判定する。この場合、ラインＬ１のような閉動作は正常であり、ラインＬ２のような閉動作は異常と判定する。
また、閉動作時間として全閉になるまでの時間ｔ１、ｔ２が閾値時間より長いか短いかによって判定してもよい。
そして、回転翼８の動作が異常であると判定したときには、ピッチ動作に機械的な固着が生じている可能性が高いため、ステップＳ３５でピッチ動作の異常を報知し、正常の場合にはステップとＳ３６で終了する。

以上のように、本実施形態によれば、油圧供給装置４０におけるインターロック機構（安全装置）として、油圧供給装置４０の油通路に設けられたアキュムレータ４９の健全性およびピッチ作動の健全性を診断して、危急時にアキュムレータ４９のガス圧の低下、およびピッチ動作の機械的固着によって、ピッチ閉作動が正常に機能しないリスクを低減できる。従って、危急時においての作動の信頼性を向上できる。

本発明によれば、油圧供給装置におけるインターロック機構（安全装置）として、油圧供給回路に設けられたアキュムレータの健全性およびピッチ作動の健全性を診断して、危急時にアキュムレータのガス圧によって、ピッチ閉作動が正常に機能するようにして、危急時に適切な対応ができない状態に陥るリスクを低減して信頼性を向上できるので、風力発電装置への利用に適している。

Claims (10)

1. 翼ピッチ制御手段を構成する油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに対して作動油を供給する油圧供給装置と、
   前記油圧供給装置を構成する油圧回路に設置され、油圧ポンプで発生した油圧を蓄えるガス室を有したアキュムレータとを備えた風力発電装置において、
   前記アキュムレータのガス室のガス圧の健全性を判定するガス圧判定手段と、
   前記ガス圧判定手段によってガス圧が健全であると判定した場合に、前記アキュムレータに蓄えられた加圧作動油による前記ピッチ制御手段のピッチ動作の健全性を判定するピッチ動作判定手段と、
   一定期間毎に、若しくは開始スイッチがＯＮされた時に、開始条件を判定して前記ガス圧判定手段を開始すべきかを判定する判定開始手段と、を有する健全性診断装置を備えたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ガス圧判定手段は、前記油圧ポンプの停止後の所定の油圧までの油圧低下時間からガス圧の健全性を判定することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 前記ガス圧判定手段は、前記油圧ポンプの停止後の所定時間経過後の油圧圧力からガス圧の健全性を判定することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
4. 前記ガス圧判定手段によるガス圧の健全性の判定時には、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断した状態で行われること特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
5. 前記ピッチ動作判定手段は、前記油圧ポンプの停止後に翼の全開状態から前記アキュムレータの蓄圧によって全閉状態へ閉動作させた際の動作時間からピッチ動作の健全性を判定することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
6. 前記ピッチ動作判定手段によるピッチ動作の健全性の判定は、風向きに対して翼回転面を略平行とし、さらに、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキをＯＮし、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキをＯＮした状態で行うことを特徴とする請求項５記載の風力発電装置。
7. 翼ピッチ制御手段を構成する油圧アクチュエータに対して作動油を供給する油圧供給装置を備えた風力発電装置の健全性診断方法において、
   一定期間毎に、若しくは開始スイッチがＯＮされた時に、健全性診断の開始条件を判定して診断を開始すべきかを判定する判定開始ステップと、
   判定開始ステップによって、診断が開始されると、まず、前記油圧供給装置を構成する油圧回路に設置され、油圧ポンプで発生した圧油を蓄えるガス室を有したアキュムレータのガス室のガス圧の健全性を判定するガス圧判定ステップと、
   該ガス圧判定ステップによって、ガス圧が健全であると判定された場合には、次いで、前記アキュムレータに蓄えられた加圧作動油による前記ピッチ制御手段のピッチ動作の健全性を判定するピッチ動作判定ステップと、を備えることを特徴とする風力発電装置の健全性診断方法。
8. 前記ガス圧判定ステップは、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断し、その後、前記油圧ポンプを停止し、所定の油圧までの油圧低下時間からガス圧の健全性を判定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置の健全性診断方法。
9. 前記ガス圧判定ステップは、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキ、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキおよびピッチ制御手段のピッチ駆動シリンダへ油圧供給を遮断し、その後、前記油圧ポンプを停止し、所定時間経過後の油圧圧力からガス圧の健全性を判定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置の健全性診断方法。
10. 前記ピッチ動作判定ステップは、風向きに対して翼回転面を略平行とし、ナセルのヨー旋回を制動するヨーブレーキをＯＮし、ロータの回転軸を制動する主軸ブレーキをＯＮし、その後、油圧ポンプの作動油圧によって翼を全開まで開き、油圧ポンプの停止後に翼の全開状態から前記アキュムレータの蓄圧によって全閉状態へ閉動作させた際の動作時間からピッチ動作の健全性を判定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置の健全性診断方法。

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