特開 2024-111678 風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111678

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラム

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/70 20160101AFI20240809BHJP

   F03D 7/04 20060101ALI20240809BHJP

   F03D 17/00 20160101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

F03D80/70

F03D7/04 Z

F03D17/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016318

(22)【出願日】2023-02-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】山田 敏雅

(72)【発明者】

【氏名】吉水 謙司

(72)【発明者】

【氏名】平野 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】谷山 賀浩

(72)【発明者】

【氏名】仲村 岳

(72)【発明者】

【氏名】伊東 亮

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA40

3H178AA43

3H178AA51

3H178BB01

3H178BB35

3H178BB54

3H178BB56

3H178DD08X

3H178DD12Z

3H178DD52X

3H178DD55X

3H178EE03

3H178EE17

3H178EE35

(57)【要約】

【課題】風車の軸受の損傷を防止することができる風力発電設備のインターバル時間設定装置を提供する。
【解決手段】実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置は、ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための装置である。風力発電設備のインターバル時間設定装置は、停止時の軸受の温度を取得する軸受温度取得部と、軸受温度取得部により取得された軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断する軸受温度判断部と、軸受温度判断部による判断結果に基づいてインターバル時間を設定するインターバル設定部と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための風力発電設備のインターバル時間設定装置であって、
停止時の前記軸受の温度を取得する軸受温度取得部と、
前記軸受温度取得部により取得された前記軸受の前記温度が温度閾値よりも高いか否かを判断する軸受温度判断部と、
前記軸受温度判断部による判断結果に基づいて前記インターバル時間を設定するインターバル設定部と、
を備えた、風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項2】

前記温度閾値は、前記風車の連続回転時間と前記風車の軸受に充填されたグリスの温度を示す温度特性モデルに基づいて設定され、
前記温度特性モデルは、前記風車の回転開始時間から第１時間に達するまでの第１時間帯と、前記第１時間から第２時間に達するまでの第２時間帯と、前記第２時間から第３時間に達するまでの第３時間帯と、を含み、
前記第２時間帯における前記グリスの温度は、前記第１時間帯における前記グリスの温度よりも高く、
前記第３時間帯における前記グリスの温度は、前記第２時間帯における前記グリスの温度よりも低く、
前記温度閾値は、前記第２時間帯における前記グリスの最高温度以上の温度に設定されている、
請求項１に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項3】

停止するまでの前記風車の連続回転時間を取得する回転時間取得部と、
前記軸受温度判断部により前記軸受の温度が温度閾値よりも高くないと判断された場合、前記回転時間取得部により取得された前記連続回転時間が時間閾値よりも長いか否かを判断する回転時間判断部と、を更に備え、
前記インターバル設定部は、前記回転時間判断部による判断結果に基づいて前記インターバル時間を設定する、
請求項１に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項4】

前記時間閾値は、前記風車の連続回転時間と前記風車の軸受に充填されたグリスの温度を示す温度特性モデルに基づいて設定され、
前記温度特性モデルは、前記風車の回転開始時間から第１時間に達するまでの第１時間帯と、前記第１時間から第２時間に達するまでの第２時間帯と、前記第２時間から第３時間に達するまでの第３時間帯と、を含み、
前記第２時間帯における前記グリスの温度は、前記第１時間帯における前記グリスの温度よりも高く、
前記第３時間帯における前記グリスの温度は、前記第２時間帯における前記グリスの温度よりも低く、
前記時間閾値は、前記第２時間である、
請求項３に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項5】

風況を取得する風況取得部と、
前記風況取得部により取得された風況の変動が大きいか否かを判断する風況判断部と、を更に備え、
前記風況判断部は、前記回転時間判断部により判断の後、前記風況取得部により取得された風況の変動が大きいか否かを判断し、
前記インターバル設定部は、前記風況判断部による判断結果に基づいて前記インターバル時間を設定する、
請求項３に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項6】

前記軸受温度判断部が、前記軸受の前記温度が温度閾値よりも高いと判断した場合、前記インターバル設定部は、第１インターバル時間を設定し、
前記インターバル設定部は、前記回転時間判断部により前記連続回転時間が前記時間閾値よりも長くないと判断されるとともに、前記風況判断部により前記風況の変動が大きくないと判断された場合、前記第１インターバル時間よりも短い第２インターバル時間を設定する。
請求項５に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項7】

前記インターバル設定部は、前記回転時間判断部により前記連続回転時間が前記時間閾値よりも長くないと判断されるとともに、前記風況判断部により前記風況の変動が大きいと判断された場合、前記第１インターバル時間よりも短いとともに前記第２インターバル時間よりも長い前記インターバル時間を設定する、
請求項６に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項8】

前記インターバル設定部は、前記回転時間判断部により前記連続回転時間が前記時間閾値よりも長いと判断されるとともに、前記風況判断部により前記風況の変動が大きくないと判断された場合、前記第１インターバル時間よりも短いとともに前記第２インターバル時間よりも長い前記インターバル時間を設定する、
請求項６に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項9】

前記軸受温度判断部が、前記軸受の前記温度が温度閾値よりも高いと判断した場合、前記インターバル設定部は、第１インターバル時間を設定し、
前記インターバル設定部は、前記回転時間判断部により前記連続回転時間が前記時間閾値よりも長いと判断されるとともに、前記風況判断部により前記風況の変動が大きいと判断された場合、前記第１インターバル時間を設定する、
請求項５に記載の風力発電設備のインターバル時間設定装置。

【請求項10】

ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための風力発電設備のインターバル時間設定方法であって、
停止時の前記軸受の温度を取得するステップと、
前記軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断するステップと、
前記軸受の温度の判断結果に基づいて前記インターバル時間を設定するステップと、
を備えた、風力発電設備のインターバル時間設定方法。

【請求項11】

ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための風力発電設備のインターバル時間設定方法をコンピュータに実行させるインターバル時間設定プログラムであって、
前記インターバル時間設定方法は、
停止時の前記軸受の温度を取得するステップと、
前記軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断するステップと、
前記軸受の温度の判断結果に基づいて前記インターバル時間を設定するステップと、
を備えた、風力発電設備のインターバル時間設定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

将来の主要電源と言われている風力発電設備は、タワーの上部にナセルを設置し、ナセルに回転可能な複数のブレードが取り付けられるように構成されている。ブレードが回転することにより、ナセルに内蔵された発電機が発電を行う。

【0003】

ブレードの回転を発電機に伝えるロータは、ナセルに取り付けられた軸受に支持されている。軸受には、転がり軸受が用いられている。軸受の潤滑には、運転条件などを考慮して、潤滑油ではなくグリスが用いられている。グリスは、増ちょう剤および基油等を含む半固体状態の潤滑剤である。半固体状態では、増ちょう剤が繊維構造をなし、その繊維構造に基油が保持されている。このため、半固体状態のグリスは通常、潤滑性能を発揮しない。すなわち、グリスは、仕様の温度範囲内で撹拌されることにより、基油が繊維構造から放出されて潤滑性能が発揮される。撹拌が止まると、時間の経過に伴って基油がある程度の割合で繊維構造に戻り、グリスは半固体状態に戻る。このようなグリスの潤滑性能を維持することを目的に、グリスの供給量および基油の残存量を監視または管理する方法が知られている。

【0004】

風力発電設備の運転時の特徴として、ブレードの回転を計画的に行うことが困難である点が挙げられる。基本的に風力発電設備の運転は、運転停止と定格運転とを繰り返す断続運転となる。この断続運転は、風力発電設備の設置位置の風況に応じて行われる。このため、グリスの供給量および基油の残存量が適切に管理された場合であっても、風況によっては潤滑性能が発揮されない可能性がある。潤滑性能が発揮されない間に軸受に高い荷重が掛かると、軸受に損傷が発生するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第７０９９８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、風車の軸受の損傷を防止することができる風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置は、ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための装置である。風力発電設備のインターバル時間設定装置は、停止時の軸受の温度を取得する軸受温度取得部と、軸受温度取得部により取得された軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断する軸受温度判断部と、軸受温度判断部による判断結果に基づいてインターバル時間を設定するインターバル設定部と、を備えている。

【0008】

実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定方法は、ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための方法である。風力発電設備のインターバル時間設定方法は、停止時の軸受の温度を取得するステップと、軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断するステップと、軸受の温度の判断結果に基づいてインターバル時間を設定するステップと、を備えている。

【0009】

実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定プログラムは、ナセルに対して回転可能に風車を支持する軸受を含む風力発電設備を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための風力発電設備のインターバル時間設定方法をコンピュータに実行させるプログラムである。インターバル時間設定方法は、停止時の軸受の温度を取得するステップと、軸受の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断するステップと、軸受の温度の判断結果に基づいてインターバル時間を設定するステップと、を備えている。

【発明の効果】

【0010】

実施の形態によれば、風車の軸受の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施の形態による風力発電設備を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に示す風力発電設備を制御するウィンドファーム制御システムを示す図である。

【図3】図３は、本実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置を示すブロック図である。

【図4】図４は、図１に示す軸受に充填されたグリスの温度特性モデルを示す図である。

【図5】図５は、図１に示す風力発電設備の故障停止から風力発電設備を再起動するまでのフローチャートである。

【図6】図６は、本実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラムについて説明する。

【0013】

図１～図６を用いて、本実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置、インターバル時間設定方法およびインターバル時間設定プログラムについて説明する。ここではまず、風力発電設備について図１を用いて説明する。風力発電設備は、地上に設置されていてもよく、洋上に設置されていてもよい。風力発電設備は、洋上浮力式の設備であってもよい。

【0014】

図１に示すように、風力発電設備１は、鉛直方向に細長に延びるタワー２と、タワー２に支持されたナセル３と、ナセル３に回転可能に設けられた風車４と、を含んでいる。ナセル３内に、風車４の回転によって発電を行う発電機５が内蔵されている。ナセル３は、タワー２の長手軸に対して垂直な面内で回転可能に構成されている。

【0015】

風車４は、ロータ６に連結されたハブ４ａと、ハブ４ａに連結された３つのブレード４ｂと、を含んでいる。ハブ４ａと各ブレード４ｂは、ロータ６とともに一体に回転するように構成されている。なお、ブレード４ｂの個数は３つに限られることはなく、任意である。

【0016】

ロータ６は、変速機７を介して上述した発電機５に連結されている。変速機７は、ロータ６の回転速度を増速または減速して発電機５に回転を伝達する。発電機５は、変速機７から伝達された回転エネルギを用いて発電を行う。

【0017】

ロータ６は、ナセル３に取り付けられた軸受８に回転可能に支持されている。軸受８は、転がり軸受であってもよい。軸受８には、潤滑性能を発揮可能なグリスが充填されており、ロータ６の円滑な回転運動を可能にしている。

【0018】

軸受８には、軸受温度検出器１０（図３参照）が設けられている。軸受温度検出器１０は、風力発電設備１の運転中に、軸受８の温度を検出するように構成されている。

【0019】

ロータ６には、回転速度検出器１１（図３参照）が設けられている。回転速度検出器１１は、風力発電設備１の運転中に、ロータ６の回転速度を検出するように構成されている。

【0020】

図１に示すように、ナセル３の上部に、風況検出器１２が設けられている。風況検出器１２は、風速風向計とも称される。風況検出器１２は、風速と風向を含む風況を計測する。風況検出器１２が検出する風向は、風況検出器１２が位置する水平面において風速が最大となる方向を示す。その方向に沿う風速と風向が風況検出器１２により検出される。

【0021】

ナセル３内に、風力発電制御装置１３（図２参照）が内蔵されていてもよい。あるいは、風力発電制御装置１３は、ナセル３の外部に設置されていてもよい。風力発電制御装置１３は、風力発電設備１の運転を制御する。風力発電制御装置１３は、後述する風力発電設備１のインターバル時間設定装置３０とは別体の装置として構成されていてもよい。風力発電制御装置１３には、上述した軸受温度検出器１０、回転速度検出器１１および風況検出器１２が接続されている。

【0022】

風力発電制御装置１３には、軸受温度検出器１０により検出された軸受８の温度が検出信号として送信される。軸受８の温度の検出信号は所定の時間間隔で送信され、軸受温度記憶部１４に記憶されて軸受温度データが構築される。軸受温度記憶部１４は、風力発電制御装置１３に内蔵されていてもよい。

【0023】

風力発電制御装置１３には、回転速度検出器１１により検出された回転速度が検出信号として送信される。回転速度の検出信号は所定の時間間隔で送信され、回転速度記憶部１５に記憶されて回転速度データが構築される。回転速度記憶部１５は、風力発電制御装置１３に内蔵されていてもよい。

【0024】

風力発電制御装置１３には、風況検出器１２により検出された風速および風向を含む風況が検出信号として送信される。風況の検出信号は、所定の時間間隔で送信され、風況記憶部１６に記憶されて風況データが構築される。風況記憶部１６は、風力発電制御装置１３に内蔵されていてもよい。

【0025】

このように構成された風力発電設備１は、ウィンドファームに設置されている。図２に示すように、ウィンドファームには、複数の上述した風力発電設備１が設置されている。１つの風力発電設備１が、１つの風力発電制御装置１３で制御される。各風力発電設備１の風力発電制御装置１３は、ウィンドファーム内のネットワーク２１を介して、ウィンドファーム制御装置２０に接続されている。ウィンドファーム制御装置２０は、ウィンドファーム内の各風力発電制御装置１３の上位制御装置であり、各風力発電制御装置１３を制御するように構成されている。

【0026】

ウィンドファーム制御装置２０には、エンジニアリング端末装置２２が接続されていてもよい。エンジニアリング端末装置２２は、ウィンドファーム制御装置２０が行う制御で用いられる各種パラメータ等を調整可能になっている。パラメータは、オペレータが、エンジニアリング端末装置２２を利用して調整可能になっていてもよい。パラメータの調整は、統計的演算を利用して自動的に行われてもよい。この場合、図２に示すように、ウィンドファーム制御装置２０に統計演算装置２３が接続されて、統計演算装置２３が、パラメータの自動調整を行ってもよい。エンジニアリング端末装置２２は、制御に必要な情報を入力可能になっていてもよい。エンジニアリング端末装置２２は、後述するインターバル時間設定装置３０により設定された時間または後述する軸受温度、連続回転時間および風況等の情報が表示可能になっていてもよい。

【0027】

次に、本実施の形態による風力発電設備のインターバル時間設定装置３０について図３を用いて説明する。インターバル時間設定装置３０は、ナセル３に対して回転可能に風車４を支持する軸受８を含む風力発電設備１を停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための装置である。風力発電設備１の停止とは、強風等を原因とした一過性の事象による停止を意味している。インターバル時間設定装置３０は、上述したウィンドファーム制御装置２０とは別体に構成されていてもよく、またはウィンドファーム制御装置２０に組み込まれていてもよい。この場合、インターバル時間設定装置３０は、複数の風力発電設備１のうちの１つの風力発電設備１が停止した場合に当該風力発電設備１のインターバル時間を設定してもよい。複数の風力発電設備１が停止した場合には風力発電設備１のそれぞれに対して個別にインターバル時間を設定してもよい。あるいは、インターバル時間設定装置３０は、上述した風力発電制御装置１３とは別体に構成されていてもよく、または風力発電制御装置１３に組み込まれていてもよい。この場合、インターバル時間設定装置３０は、対応する風力発電設備１が停止した場合に当該風力発電設備１のインターバル時間を設定してもよい。

【0028】

図３に示すように、インターバル時間設定装置３０は、通信部３１と、記憶部３２と、演算部３３と、を含んでいる。

【0029】

通信部３１は、上述した風力発電制御装置１３とネットワーク２１を介して通信可能に構成されている。通信部３１は、無線で風力発電制御装置１３と通信可能であってもよく、有線で風力発電制御装置１３と通信可能であってもよい。

【0030】

記憶部３２は、任意の情報を記憶するように構成されていてもよい。記憶部３２には、後述するインターバル時間設定プログラムが記憶されていてもよい。

【0031】

図３に示すように、演算部３３は、軸受温度取得部３４と、回転時間取得部３５と、風況取得部３６と、軸受温度判断部３７と、回転時間判断部３８と、風況判断部３９と、インターバル設定部４０と、を含んでいる。各部の機能は、例えば、上述した記憶部３２に格納されたコンピュータプログラムを実行することで実現されてもよい。このプログラムはインターバル時間設定プログラムの一例であり、記録媒体からインターバル時間設定装置３０にインストールされていてもよい。

【0032】

軸受温度取得部３４は、風力発電設備１の停止時の軸受８の温度を取得する。より具体的には、軸受温度取得部３４は、上述した軸受温度記憶部１４に記憶された軸受温度データから、停止時の軸受８の温度を取得する。軸受８の温度は、上述した通信部３１を介して、軸受温度記憶部１４から取得する。

【0033】

回転時間取得部３５は、風力発電設備１が停止するまでの風車４の連続回転時間を取得する。より具体的には、回転時間取得部３５は、上述した回転速度記憶部１５に記憶された回転速度データから、停止するまでの風車４の連続回転時間を取得する。連続回転時間は、上述した通信部３１を介して、回転速度記憶部１５から取得する。停止時から回転開始時まで遡った時間が連続回転時間に相当する。連続回転時間は、風車４の回転が連続して継続している時間である。

【0034】

風況取得部３６は、現在の風況、すなわち現在の風速および風向を取得する。より具体的には、風況取得部３６は、上述した風況記憶部１６に記憶された風況データから、最新の風速および風向を取得してもよい。風速および風向は、通信部３１を介して風況記憶部１６から取得される。あるいは、風況取得部３６は、風況記憶部１６に記憶された風況データではなく、風力発電制御装置１３を介して風況検出器１２から、現在の風速および風向を取得してもよい。

【0035】

軸受温度判断部３７は、上述した軸受温度取得部３４により取得された軸受８の温度が温度閾値よりも高いか否かを判断する。温度閾値については後述する。

【0036】

回転時間判断部３８は、上述した回転時間取得部３５により取得された風車４の連続回転時間が時間閾値よりも長いか否かを判断する。時間閾値については後述する。回転時間判断部３８は、軸受温度判断部３７により軸受８の温度が温度閾値よりも高くないと判断された場合、連続回転時間の判断を行ってもよい。

【0037】

風況判断部３９は、上述した風況取得部３６により取得された風況の変動が大きいか否かを判断する。風況の変動には、風速の変動と風向の変動とが含まれる。風速の変動および風向の変動のうちの少なくとも一方の変動が大きいか否かが判断されてもよい。例えば、風速の変動が小さくても風向の変動が大きければ、風況の変動が大きいと判断されてもよい。あるいは、風速の変動が小さくても風速が小さく、かつ風向の変動が大きければ、風況の変動は大きくないと判断されてもよい。風速の変動が小さくても風速が大きく、かつ風向の変動が大きければ、風況の変動は大きいと判断されてもよい。風況判断部３９は、回転時間判断部３８により判断の後、風況の判断を行ってもよい。

【0038】

例えば、風況の変動の大きさは、風力発電設備１の再起動に要する時間に基づいて判断されてもよい。再起動してからの経過時間が６０秒前後である時点で、風況の変動が大きい場合を考える。例えば、十数秒の周期で発電出力が５０％以上変動するような風況の変動が無ければ、風況の変動は小さいと判断されてもよい。このような判断を行うためには、風速および風向の絶対値、変化率または標準偏差等の様々な判断指標を用いてもよい。一方、風況の変動の周期が１０分以上である場合、風力発電設備１の再起動時に軸受８に掛かる荷重には大きな影響を及ぼさないため、風況の変動は小さい状態であって安定した状態と判断してもよい。

【0039】

インターバル設定部４０は、軸受温度判断部３７による判断結果に基づいてインターバル時間を設定する。インターバル時間は、風力発電設備１が停止してから再起動するまでの時間である。インターバル設定部４０は、軸受温度判断部３７による判断結果に応じて、長さが異なる複数のインターバル時間のうちの１つのインターバル時間を選定して設定してもよい。例えば、インターバル設定部４０は、軸受温度判断部３７により軸受８の温度が温度閾値よりも高いと判断された場合、比較的長い第１インターバル時間を設定してもよい。あるいは、インターバル設定部４０は、軸受温度判断部３７による判断結果に応じて、任意の長さのインターバル時間を設定してもよい。

【0040】

インターバル設定部４０は、回転時間判断部３８による判断結果に基づいてインターバル時間を設定してもよい。インターバル設定部４０は、更に風況判断部３９による判断結果に基づいてインターバル時間を設定してもよい。

【0041】

インターバル設定部４０は、上述のようにして設定されたインターバル時間を、風力発電制御装置１３に送信する。風力発電制御装置１３は、このインターバル時間に基づいて、風力発電設備１を再起動する。

【0042】

本実施の形態によるインターバル時間設定装置３０は、軸受８に充填されたグリスの温度特性モデルに基づいてインターバル時間を設定してもよい。温度特性モデルは、風車４の連続回転時間と風車４の軸受８に充填されたグリスの温度との関係を示すモデルである。以下、温度特性モデルについて図４を用いて説明する。

【0043】

図４に示すように、温度特性モデルは、第１時間帯Δｔ１と、第２時間帯Δｔ２と、第３時間帯Δｔ３と、を含んでいる。

【0044】

第１時間帯Δｔ１は、風車４の回転開始時間から第１時間ｔ１に達するまでの時間帯である。第１時間帯Δｔ１では、風車４が回転開始してからあまり時間が経っていない時間帯であるため、グリスの温度は低く、グリスは半固体状になっている。この場合、グリスの粘性は高い。第１時間帯Δｔ１におけるグリスの潤滑性能は低いと言える。風車４の回転開始によりグリスの撹拌が開始されるが、撹拌の摩擦力は大きい。このため、グリスの温度が、第１時間ｔ１付近で急激に上昇し、第２時間帯Δｔ２に移行する。

【0045】

第２時間帯Δｔ２は、第１時間ｔ１から第２時間ｔ２に達するまでの時間帯である。第２時間帯Δｔ２におけるグリスの温度は、第１時間帯Δｔ１におけるグリスの温度よりも高い。第２時間帯Δｔ２では、グリスの温度が比較的高い状態で推移する。撹拌による摩擦力が低下するため、第２時間帯Δｔ２におけるグリスの潤滑性能は第１時間帯Δｔ１よりは高いが、後述する第３時間帯Δｔ３よりは低い中程度と言える。撹拌が継続すると、グリスの増ちょう剤の繊維構造がせん断される。このことにより、摩擦力が低下してグリスの温度が低下に転じる。このときに第３時間帯Δｔ３に移行する。時間ｔ２は、グリス温度が低下に転じた時間として設定されていてもよい。時間ｔ２は、グリス温度が低下に転じた時間として厳密な意味に縛られていなくてもよく、例えば、図４に示すように、グリス温度が明確に低下に転じたと判断できる時間として設定されていてもよい。

【0046】

第３時間帯Δｔ３は、第２時間ｔ２から第３時間ｔ３に達するまでの時間帯である。第３時間帯Δｔ３におけるグリスの温度は、第２時間帯Δｔ２におけるグリスの温度（より具体的には後述する最高温度ＴＥ２）よりも低い。第３時間帯Δｔ３におけるグリスの温度は、第１時間帯Δｔ１におけるグリスの温度よりも高い。第３時間帯Δｔ３では、グリスの増ちょう剤の繊維構造がせん断されているため、撹拌による摩擦力が低い。このため、第３時間帯Δｔ３では、グリスの温度が第２時間帯Δｔ２における温度よりも低い温度で推移する。第３時間帯Δｔ３におけるグリスの潤滑性能は高いと言える。

【0047】

その後、ロータ６の回転数が大きくなった場合、又は軸受８に掛かる荷重が大きくなった場合には、グリスの温度が上昇し得る。このことが、図４における第４時間帯Δｔ４として示されている。すなわち、第３時間ｔ３において、ロータ６の回転数が大きくなったり、または軸受８に掛かる荷重が大きくなったりすると、第４時間帯Δｔ４に示すようにグリスの温度が上昇し得る。この状態では、グリスの潤滑性能は低下している。

【0048】

上述したように、グリスの状態は、風車４およびロータ６の回転による撹拌によって変化する。この撹拌によってグリスに剪断力が掛かり、撹拌の継続時間と、撹拌によって上昇するグリスの温度が、グリスの状態を表している。このためロータ６の連続回転時間と軸受８の温度を検出することにより、グリスの状態を推定することができる。この推定は、厳密な推定であることに限られることはなく、グリスの潤滑性能を発揮させるためのメカニズムによって状態の違いを把握できればよい。このことにより、軸受８の予防保全を目的として軸受８の損傷を回避するための判断を行うことができる。

【0049】

グリスの増ちょう剤の繊維構造がせん断されることにより、グリス中の油膜を形成する基油が軸受８の金属接触面に流れ出て、金属接触面に油膜が形成される。この状態が、潤滑性能が発揮された良好な状態であり、軸受８が良好な状態でロータ６を支持可能な状態である。風車４の回転が停止すると、流れ出た基油によって増ちょう剤の繊維構造が復元され、グリスは半固体状態に戻る。しかしながら、第３時間帯Δｔ３および第４時間帯Δｔ４において風車４が回転停止した場合、繊維構造から流れ出た基油は軸受８の金属接触面から流れ落ち、グリスが半固体状態に戻っていない。このため、風車４が回転停止した場合には、増ちょう剤の繊維構造が復元されてグリスが半固体状態に戻るように、上述したインターバル時間が設定されてもよい。

【0050】

一方、風力発電設備１の運転停止時間が長くなると、発電機会が逸失される。このため、上述したインターバル時間は可能な限り短く設定されてもよい。また、風力発電設備１の再起動時には、過剰な風荷重が掛かることを避けるようにしてもよい。

【0051】

例えば、上述した第１時間帯Δｔ１または第２時間帯Δｔ２におけるグリスの状態に戻るまで、インターバル時間が設定されてもよい。第４時間帯Δｔ４で風車４が回転停止した場合には、インターバル時間は比較的長い第１インターバル時間であってもよい。第１時間帯Δｔ１および第２時間帯Δｔ２で風力発電設備１が停止した場合には、インターバル時間は比較的短い第２インターバル時間であってもよい。第３時間帯Δｔ３で風力発電設備１が停止した場合には、インターバル時間は、第１インターバル時間よりも短いとともに第２インターバル時間よりも長くてもよい。

【0052】

そこで、本実施の形態によるインターバル時間設定装置３０は、上述したグリスの温度特性を用いて風力発電設備１の停止から再起動するまでのインターバル時間を設定する。

【0053】

例えば、上述した温度閾値は、図４に示すＴＥ１であってもよい。ＴＥ１は、第２時間帯Δｔ２におけるグリスの最高温度ＴＥ２以上の温度である。この場合、軸受温度判断部３７は、停止時の軸受８の温度が、この最高温度ＴＥ２よりも高いか否かを判断することができる。このことにより、風車４が回転停止したときのグリスの状態が、図４に示す第１時間帯Δｔ１～第３時間帯Δｔ３に属するか、または第４時間帯Δｔ４に属するかを判断することができる。

【0054】

例えば、上述した時間閾値は、図４に示す第２時間ｔ２であってもよい。この場合、回転時間判断部３８は、停止するまでの連続回転時間が、第２時間ｔ２よりも長いか否かを判断することができる。このことにより、風車４が回転停止したときのグリスの状態が、図４に示す第１時間帯Δｔ１～第２時間帯Δｔ２に属するか、または第３時間帯Δｔ３に属するかを判断することができる。

【0055】

このようなグリスの温度特性を用いることにより、観察することが困難なグリスの状態を、軸受８の温度と連続回転時間から推定することができる。

【0056】

次に、本実施の形態による風力発電設備１のインターバル時間設定方法について図５および図６を用いて説明する。インターバル時間設定方法は、ナセル３に対して回転可能に風車４を支持する軸受８を含む風力発電設備１を故障停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定するための方法である。ここでは、風力発電設備１の一過性の事象による停止の一例として、故障停止した場合を例にとって説明する。

【0057】

一般的な気象条件として、３、４日程度の周期で風車４の回転が停止するような比較的弱い風速状況が発生する。この場合、軸受８のグリスは、図４に示す第１時間帯Δｔ１におけるグリスの状態に、３、４日に一度は戻ることになる。このような風速状況で風速が高くなる場合は、風速は徐々に高くなる場合がほとんどである。このため、再起動時に、軸受８を損傷する程度の風荷重が軸受８に掛かることはほとんどないと言える。

【0058】

一方、３、４日間の連続運転中に、一過性の事象による故障で回転停止が発生する場合もある。このような回転停止の多くは、突風によりタワー２が揺れたり、風車４の回転が高くなりすぎたりすることによって発生する。このような風速状況は継続しないため、機器故障などが併発しない限り、風力発電設備１は速やかに再起動される。しかしながら、故障停止した際のグリスの状態によっては、潤滑性能が低下したまま風力発電設備１が再起動されるおそれがあり得る。そこで、故障停止した風力発電設備１を再起動する際に、本実施の形態によるインターバル時間設定方法が実行される。

【0059】

図５には、風力発電設備１が何らかの理由で故障停止してから、風力発電設備１を再起動するまでの再起動方法のフローチャートを示している。まず、ステップＳ１として風力発電設備１が故障停止すると、ステップＳ２として故障復旧が行われる。復旧後、再起動するための条件を満たすまで、ステップＳ３として風力発電設備１は待機する。風力発電設備１の待機時間は、上述したインターバル設定部４０により設定されたインターバル時間である。待機中、ステップＳ４として再起動するための条件の確認が行われる。ステップＳ４においては、後述するインターバル時間設定方法とは別に、停止中の機器の状態および風況が起動可能条件を満たしているか否かの確認が行われる。例えば、インターバル設定部４０により設定されたインターバル時間が終了する直前に、風況の確認が行われてもよい。ステップＳ４の条件を満たすと、ステップＳ５として風力発電設備１は再起動される。

【0060】

図５に示すステップＳ３において待機すべき時間を示すインターバル時間の設定方法について、図６を用いて以下説明する。

【0061】

まず、ステップＳ１１として、風力発電設備１の風車４が何らかの故障発生によって回転停止する。

【0062】

ステップＳ１１の後、ステップＳ１２として、軸受温度取得部３４により故障停止時の軸受８の温度が取得される。

【0063】

ステップＳ１２の後、ステップＳ１３として、軸受温度判断部３７により軸受８の温度が温度閾値ＴＥ１よりも高いか否かが判断される。このことにより、故障停止時の軸受８の温度が、図４に示す第２時間帯Δｔ２におけるグリスの最高温度ＴＥ２よりも高いか否かを判断することができる。軸受８の温度が温度閾値ＴＥ１よりも高いと判断された場合、ステップＳ１４として、インターバル設定部４０により、比較的長い第１インターバル時間が設定される。

【0064】

ステップＳ１３において、軸受８の温度が温度閾値ＴＥ１よりも高くないと判断された場合、ステップＳ１５として、回転時間取得部３５により故障停止するまでの風車４の連続回転時間が取得される。ステップＳ１５は、ステップＳ１２と同時に行われてもよく、またはステップＳ１２の前に行われてもよい。

【0065】

ステップＳ１５の後、ステップＳ１６として、風況取得部３６により風況が取得される。ステップＳ１６は、ステップＳ１２と同時に行われてもよく、またはステップＳ１２の前に行われてもよい。ステップＳ１６は、ステップＳ１５と同時に行われてもよく、またはステップＳ１５の前に行われてもよい。

【0066】

ステップＳ１６の後、ステップＳ１７として、回転時間判断部３８により、風車４の連続回転時間が時間閾値（上述した第２時間ｔ２）よりも長いか否かが判断される。このことにより、故障停止するまでの連続回転時間が、図４に示す第２時間ｔ２よりも長いか否かを判断することができる。

【0067】

ステップＳ１７において、風車４の連続回転時間が時間閾値よりも長くないと判断された場合、ステップＳ１８として、風況判断部３９により、風況の変動が大きいか否かが判断される。このことにより、風力発電設備１の周囲における風況が、風力発電設備１を再起動する条件を満たしているか否かを判断することができる。

【0068】

ステップＳ１８において、風況の変動が大きくないと判断された場合、ステップＳ１９として、インターバル設定部４０により、比較的短い第２インターバル時間が設定される。

【0069】

ステップＳ１８において、風況の変動が大きいと判断された場合、ステップＳ２０として、インターバル設定部４０により、第３インターバル時間が設定される。第３インターバル時間は、第１インターバル時間よりも短いとともに第２インターバル時間よりも長い時間である。

【0070】

上述したステップＳ１７において、風車４の連続回転時間が時間閾値よりも長いと判断された場合、ステップＳ２１として、風況判断部３９により、風況の変動が大きいか否かが判断される。このことにより、風力発電設備１が設置された位置における風況が、風力発電設備１を再起動する条件を満たしているか否かを判断することができる。

【0071】

ステップＳ２１において、風況の変動が大きくないと判断された場合、上述したステップＳ２０として、第３インターバル時間が設定される。

【0072】

ステップＳ２１において、風況の変動が大きいと判断された場合、上述したステップＳ１４として、第１インターバル時間が設定される。

【0073】

このようにして、図４に示すグリスの温度特性モデルを用いるとともに風況を考慮して、風力発電設備１が故障停止してから再起動するまでのインターバル時間を設定することができる。インターバル設定部４０により設定されたインターバル時間は、風力発電制御装置１３に送信され、このインターバル時間に対応する待機時間で、図５に示すステップＳ３における待機が行われる。

【0074】

このように本実施の形態によれば、停止時の軸受８の温度が温度閾値よりも高いか否かが判断され、軸受８の温度の判断結果に基づいて、風力発電設備１の停止から再起動するまでのインターバル時間が設定される。このことにより、停止時におけるグリスの状態を推定し、グリスが半固体状態に戻るまでのインターバル時間を設定することができる。このため、風力発電設備１の再起動時に、グリスの潤滑性能が低下することを防止でき、軸受８に過大な荷重が掛かることを防止できる。この結果、風車４の軸受８の損傷を防止することができる。

【0075】

また、本実施の形態によれば、軸受８の温度が温度閾値よりも高いと判断された場合、比較的長い第１インターバル時間が設定される。軸受８の温度が温度閾値よりも高い場合、軸受８に掛かる荷重が大きくなっていると推定できる。この場合、図４に示す第４時間帯Ｔ４のようにグリスの温度が高くなり、金属接触面に油膜を形成するための基油が、増ちょう剤の繊維構造から多く流れ出ている。このため、インターバル時間を長くすることにより、基油が増ちょう剤の繊維構造に戻ってグリスを復元するための時間を確保することができる。従って、風力発電設備１の再起動時に、グリスを半固体状態に戻すことができ、再起動時の軸受８の潤滑状態が低下することを抑制できる。この結果、風車４の軸受８の損傷をより一層防止することができる。とりわけ、温度閾値が、図４に示す第２時間帯Δｔ２におけるグリスの最高温度ＴＥ２以上の温度に設定されている場合、停止時におけるグリスの状態推定の精度を高めることができる。

【0076】

また、本実施の形態によれば、軸受８の温度が温度閾値よりも高くないと判断された場合、連続回転時間が時間閾値よりも長いか否かが判断され、連続回転時間の判断結果に基づいて、風力発電設備１の停止から再起動するまでのインターバル時間が設定される。このことにより、停止時におけるグリスの状態を推定し、グリスが半固体状態に戻るまでのインターバル時間を設定することができる。また、インターバル時間が無用に長くなることを防止し、風力発電設備１の発電機会の逸失時間を低減することができる。

【0077】

また、本実施の形態によれば、連続回転時間が時間閾値よりも長くないと判断された場合、風況の変動が大きいか否かが判断される。風況の判断結果に基づいて、インターバル時間が設定される。このことにより、風況の変動の大きさに基づいて、インターバル時間を設定することができる。このため、風力発電設備１の再起動時に、軸受８に過大な荷重が掛かることを防止でき、軸受８の損傷をより一層防止できる。

【0078】

また、本実施の形態によれば、連続回転時間が時間閾値よりも長くないと判断されるとともに、風況の変動が大きくないと判断された場合、比較的短い第２インターバル時間が設定される。このことにより、軸受８に過大な荷重が掛かる可能性が低い状態では、インターバル時間を短くして、風力発電設備１の再起動を早めることができる。このため、インターバル時間が無用に長くなることを防止し、風力発電設備１による発電機会の逸失時間を低減することができる。

【0079】

また、本実施の形態によれば、連続回転時間が時間閾値よりも長くないと判断されるとともに、風況の変動が大きいと判断された場合、第１インターバル時間よりも短いとともに第２インターバル時間よりも長い第３インターバル時間が設定される。このことにより、風況の変動が大きい状態で風力発電設備１が再起動されることを防止できる。このため、軸受８に過大な荷重が掛かることを防止でき、軸受８の損傷をより一層防止できる。また、インターバル時間が無用に長くなることを防止し、風力発電設備１の発電機会の逸失時間を低減することができる。

【0080】

また、本実施の形態によれば、連続回転時間が時間閾値よりも長いと判断されるとともに、風況の変動が大きくないと判断された場合、第１インターバル時間よりも短いとともに第２インターバル時間よりも長い第３インターバル時間が設定される。このため、インターバル時間を長くすることにより、基油が増ちょう剤の繊維構造に戻ってグリスを復元するための時間を確保することができる。従って、風力発電設備１の再起動時に、グリスを半固体状態に戻すことができ、再起動時の軸受８の潤滑状態が低下することを抑制できる。この結果、風車４の軸受８の損傷をより一層防止することができる。また、風力発電設備の再起動を早めることができ、発電機会の逸失時間を低減することができる。

【0081】

また、本実施の形態によれば、連続回転時間が時間閾値よりも長いと判断されるとともに、風況の変動が大きいと判断された場合、比較的長い第１インターバル時間が設定される。このため、ンターバル時間を長くすることにより、基油が増ちょう剤の繊維構造に戻ってグリスを復元するための時間を確保することができる。従って、風力発電設備１の再起動時に、グリスを半固体状態に戻すことができ、再起動時の軸受８の潤滑状態が低下することを抑制できる。この結果、風車４の軸受８の損傷をより一層防止することができる。

【0082】

なお、上述した本実施の形態においては、ステップＳ１８において風況の変動が大きいと判断された場合、および、ステップＳ２１において風況の変動が小さいと判断された場合、第３インターバル時間が設定される例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、ステップＳ２１において風況の変動が小さいと判断された場合、第３インターバル時間とは異なる第４インターバル時間が設定されてもよい。第４インターバル時間は、第１インターバル時間よりも短いとともに第２インターバル時間よりも長くてもよい。第４インターバル時間は、第３インターバル時間より長くてもよく、または短くてもよい。

【0083】

また、上述した本実施の形態においては、ステップＳ１８において風況の変動が大きいか否かを判断している例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、ステップＳ１８においては、風況の変動の大きさに応じて、３つ以上に場合分けされて、インターバル時間の長さをそれぞれ異ならせてもよい。ステップＳ２１も同様である。

【0084】

以上述べた実施の形態によれば、風車の軸受８の損傷を防止することができる。

【0085】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0086】

１：風力発電設備、３：ナセル、４：風車、８：軸受、３０：インターバル時間設定装置、３４：軸受温度取得部、３５：回転時間取得部、３６：風況取得部、３７：軸受温度判断部、３８：回転時間判断部、３９：風況判断部、４０：インターバル設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】