(57)【要約】  本発明は、風力発電システムの振動状態を監視する方法を開示する。当該方法は、・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、・複数の加速度値を１つの加速度データセットに記憶する方法ステップ、・加速度データセットに基づいて累積度数分布を形成する方法ステップ、・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および・第２の累積度数値が第１の累積度数値よりも大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップを含む。
2019507845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電システムの振動状態を監視する方法であって、
・前記風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップと、
・前記複数の加速度値を１つの加速度データセットに記憶する方法ステップと、
・前記加速度データセットに基づいて累積度数分布を形成する方法ステップと、
・少なくとも１つの加速度値に対する、前記累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値と、を比較する方法ステップと、
・前記第２の累積度数値が前記第１の累積度数値よりも大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記限界累積度数分布を、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・前記風力発電システムの前記要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップと、
・前記複数の加速度値を１つの初期加速度データセットに記憶する方法ステップと、
・前記初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップと、
・求められた初期累積度数分布に基づいて前記限界累積度数分布を形成する方法ステップと、
により形成する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
同構造の複数の風力発電システムから成る風力発電システム群の１つの風力発電システムの限界累積度数分布を、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・前記風力発電システム群の少なくとも２つの風力発電システムにつき、各風力発電システムの各要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップと、
・前記複数の加速度値を１つの初期加速度データセットに記憶する方法ステップと、
・前記初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップと、
・求められた初期累積度数分布に基づいて前記限界累積度数分布を形成する方法ステップと、
により形成する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記限界累積度数分布を、
・前記初期時間インターバルにおいて検出され前記初期加速度データセットに記憶された各加速度値に付加加速度値を加算することで限界加速度データセットを形成する方法ステップと、
・前記限界加速度データセットを記憶する方法ステップと、
・前記限界加速度データセットに基づいて前記限界累積度数分布を形成する方法ステップと、
により形成する、
請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
・前記風力発電システムが曝されている風の風力領域および／または風向を求める方法ステップと、
・種々の風力領域および／または種々の風向にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、前記風力発電システムが曝されている風力領域および／または風向に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップと、
・少なくとも１つの加速度値に対する、前記累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値と、を比較する方法ステップと、
・前記第２の累積度数値が前記第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップと、
を含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
・前記風力発電システムが曝されている風の風向を求める方法ステップと、
・種々の風向にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、前記風力発電システムが曝されている風向に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップと、
・少なくとも１つの加速度値に対する、前記累積度数分布の第１の累積度数値と、前記限界累積度数分布の第２の累積度数値と、を比較する方法ステップと、
・前記第２の累積度数値が前記第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップと、
を含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
・前記風力発電システムのロータブレードのブレード角を求める方法ステップと、
・種々のブレード角にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、前記ロータブレードが有するブレード角に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップと、
・少なくとも１つの加速度値に対する、前記累積度数分布の第１の累積度数値と、前記限界累積度数分布の第２の累積度数値と、を比較する方法ステップと、
・前記第２の累積度数値が前記第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップと、
を含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記限界累積度数分布を、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・前記風力発電システムの前記要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で連続して検出する方法ステップと、
・各加速度値を、設定されたメモリサイズを有するリングメモリに記憶された初期加速度データセットに記憶し、前記メモリサイズが到達された場合、最後に前記リングメモリに記憶された加速度値によって最初に記憶された加速度値を上書きする方法ステップと、
・前記初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップと、
・求められた初期累積度数分布に基づいて前記限界累積度数分布を形成する方法ステップと、
により形成する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
・前記風力発電システムの出力領域を求める方法ステップと、
・種々の出力領域にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、前記風力発電システムの出力領域に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップと、
・少なくとも１つの加速度値に対する、前記累積度数分布の第１の累積度数値と、前記限界累積度数分布の第２の累積度数値と、を比較する方法ステップと、
・前記第２の累積度数値が前記第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップと、
を含む、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの加速度センサと、データ線路を介して前記加速度センサに接続されているデータ処理装置と、を備えた風力発電システムであって、
前記データ処理装置が、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法を実行するように構成されている、
風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電システムの振動状態を監視する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電プラントとも称される風力発電システムは、振動を励起する多様な影響に曝されている。また特に、風力発電システムのナセルは、風が一定の速度でロータブレードに流入したとしても、ロータハブとナセルに接続されたロータブレードとの回転のために、持続的な振動に曝される。
【０００３】
従来技術から、風力発電システムの振動特性を、風力発電システムの要素であって好ましくは風力発電システムのナセルに取り付けられた加速度センサにより監視することが公知である。加速度センサにより、要素の加速度を表す加速度値を検出することができ、この加速度値は、設定された加速度限界値との比較により、風力発電システムの制御部によって処理される。加速度限界値が上方超過されると、警報がトリガされ、かつ／または風力発電システムが停止される。こうしたタイプの振動監視は、許可基準および／または認証要求に基づいて各風力発電システムに設けられた単純なセンサシステムおよび単純な監視ロジックである。
【０００４】
こうしたタイプの振動監視は、風力発電システムが一時的に共振にいたることを防止するために用いられる。この種の共振は、望ましくない外部励振／影響、例えば異常な風および／または波の状況ならびに風力発電システム制御部の誤動作によって生じうる。共振状態で長時間にわたり風力発電システムの運転が続けば、風力発電システムの各要素の損傷ひいては短期間の構造破損にいたることもある。
【０００５】
警報をトリガし、風力発電システムの遮断を導入するための加速度限界値は、風力発電システムの通常運転において警報のトリガおよび遮断が頻繁に起こらないよう、比較的高くなっている。また、従来技術から公知の風力発電システムの振動状態を監視する方法には、例えば、警報トリガのための加速度限界値の上方超過後のきわめて短い時間（数秒）で風力発電システム遮断のための加速度限界値が既に上方超過されるようにロータブレードの構造的完全性が制限されている場合にしか警報トリガのための加速度限界値が複数回到達されないという問題がある。なぜなら、ロータブレードの損傷はきわめて迅速に進行し、例えばロータブレード全体が脱離してしまうからである。
【０００６】
こうしたタイプの振動状態監視は、共振に起因する過負荷による短期間の構造破損の回避に適している。風力発電システム全体または個々の部品／要素、例えばロータブレードの状態評価は、こうした閾値または限界値の監視には適していない。なぜなら、振動特性における差が小さく、きわめて大きな警報閾値または遮断閾値のトリガが生じないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の基礎とする課題は、風力発電システムの要素の構造的完全性の低下を早期に識別可能な、風力発電システムの振動状態を監視する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基礎とする上記の課題は、請求項１の特徴を有する方法により解決される。本発明の方法の有利な構成は各従属請求項に記載されている。
【０００９】
詳しく言えば、本発明の基礎とする上記の課題は、風力発電システムの振動状態を監視する方法であって、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・複数の加速度値を１つの加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・加速度データセットに基づいて累積度数分布を形成する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・第２の累積度数値が第１の累積度数値よりも大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
を含む、方法により解決される。
【００１０】
本発明の風力発電システムの振動状態を監視する方法によれば、風力発電システムの要素の構造的完全性の変化および弱化を早期に識別できる。これにより、風力発電システムの動作機能を阻害する損傷、例えば風力発電システムのロータブレードの脱離が突然にかつ不意に発生することを防止できる。風力発電システムの動作機能を阻害する相応の損傷は、例えば、ロータブレードをロータハブに固定している固定ボルトの破損によって生じうる。当該固定ボルトが破損した後、結果として別の固定ボルトの負荷限界が超過されることがあり、これにより最終的にロータブレードがロータハブから脱離してしまう。
【００１１】
風力発電システムの構造的完全性の変化および弱化を、本発明の方法により早期に識別することができる。なぜなら、風力発電システムの要素の故障、例えば接合ボルトの亀裂、ロータブレードの部材の亀裂またはロータハブの部材の亀裂、ロータハブ軸受の損傷またはブレード軸受の損傷などが、風力発電システムの振動特性の変化として現れるからである。例えば、接合ボルトに亀裂が生じた場合、ロータブレードとロータハブとの間の接合力が低下し、これにより、風力発電システムの運転中に大きな振動ひいては大きなナセル加速度が生じる。
【００１２】
風力発電システムの要素（例えばナセル）が運転中に曝されている加速度を表す複数の加速度値を考慮することにより、風力発電システムの構造的完全性の変化に結びつく振動特性の変化を良好に検出することができる。要素の加速度値の累積度数分布は、風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値に基づくので、振動特性の変化、例えば一部または全部の加速度値の増大を確実に識別することができる。
【００１３】
設定された時間インターバル内で加速度値ａ１，ａ２，ａ３，…，ａｋが検出され、１つの加速度データセットに記憶される。これらの加速度値のそれぞれは、絶対頻度ｎ１，ｎ２，ｎ３，…，ｎｋおよび相対頻度ｈ１，ｈ２，ｈ３，…，ｈｋによって生じ、ここで相対頻度の和はつねに１であるので、ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＋…＋ｈｋ＝１が成り立つ。累積度数Ｆ（ａ）は、ａ以下となる全加速度値ａｉの相対頻度の和である。累積度数分布は、加速度値に依存する累積度数の関数である。累積度数分布はグラフによって再現可能であり、ここで、パーセント表示も可能な相対度数分布は加速度値に対して記述される。この場合、通常、加速度測定値は横軸に、相対度数分布は縦軸に記される。
【００１４】
したがって累積度数分布から、加速度値に対し、相対累積度数を容易に求めることができる。このように、累積度数分布から、風力発電システムの要素が曝されている全振動のうち、設定された加速度値以下の振動の割合を容易に求めることができる。例えば、累積度数分布から、風力発電システムの要素が曝されている全振動の６０％が９ｍｇ（ｍｇ＝ミリｇ＝（１／１０００）×９．８１ｍ／ｓ２）以下であることを求めることができる。
【００１５】
複数の加速度値の検出は、設定された時間インターバル内で行われる。この場合、それぞれの加速度値を、相互に等間隔（例えば１秒ごと、１０秒ごと、…の加速度値の検出および記憶）または不等間隔の時間インターバルを有する時点で求めることができる。
【００１６】
加速度値は、好ましくは、風向に対して垂直に配向された振動方向での要素の運動／加速度を表す、要素の加速度値である。さらに、風向におけるかつ／またはドライブチェーンでの回転における加速度測定値も検出可能であり、風力発電システムのエラーを有する制御特性を確実に検出するため、本発明の方法に対して使用することができる。
【００１７】
風力発電システムの要素とは、例えば風力発電システムのナセルまたはロータブレードであると理解されたい。
【００１８】
限界累積度数分布は、例えば、風力発電システム特性の空力弾性のシミュレーションにより求めることができる。
【００１９】
本発明の方法は、過剰な振動による風力発電システムの突然の故障を回避する方法と称することもできる。
【００２０】
好ましくは、限界累積度数分布は、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・複数の加速度値を１つの初期加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップ、および
・求められた初期累積度数分布に基づいて限界累積度数分布を形成する方法ステップ
により形成される。
【００２１】
相応に構成された方法は、限界累積度数分布の形成のために、風力発電システムの要素の振動履歴を用いることができるという利点を提供する。これにより、風力発電システムの振動特性の変化に特に良好に追従してこれを検出することができる。
【００２２】
風力発電システムの要素の振動履歴を考慮する当該方法は、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の第１の加速度値を、設定された第１の時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・第１の加速度値を第１の加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・第１の加速度データセットに基づく第１の累積度数分布を形成する方法ステップ、
・求められた第１の累積度数分布に基づいて限界度数分布を形成する方法ステップ、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の第２の加速度値を、第２の時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・第２の加速度値を第２の加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・第２の加速度データセットに基づいて第２の累積度数分布を形成する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、第２の累積度数分布の累積度数値と、限界累積度数分布の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・限界累積度数分布の累積度数値が第２の累積度数分布の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
によっても記述可能である。
【００２３】
第２の時間インターバルは第１の時間インターバルに時間的に後続する。
【００２４】
好ましくは、同構造の複数の風力発電システムから成る風力発電システム群の１つの風力発電システムの限界累積度数分布が、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・風力発電システム群の少なくとも２つの風力発電システムにつき、各風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・複数の加速度値を１つの初期加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップ、および
・求められた初期累積度数分布に基づいて限界累積度数分布を形成する方法ステップ
により形成される。
【００２５】
相応に構成された方法により、同一の構造を有する複数の風力発電システムの振動特性が限界累積度数分布の形成に用いられ、これにより形成される限界累積度数分布がいっそう正確になるという利点が得られる。限界累積度数分布の算出にも用いられる、風力発電システムでの加速度値に場合により生じる異常値は、同様に限界累積度数分布の算出にも用いられる別の風力発電システムの加速度値を考慮することにより、平均される。つまり、振動特性の変化ひいては例えば検査すべき／監視すべき風力発電システムの構造的完全性の変化がより良好に検出可能となり、これにより検査すべき／監視すべき風力発電システムの動作安全性がさらに高まる。
【００２６】
風力発電システム群は、同一の構造を有する複数の風力発電システムから成る。これらは必ずしも１つの風力発電システムパークにまとめられていなくてもよい。風力発電システム群の各風力発電システムは、相互に遠く離れた場所に設置することもできる。風力発電システム群は、例えば１つもしくは複数の風力発電システムパークを含むことができる。
【００２７】
好ましくは、複数の加速度値は、風力発電システム群の風力発電システムのうち３つ以上、好ましくはその全てに対し、１つのかつ／または種々の初期時間インターバル内で検出される。
【００２８】
複数の加速度値を検出する前の時間インターバルで行われる、同一の構造を有する複数の風力発電システムの振動履歴を考慮した当該方法は、さらに、
・風力発電システム群の少なくとも２つの風力発電システム、好ましくは全ての風力発電システムにつき、風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の第１の加速度値を、設定された第１の時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・第１の加速度値を第１の加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・第１の加速度データセットに基づいて第１の累積度数分布を形成する方法ステップ、
・求められた第１の累積度数分布に基づいて限界累積度数分布を形成する方法ステップ、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の第２の加速度値を、第２の時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で検出する方法ステップ、
・第２の加速度値を第２の加速度データセットに記憶する方法ステップ、
・第２の加速度データセットに基づいて第２の累積度数分布を形成する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、第２の累積度数分布の累積度数値と、限界累積度数分布の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・限界累積度数分布の累積度数値が第２の累積度数分布の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
により記述可能である。
【００２９】
好ましくは、限界累積度数分布は、初期時間インターバルにおいて検出され初期加速度データセットに記憶された各加速度値に付加加速度値を加算することで限界加速度データセットを形成することにより形成される。当該限界加速度データセットは格納される。続いて、限界加速度データセットに基づいて限界累積度数分布が形成される。
【００３０】
相応に構成された方法により、付加加速度値を変化させることで、故障（例えば風力発電システムの要素の構造的完全性の低下）が推測される限界加速度を、各条件（例えばそれぞれ異なる構造体基部など）に合わせて容易に適応化できるという利点が得られる。なぜなら、風力発電システムの振動特性は、風力発電システム（幾何学寸法、材料選択）によるのみでなく、例えば構造体基部とそこへの風力発電システムの基柱の挿入深さにとよっても定められるからである。
【００３１】
好ましくは、本発明の方法はさらに、
・風力発電システムが曝されている風力領域を求める方法ステップ、
・種々の風力領域にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、風力発電システムが曝されている風力領域に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・第２の累積度数値が第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
を含む。
【００３２】
相応に構成された方法により、警報信号の出力および／または風力発電システムの遮断を、風力発電システムが曝されている風力に依存させることができるという利点が得られる。なぜなら、風力が大きい場合、風力発電システムおよびその要素は、風力が小さい場合に比べてより大きな力に曝され、このため風力発電システムの要素が大きな加速度に曝されるからである。つまり、相応に構成された方法により、風力発電システムの故障安全性がさらに高まる。
【００３３】
好ましくは、本発明の方法はさらに、
・風力発電システムが曝されている風の風向を求める方法ステップ、
・種々の風向にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、風力発電システムが曝されている風向に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・第２の累積度数値が第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
を含む。
【００３４】
相応に構成された方法により、警報信号の出力および／または風力発電システムの遮断を、風力発電システムが曝されている風の風向に依存させることができるという利点が得られる。なぜなら、種々の風向に対し、風力発電システムの追従特性を変化させることができるからである。相応に構成された方法により、こうした条件を考慮することができる。
【００３５】
好ましくは、本発明の方法はさらに、
・風力発電システムのロータブレードのブレード角を求める方法ステップ、
・種々のブレード角にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、ロータブレードが有するブレード角に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・第２の累積度数値が第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
を含む。
【００３６】
相応に構成された方法により、警報信号の出力および／または風力発電システムの遮断を、風力発電システムのロータブレードのブレード角に依存させることができるという利点が得られる。なぜなら、ロータブレードのブレード角に応じて、こうした出力および／または遮断は、ロータブレードに作用している風によって種々の強さで振動を励起し、これにより風力発電システムの運転中、種々のブレード角で種々の振動状態を生じるからである。相応に構成された方法により、こうした条件を考慮することができる。
【００３７】
さらに、本発明の方法は、ロータブレードのせん断流入量の規模、風力発電システムが設置された地面の地質的剛性、限界累積度数分布を選択するための渦流強度および／または風力発電システムの出力領域が考慮されるように構成可能である。
【００３８】
好ましくは、限界累積度数分布は、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を、設定された初期時間インターバル内のそれぞれ異なる時点で連続して検出する方法ステップ、
・各加速度値を、設定されたメモリサイズを有するリングメモリに記憶されている初期加速度データセットに記憶し、メモリサイズが到達された場合、最後にリングメモリに記憶された加速度値によって最初に記憶された加速度値を上書きする方法ステップ、
・初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布を形成する方法ステップ、および
・求められた初期累積度数分布に基づいて限界累積度数分布を形成する方法ステップ
により形成される。
【００３９】
相応に構成された方法により、高い精度を有する限界累積度数分布を形成でき、これにより風力発電システムの故障安全性がさらに高まるという利点が得られる。
【００４０】
好ましくは、限界累積度数分布は、複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて行われる、
・風力発電システムの出力領域を求める方法ステップ、
・種々の出力領域にそれぞれ割り当てられた種々の複数の限界累積度数分布から、風力発電システムの出力領域に依存して、１つの限界累積度数分布を選択する方法ステップ、
・少なくとも１つの加速度値に対する、累積度数分布の第１の累積度数値と、限界累積度数分布の第２の累積度数値とを比較する方法ステップ、および
・第２の累積度数値が第１の累積度数値より大きい場合に、警報信号を出力する方法ステップ
により形成される。
【００４１】
相応に構成された方法により、高い精度を有する限界累積度数分布を形成でき、これにより風力発電システムの故障安全性がさらに高まるという利点が得られる。
【００４２】
風力発電システムの出力領域は、例えば、１５００ｋＷ〜３０００ｋＷの第１の出力領域、３０００ｋＷ〜４５００ｋＷの第２の出力領域、４５００ｋＷ〜６０００ｋＷの第３の出力領域および６０００ｋＷ超の第４の出力領域を含むことができる。各出力領域は、固有の限界累積度数分布に対応していてよい。
【００４３】
本発明の方法の動作方式を、以下の図に即して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術から公知の振動状態を監視する方法が適用される複数の風力発電システムの塔頂部加速度の時間特性を示す図である。
【図２】風力発電システムの塔頂部加速度の図１に示されている時間特性のうち、ロータブレードが脱離してしまった部分を示す図である。
【図３】本発明の方法を説明するために、複数の風力発電システムの加速度値の累積度数分布を、限界累積度数分布とともに記して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１には、従来技術から公知の振動状態を監視する方法が適用された複数の風力発電システムでの、１年の運転期間中の塔頂部加速度の時間特性が示されている。図１に示されているグラフには、警報信号閾値１および停止閾値２が記されている。塔頂部加速度が警報信号閾値１を上方超過すると、警報信号が出力される。塔頂部加速度が停止閾値２を上方超過すると、風力発電システムの運転停止が導入される。
【００４６】
図１からわかるように、警報信号閾値１は数回のみ上方超過されており、停止閾値２はロータブレードの損傷のために１回のみ上方超過されている。図２には、図１に示されている風力発電システムの塔頂部加速度の時間特性のうち、警報信号閾値１および停止閾値２の双方がロータブレードの脱離のために上方超過された部分が示されている。従来技術から公知の風力発電システムの振動状態を監視する方法によれば、損傷の発生とほぼ同時に警報信号および停止信号が形成される。
【００４７】
したがって、従来技術から公知の風力発電システムの振動状態を監視する方法には、例えばロータブレードの構造的完全性が警報信号閾値１の上方超過後きわめて短い時間（数秒）で停止信号閾値２が上方超過されるように制限されている場合にしか警報信号閾値１が複数回到達されないという問題がある。なぜなら、ロータブレードの損傷、例えばロータブレード全体の脱離はきわめて迅速に進行するからである。
【００４８】
こうした振動状態監視の形式は、共振に起因する過負荷による短期間の構造破損の回避には適している。ただし風力発電システム全体または個々の部品／要素、例えばロータブレードの状態評価には、こうした閾値または限界値の監視は適していない。
【００４９】
図３には、限界累積度数分布３とともに記された、複数の風力発電システムの加速度値の累積度数分布が示されている。当該限界累積度数分布は、例えば、風力発電システム特性の空力弾性のシミュレーションにより求めることができる。
【００５０】
さらに、風力発電システムの監視のための複数の加速度値を検出する前の時間インターバルにおいて、風力発電システムの要素が曝されている加速度を表す複数の加速度値を検出することにより、限界累積度数分布３を形成することもできる。当該加速度値の検出は、設定された初期時間インターバル内の種々異なる時点で行われる。このようにして検出された加速度値は、初期加速度データセットに記憶される。続いて、初期加速度データセットに基づいて初期累積度数分布が形成され、その後、求められた初期累積度数分布に基づいて限界累積度数分布３が形成される。
【００５１】
図３からは、損傷のない風力発電システムの累積度数分布４で、全加速度値の約１０％が７ｍｇ以下、全加速度値の約５０％が９ｍｇ以下、全加速度値の約８０％が１０ｍｇ以下、全加速度値の約９９％が１４ｍｇ以下であることがわかる。
【００５２】
図３からさらにわかるのは、限界累積度数分布３において、１つの加速度値（例えば１０ｍｇ）に対し、当該加速度値に関連する累積度数値（１０ｍｇで４０％、すなわち全加速度値の４０％が１０ｍｇ以下であること）が、損傷のない風力発電システムの累積度数分布４の、当該加速度値（１０ｍｇ）に関連する累積度数値（１０ｍｇで７５％、すなわち全加速度値の７５％が１０ｍｇ以下であること）よりもつねに小さいということである。
【００５３】
図３には、同様に、構造的完全性ひいては剛性の低下した風力発電システムの要素の加速度値の累積度数分布５が示されている。（例えばロータブレードの亀裂、接合ボルトの亀裂、塔の亀裂などに起因して）剛性の低下した風力発電システムは、全体として、損傷のない風力発電システムの場合よりも大きな加速度値を有することがわかる。風力発電システムの故障は、例えば、累積度数分布５の第１の累積度数値（例えば１７ｍｇで８０％、すなわち全加速度値の８０％が１７ｍｇ以下であること）と、限界累積度数分布３の第２の累積度数値（１７ｍｇで９８％）とを比較することにより診断可能である。この場合、第２の累積度数値（９８％）が第１の累積度数値（８０％）より大きく、このため、検査されている風力発電システムの故障が高い確実性で生じており、かつその結果、警報信号が出力されうることがわかる。
【００５４】
風力発電システムの振動状態を監視する本発明の方法により、風力発電システムの要素の構造的完全性の変化および弱化を早期に識別することができる。これにより、風力発電システムの動作機能を阻害する損傷、例えば風力発電システムのロータブレードの脱離が突然かつ不意に発生することを防止できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  警報信号閾値
２  停止閾値
３  限界累積度数分布
４  損傷のない風力発電システムの累積度数分布
５  構造的完全性／剛性の低下した風力発電システムの累積度数分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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