(57)【要約】【課題】風力発電装置の余寿命を決定するための改善された方法を提供する。【解決手段】本発明は、風力発電装置の余寿命を決定するための方法に関する。本方法は、風力発電装置の運転中にセンサを用いて風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を連続して検知すること、並びに運動又は振動のモード及び振動数を決定することを含む。更に風力発電装置のコンポーネントに作用する力を、風力発電装置のモデル、特に数値モデルに基づいて検出すること、及び風力発電装置のコンポーネントの応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを検出することが行われる。更に本方法は、検出された応力スペクトル及び荷重スペクトルを全応力スペクトル及び全荷重スペクトルと比較することにより余寿命を決定又は評価することを含む。【選択図】図１
2018511734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中にセンサを用いて前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を連続して検知するステップ、
−  前記運動又は振動のモード及び振動数を決定するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントに作用する力を、前記風力発電装置のモデル、特に数値モデルに基づいて検出するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することにより余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法。
【請求項２】
更に以下のステップ、即ち、
重要な前記モードの時間依存の刺激係数を連続して検出又は計算し、それから特に時間依存の全歪状態に時間依存の前記刺激係数を重ね合わせることにより、前記コンポーネントの前記運動又は振動を検出するステップを有すること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記運動又は振動の連続した検知は、前記風力発電装置のタワー及び／又は前記風力発電装置のロータブレードの運動又は振動が検知されるように、選択されたセンサ位置において前記風力発電装置に配設されているセンサを用いて行われること
を特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の前記モデル、特に前記数値モデルと、時間依存の全歪状態に基づき、前記風力発電装置において作用する断面値、特に作用する断面力及び／又は作用する断面モーメントを連続して検出するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の重要な箇所、特に前記風力発電装置の荷重を表現する前記風力発電装置の重要な箇所において断面荷重スペクトルを検出するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
更に以下のステップ、即ち、
検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費を決定又は評価するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを前記全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することによる前記余寿命の決定又は評価は、検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することを含むこと
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応すること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、前記風力発電装置のコンポーネント、特に前記風力発電装置のタワー及びロータブレードの運動又は振動を、センサを用いて連続して検知するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネント、特に前記風力発電装置の前記タワー及びロータブレードの前記運動又は振動の固有振動数及び／又は固有モードを決定するステップ、
−  特に選択された前記センサ位置における前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動から、前記風力発電装置の前記コンポーネントの重要な前記固有モードの時間依存の刺激係数を連続して検出し、時間依存の全歪状態に重ね合わせるステップ、
−  前記風力発電装置のモデル、特に数値モデルと、時間依存の前記全歪状態に基づき、断面力及び断面モーメントの意味で前記風力発電装置において作用する断面値を連続して検出するステップ、
−  前記風力発電装置の重要な箇所における断面荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法。
【請求項１０】
前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応すること
を特徴とする、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の余寿命を決定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の開発においては、風力発電装置が例えば２０年又は２５年の寿命（耐用年数）をもつことができるように、風力発電装置の各々のコンポーネントが設計され、即ち風力発電装置の運転が、定められた寿命の間、可能であるように、風力発電装置の各々のコンポーネントが設計される。
【０００３】
どの風力発電装置も、常時荷重及び非常時荷重にさらされている。非常時荷重は、例えば、風の乱れ、斜めの空気の流れ、風速の高さプロフィールなどにより引き起こされる。従って風力発電装置に作用する荷重の作用範囲は多岐にわたっており、各々の荷重状況は、それらの全体において評価されなくてはならない。このことは、荷重状況の合計を表す荷重スペクトル（荷重集合値 Lastkollektive）により行われる。風力発電装置へ作用する非常時荷重は、風力発電装置のコンポーネントの疲労をもたらす。風力発電装置の各コンポーネントは、風力発電装置の寿命に達したときに初めて最大疲労に達するべきであるように設計されている。
【０００４】
下記特許文献１は、風力発電装置の疲労荷重を検出するための装置及び方法を記載している。この際、タワー疲労荷重解析は、風力発電装置におけるセンサの測定に基づいて実行される。疲労解析の結果は、風力発電装置の基礎部（Fundament）における損傷を評価するために、スペクトル周波数解析にかけられる。タワー疲労解析に基づき、寿命情報の評価が行われる。
【０００５】
ドイツ特許商標庁は、本出願の優先権の基礎となるドイツ特許出願について、下記特許文献１、下記特許文献２、下記特許文献３、並びに下記非特許文献１を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】EP 1 674 724 B1
【特許文献２】DE 102 57 793 A1
【特許文献３】DE 10 2011 112 627 A1
【特許文献４】EP 1 760 311 A2
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ラッハマン、シュテファン「風力発電装置の支持構造物において破損を追跡するための連続的な監視」（Lachmann, St.: “Kontinuierliches Monitoring zur Schaedigungsverfolgung an Tragstrukturen von Windenergieanlagen”）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、風力発電装置の余寿命を決定するための改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、請求項１に記載した、風力発電装置の現在達している寿命消費を決定するための方法により解決される。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明を実施するための形態について説明する。
【００１１】
本発明により、風力発電装置の余寿命を決定するための方法が提供される。センサを用い、風力発電装置の運転中に運動又は振動が連続して検知される。これらの運動又は振動のモード及び振動数が決定される。風力発電装置のコンポーネントに作用する力が、風力発電装置のモデル、特に数値モデルに基づいて検出される。風力発電装置のコンポーネントの応力スペクトル（Beanspruchungskollektiv）及び／又は荷重スペクトル（Lastkollektiv）が検出される。余寿命は、検出された応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することにより比較される。
【００１２】
本発明の一視点により、重要なモードの時間依存の刺激係数（Beteiligungsfaktor）の連続した検出又は計算が行われ、それから、特に時間依存の全歪状態に時間依存の刺激係数を重ね合わせること（Superpositionierung）により、コンポーネントの運動又は振動の検出が行われる。（刺激係数とは、質点系全体の応答に及ぼす各次モードの影響の度合いを表した指数である。この値が大きいほど、その次数のモードが全体に与える影響が大きいことになる。）
【００１３】
本発明により、余寿命又は寿命消費を検出するために、風力発電装置又は風力発電装置のコンポーネントの少なくとも１つの荷重スペクトル又は応力スペクトルを決定するための方法が提供される。風力発電装置のコンポーネントの運動が、センサを用いて風力発電装置の運転中に検知される。これらの運動のモード及び周波数が決定される。コンポーネントに作用する力は、風力発電装置のビームモデル又は風力発電装置のコンポーネントのビームモデルに基づいて検出することが可能である。風力発電装置のコンポーネントの応力及び荷重スペクトルが検出される。検出された応力及び荷重スペクトルを全応力及び全荷重スペクトルと比較することにより、風力発電装置の余寿命を決定又は評価することが可能である。
【００１４】
更に本発明により、請求項８に記載の方法が提案される。
【００１５】
それにより風力発電装置の余寿命を決定するための方法が提案される。センサを用い、風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動が連続して検知される。風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動の固有振動数及び固有モードが決定される。そして風力発電装置のコンポーネントの重要な固有モードの情報を用い、時間依存の刺激係数が連続して決定され、風力発電装置のコンポーネントの時間依存の全歪状態に重ね合わされる（superponieren）。風力発電装置の基礎部から出発して順次的なコンポーネントごとの手順により、即ち先ずタワーを観察し、引き続きロータブレードを観察し、センサ位置の相対運動又は相対振動が決定され、それから固有モード及び時間依存の刺激係数を介し、風力発電装置のコンポーネントの時間依存の全歪状態が決定される。つまりコンポーネントごとの順次的な手順により、風力発電装置のコンポーネントの相対運動又は相対振動が決定され、それから風力発電装置のコンポーネントの時間依存の全歪状態が決定される。風力発電装置のコンポーネントの時間依存の全歪状態をひとつにまとめることは、風力発電装置の時間依存の全歪状態を提供する。そして、風力発電装置のモデル、特に風力発電装置の数値モデルと、風力発電装置の時間依存の全歪状態とに基づき、断面力（Schnittkraft）及び断面モーメント（Schnittmoment）の意味で風力発電装置において作用する断面値（Schnittgroesse）を連続して検出することが可能である。そしてこれらの断面値から風力発電装置の重要な箇所における断面荷重スペクトルが検出される。これらの重要な箇所における対応の最大許容断面荷重スペクトル（最大で耐え得る断面荷重スペクトル）との比較により、風力発電装置の現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価することが可能である。
【００１６】
本発明により、余寿命又は寿命消費を検出するために、風力発電装置の少なくとも１つの箇所において少なくとも１つの断面荷重スペクトルを決定するための方法が提供される。風力発電装置の重要な箇所に配設されているセンサを用い、それらのセンサポジションにおいて風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動が検知される。それから風力発電装置のコンポーネントの固有振動数及び固有モードが決定される。風力発電装置のコンポーネントの相対運動が検出され、風力発電装置の全歪状態に連続してひとつにまとめられる。風力発電装置の数値モデル、例えば風力発電装置のビームモデルの数値モデルに基づき、風力発電装置に作用する断面値が検出され、そして発生した時系列（時間的履歴）から断面値スペクトルが計算される。この際、断面値とは、特に断面力及び断面モーメントと理解される。検出された断面値スペクトルを対応の最大で耐え得る断面値スペクトルと比較することにより、風力発電装置の余寿命を決定又は評価することが可能である。特にこれらのスペクトル（集合値 Kollektiv）を用い、現在累積されている寿命消費を検出することが可能である。更に風力発電装置の設計プロセスの本質的な部分は所謂荷重計算にあることが認識された。この際、外部からの荷重の作用のもと、風力発電装置の様々な位置において発生する断面値が検出される。この際、発生する断面値は、断面力及び断面モーメントの意味であると理解される。また断面値の周期的な部分は、時系列として及び／又は断面荷重スペクトルの形で表わされ、個々の構成部材の疲労設計に関する構成部材設計の基礎として用いられる。適切なセンサ機構により、即ち複数のセンサとそれらの装着箇所の選択により、正にこれらの時系列と断面荷重スペクトルを検知することが可能であり、つまり直接的に測定される信号としてではなく、風力発電装置の所定のモデルを取り込むことによってである。即ち風力発電装置の内部の荷重が、特に間接的に、検知される。
【００１７】
つまり本発明の一視点により、例えばロータ回転及び様々なピッチ角及び方位角のため、それ自体は非線形のモデルが、その都度の現在のピッチ位置、方位位置、及び／又はロータ位置のために固定して評価され（eingefroren）、この一瞬における線形系と見なされる。そして定義された時間間隔によるこの瞬時記録の連続した反復が、求められる値の時系列を同様に提供する。
【００１８】
瞬時の線形系としての処理は、同様に線形方程式系を基礎とした行列表現をもたらす。そのような系の情報量は、直交の固有ベクトルのセットにより完全に記述され、この際、それらの固有ベクトルは、任意の支持行列、例えば、質量行列、単位行列、又は他の自由に選択可能なベース（Base）に関連させることが可能である。
【００１９】
線形化された系により表現可能な各状態は、重み付けられた固有ベクトルの線形結合として表現することが可能である。この際、各固有ベクトルは、重ね合わせ（Superposition）の前に固有の刺激係数で付勢される。
【００２０】
この際、ここで提案されている数学的表現と関連したセンサ機構の役割は、瞬時の線形化された形状態を十分に正確に再構成するための刺激係数を決定することである。どの外部からの作用によりこの系状態が引き起こされているのかとういうことは、当該手順において重要なことではなく、内部の断面値を検出するという目的の意味において関心外である。つまり本発明においては、内部の断面値が検出される。
【００２１】
この際、本発明により、固有ベクトルの検出は、オンラインで行われる必要はなく、予め、観察される風力発電装置の時間依存の系特性として、蓄えるかたちで計算可能であり且つ刺激係数の検出において使用するために所定のデータメモリから呼出し可能であることが利用される。
【００２２】
更にこの際、断面値経過の十分に正確な描写のためには、全ての固有ベクトルではなく、通常は極めて僅かな、長波長の固有ベクトル、特に最長波長の固有ベクトルだけが必要であるという事実が利用される。より高次の固有ベクトル、即ち短波長の固有ベクトルの刺激係数は、通常小さいので、これらの固有ベクトルは、重ね合わされた瞬時の解にとって小さく且つ無視できる寄与分を提供するに過ぎない。
【００２３】
本方法を実行するためには、各時点において、線形瞬時系の個々の自由値（Freiwert）の移動状態及び／又は捩れ状態を提供する移動信号及び／又は捩れ信号が必要とされる。これらは、適切な測定値記録器を用いて直接的に、又は例えば加速度測定値又は速度測定値の積分により間接的に検出することが可能である。
【００２４】
測定記録器の位置と配向は、基本的に、重要な固有ベクトルのコンポーネントを測定可能であるために適しているべきであろう。しかしこの際、必ずしも正確な位置又は方向を守る必要はなく、それは、刺激係数を決定するための提案されたアルゴリズムは、測定記録器の箇所における測定値と固有ベクトルの間の偏差合計の最小化に基づき、また最適でない測定記録器位置の場合にも刺激係数の良好な近似が提供されるためである。この際、センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出されるべきである重要な固有ベクトルの数に対応する。この数よりも大きな数においては、本発明による方法の精度が向上する。
【００２５】
現在の時点において刺激係数が存在すると、系状態は、対応の固有ベクトルを用いて決定することが可能であり、現在の時点のために、求められた断面値を使用することができる。
【００２６】
当該過程は、連続的に反復され、それによりそのように検出された断面値は、風力発電装置の設計のための荷重計算におけるのと類似し、時系列（時間的履歴）を構成し、但しそのように検出された時系列は、実際の応力を基礎にして検出され、設計のために想定された応力を基礎に検出されるわけではないという差がある。
【００２７】
以下、一実施形態に基づく例としての一計算経過を記載する：
【００２８】
装置のロータ位置、ピッチ位置、及び／又は方位位置が与えられている所定の一時点においては、このコンフィグレーションのために固有ベクトルのセットＶ（二重下線あり）が存在し、このセットを用い、装置状態ｚが、これらの固有ベクトルの刺激係数αを用いた重み付けられた重ね合わせ（Superposition）により、以下のように表わされる：
【００２９】
2018511734.tif 000003
【００３０】
この際、実際には固有ベクトルの完全なセットが使用されるのではなく、実質的に長波長の固有ベクトルだけを含む、適切に選択されたそれらの部分量が使用される。
【００３１】
所定のセレクタ行列Ｓｍ（二重下線あり）を用い、これらの固有ベクトルの短縮されたセットＶｍ（二重下線あり）が定義され、このセットは、予定されたセンサ機構からの測定値Ｍを使用することができる自由値だけを含んでいる。
【００３２】
2018511734.tif 000004
【００３３】
現在の測定値Ｍと、対応の短縮された状態ベクトルｚｍとの間の偏差平方の和は、以下のように表わされ：
【００３４】
2018511734.tif 000005
【００３５】
この偏差平方の和が最小となるべきであり、それから各時間ステップにおいて、求められる刺激係数αの決定のために線形方程式系が得られる：
【００３６】
2018511734.tif 000006
【００３７】
この評価は、各時間ステップにおいて実行されるべきである。この評価は、刺激係数αの時系列を提供し、αを用いて重み付けられた固有ベクトルＶ（二重下線あり）の重ね合わせ（Superposition）の後、状態ベクトルｚの時系列を提供する。そしてこの状態ベクトルから、系断面値の求められる時系列が検出され、適切なアルゴリズム、例えばレインフロー法又は他の方法を用いて数えられ、寿命消費の計算のために援用される。
【００３８】
本発明の更なる構成は、下位請求項の対象である。
【００３９】
以下、図面に関連し、本発明の利点及び実施例を更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による一風力発電装置の概要図を示す図である。
【図２】一風力発電装置の簡略概要図を示す図である。
【図３】一風力発電装置と該風力発電装置の可能な運動の簡略概要図を示す図である。
【図４】一風力発電装置の余寿命を決定するための方法の一フローチャートを示す図である。
【実施例】
【００４１】
図１は、本発明による一風力発電装置の概略図を示している。風力発電装置１００は、タワー１０２とナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８と１つのスピナ１１０とを備えたロータ１０６が設けられている。ロータブレード１０８は、各々、ロータブレード先端部１０８ｅとロータブレード付根部１０８ｆを有する。ロータブレード１０８は、ロータブレード付根部１０８ｆによりロータ１０６のハブに固定されている。ロータ１０６は、運転時には風力により回転運動を行い、それによりナセル１０４内の発電機のロータ又は回転子を直接的に又は間接的に回転させる。ロータブレード１０８のピッチ角は、各々のロータブレード１０８のロータブレード付根部１０８ｆにおけるピッチモータにより変更可能である。
【００４２】
図２は、一風力発電装置の簡略概要図を示している。風力発電装置１００は、振動又は運動２００にさらされているタワー１０２と、振動又は運動３００にさらされているロータブレード１０８を有する。
【００４３】
図３は、一風力発電装置と該風力発電装置の可能な運動の簡略概要図を示している。風力発電装置のタワー１０２は、様々な運動又は振動２１０、２２０、２３０にさらされる可能性がある。風力発電装置のロータブレード１０８も、様々な運動又は振動３１０、３２０、３３０にさらされる可能性がある。
【００４４】
図４は、一風力発電装置の余寿命を決定するための方法の一フローチャートを示している。ステップＳ１００では、風力発電装置１００の運転中に風力発電装置１００内の又は風力発電装置１００に付設のセンサの測定データに基づいてモーダル認識（Modalerkennung）が行われ、この際、ビームとしてモデル化されている風力発電装置のコンポーネント（複数のコンポーネント）のモード（複数のモード）への結合解除されたモーダル分解が行われる。加速度センサ又は伸びセンサ（ひずみゲージ）の位置は（適切に定義された剛性と質量を有する）風力発電装置のビームモデルから検出できる。
【００４５】
ステップＳ２００では、風力発電装置のコンポーネントの振動数とモードの決定が行われる。
【００４６】
ステップＳ３００では（連続して）モードの刺激係数が計算され、それからコンポーネントの運動又は振動が検出される。従って、コンポーネントの相対加速度、コンポーネントのモード、モードの刺激係数、並びに引き続き、コンポーネントの相対運動を検出することが可能である。
【００４７】
それにより風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動は、モデルにおいて、特に数値モデルにおいて、風力発電装置内の又は風力発電装置に付設のセンサの現在検出された測定データに基づき、連続して計算できる。風力発電装置のコンポーネントに作用する現在の断面力（Schnittkraft）及び断面モーメント（Schnittmoment）は、前記モデル、特に計算されたモデルないし計算モデルと、風力発電装置のコンポーネントの相対運動に基づいて検出することが可能である。
【００４８】
検出された断面力及び／又は断面モーメントは、それから応力・時間・グラフを作成可能とするために記憶させることが可能である。記憶された断面力及び／又は断面モーメントに基づき、荷重スペクトル又は応力スペクトルを検出することが可能である。これらの荷重スペクトル又は応力スペクトルから、余寿命又は寿命消費を例えば連続して検出することが可能であり、それにより余寿命の正確な決定が可能である。
【００４９】
本発明の一視点により、風力発電装置のコンポーネントのモードを連続的に検知することにより極限荷重を検知し、記録（プロトコル化）することが可能である。更に風力発電装置のコンポーネントのモードの変化により、風力発電装置の状態を推定することも可能である。
【００５０】
更なる一実施形態により、ステップＳ２００においてモードの刺激係数が計算され、それからコンポーネントの運動又は振動が検出される。このことは、基礎部から出発して順次的に行われ、つまり例えば先ずタワーのために行われ、次にロータブレードのために行われる。従って、コンポーネントの相対加速度、コンポーネントのモード、モードの刺激係数、並びに引き続き、コンポーネントの相対運動を検出することが可能である。そしてそれから風力発電装置全体の時間依存の全歪状態が合成される。好ましくは、刺激係数は、この際、連続して計算される。
【００５１】
引き続きステップＳ３００では、風力発電装置の重要な箇所における断面値（Schnittgroesse）、即ち断面力及び断面モーメントが、風力発電装置の数値モデル、例えば風力発電装置のビームモデルと、風力発電装置の時間依存の全歪状態とを用いて計算される。結果として得られる時系列から、風力発電装置の重要な箇所のための断面荷重スペクトルが構成される。
【００５２】
それにより風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動、従って風力発電装置全体の運動又は振動は、数値モデルにおいて、風力発電装置内の又は風力発電装置に付設のセンサの現在検出された測定データに基づき、連続して計算できる。風力発電装置において作用する現在の断面力及び断面モーメントは、計算モデル及び風力発電装置の全歪に基づいて検出することが可能である。
【００５３】
検出された断面力及び／又は断面モーメントは、それから応力・時間・グラフを作成可能とするために記憶させることが可能である。記憶された断面力及び／又は断面モーメントに基づき、荷重スペクトル又は応力スペクトルを検出することが可能である。これらの荷重スペクトル又は応力スペクトルから、耐え得る最大のスペクトル（Kollektiv）との比較を用い、寿命消費を特に連続して検出することが可能であり、それにより余寿命の予測が可能である。
【００５４】
本発明の一視点により、風力発電装置の全歪を連続的に検知することにより極限荷重を検知し、記録（プロトコル化）することが可能である。更に風力発電装置のコンポーネントの固有モード及び／又は固有振動数の変化により、風力発電装置の状態を推定することも可能である。
【００５５】
更に本発明は、風力発電装置の余寿命を決定するための方法に関する。本方法は、風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、風力発電装置のコンポーネント（タワー、ロータブレードなど）の運動又は振動を、センサを用いて連続して検知することを含む。また風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動の固有振動数及び固有モードの決定が行われる。更に風力発電装置のコンポーネントの重要な固有モードの時間依存の刺激係数が（選択されたセンサ位置における風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動から）連続して検出され、重ね合わせ（Superposition）により、時間依存の全歪状態が計算される。それに加え、本方法は、風力発電装置の数値モデルと、時間依存の全歪状態とに基づき、断面力及び断面モーメントの意味で風力発電装置において作用する断面値を連続して検出することを含む。更に本方法は、風力発電装置の重要な箇所において断面荷重スペクトルを検出すること、及び検出された断面荷重スペクトルを対応の耐え得る最大の断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価することを含む。
【００５６】
本発明の目的は、適切なセンサ機構を用い、直接的に測定された信号としてではないが、荷重計算のためにいずれにせよ必要な風力発電装置の機械的な全体モデルを取り入れながら、時系列とスペクトル（Kollektiv）を検知することである。
【符号の説明】
【００５７】
１００      風力発電装置
１０２      タワー
１０４      ナセル
１０６      ロータ
１０８      ロータブレード
１０８ｅ    ロータブレード先端部
１０８ｆ    ロータブレード付根部
１１０      スピナ
２００、３００      振動又は運動
２１０、２２０、２３０      タワーの運動又は振動
３１０、３２０、３３０      ロータブレードの運動又は振動
Ｓ１００、Ｓ２００、Ｓ３００      方法ステップ
【図１】
2018511734.tif 000007
【図２】
2018511734.tif 000008
【図３】
2018511734.tif 000009
【図４】
2018511734.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月4日(2017.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中にセンサを用いて前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を連続して検知するステップ、
−  前記運動又は振動のモード及び振動数を決定するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントに作用する力を、前記風力発電装置のモデルに基づいて検出するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することにより余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法。
【請求項２】
更に以下のステップ、即ち、
重要な前記モードの時間依存の刺激係数を連続して検出又は計算し、それから時間依存の全歪状態に時間依存の前記刺激係数を重ね合わせることにより、前記コンポーネントの前記運動又は振動を検出するステップを有すること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記運動又は振動の連続した検知は、前記風力発電装置のタワー及び／又は前記風力発電装置のロータブレードの運動又は振動が検知されるように、選択されたセンサ位置において前記風力発電装置に配設されているセンサを用いて行われること
を特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の前記モデルと、時間依存の全歪状態に基づき、前記風力発電装置において作用する断面値、即ち作用する断面力及び／又は作用する断面モーメントを連続して検出するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の重要な箇所、即ち前記風力発電装置の荷重を表現する前記風力発電装置の重要な箇所において断面荷重スペクトルを検出するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
更に以下のステップ、即ち、
検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費を決定又は評価するステップを含むこと
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを前記全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することによる前記余寿命の決定又は評価は、検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することを含むこと
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応すること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を、センサを用いて連続して検知するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動の固有振動数及び／又は固有モードを決定するステップ、
−  選択された前記センサ位置における前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動から、前記風力発電装置の前記コンポーネントの重要な前記固有モードの時間依存の刺激係数を連続して検出し、時間依存の全歪状態に重ね合わせるステップ、
−  前記風力発電装置のモデルと、時間依存の前記全歪状態に基づき、断面力及び断面モーメントの意味で前記風力発電装置において作用する断面値を連続して検出するステップ、
−  前記風力発電装置の重要な箇所における断面荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法。
【請求項１０】
前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応すること
を特徴とする、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記課題は、請求項１に記載した、風力発電装置の現在達している寿命消費を決定するための方法により解決される。
即ち本発明の第１の視点により、風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中にセンサを用いて前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を連続して検知するステップ、
−  前記運動又は振動のモード及び振動数を決定するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントに作用する力を、前記風力発電装置のモデルに基づいて検出するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することにより余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法が提供される。
更に本発明の第２の視点により、風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を、センサを用いて連続して検知するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動の固有振動数及び／又は固有モードを決定するステップ、
−  選択された前記センサ位置における前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動から、前記風力発電装置の前記コンポーネントの重要な前記固有モードの時間依存の刺激係数を連続して検出し、時間依存の全歪状態に重ね合わせるステップ、
−  前記風力発電装置のモデルと、時間依存の前記全歪状態に基づき、断面力及び断面モーメントの意味で前記風力発電装置において作用する断面値を連続して検出するステップ、
−  前記風力発電装置の重要な箇所における断面荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること
を特徴とする方法が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中にセンサを用いて前記風力発電装置のコンポーネントの運動又は振動を連続して検知するステップ、
−  前記運動又は振動のモード及び振動数を決定するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントに作用する力を、前記風力発電装置のモデル、特に数値モデルに基づいて検出するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネントの応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することにより余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること。
（形態２）前記方法において、更に以下のステップ、即ち、
重要な前記モードの時間依存の刺激係数を連続して検出又は計算し、それから特に時間依存の全歪状態に時間依存の前記刺激係数を重ね合わせることにより、前記コンポーネントの前記運動又は振動を検出するステップを有することが好ましい。
（形態３）前記方法において、前記運動又は振動の連続した検知は、前記風力発電装置のタワー及び／又は前記風力発電装置のロータブレードの運動又は振動が検知されるように、選択されたセンサ位置において前記風力発電装置に配設されているセンサを用いて行われることが好ましい。
（形態４）前記方法において、更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の前記モデル、特に前記数値モデルと、時間依存の全歪状態に基づき、前記風力発電装置において作用する断面値、特に作用する断面力及び／又は作用する断面モーメントを連続して検出するステップを含むことが好ましい。
（形態５）前記方法において、更に以下のステップ、即ち、
前記風力発電装置の重要な箇所、特に前記風力発電装置の荷重を表現する前記風力発電装置の重要な箇所において断面荷重スペクトルを検出するステップを含むことが好ましい。
（形態６）前記方法において、更に以下のステップ、即ち、
検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費を決定又は評価するステップを含むことが好ましい。
（形態７）前記方法において、検出された前記応力スペクトル及び／又は荷重スペクトルを前記全応力スペクトル及び／又は全荷重スペクトルと比較することによる前記余寿命の決定又は評価は、検出された断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することを含むことが好ましい。
（形態８）前記方法において、前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応することが好ましい。
（形態９）風力発電装置の余寿命を決定するための方法であって、以下のステップ、即ち、
−  前記風力発電装置の運転中に、選択されたセンサ位置において、前記風力発電装置のコンポーネント、特に前記風力発電装置のタワー及びロータブレードの運動又は振動を、センサを用いて連続して検知するステップ、
−  前記風力発電装置の前記コンポーネント、特に前記風力発電装置の前記タワー及びロータブレードの前記運動又は振動の固有振動数及び／又は固有モードを決定するステップ、
−  特に選択された前記センサ位置における前記風力発電装置の前記コンポーネントの前記運動又は振動から、前記風力発電装置の前記コンポーネントの重要な前記固有モードの時間依存の刺激係数を連続して検出し、時間依存の全歪状態に重ね合わせるステップ、
−  前記風力発電装置のモデル、特に数値モデルと、時間依存の前記全歪状態に基づき、断面力及び断面モーメントの意味で前記風力発電装置において作用する断面値を連続して検出するステップ、
−  前記風力発電装置の重要な箇所における断面荷重スペクトルを検出するステップ、及び、
−  検出された前記断面荷重スペクトルを対応の最大許容断面荷重スペクトルと比較することにより、現在の寿命消費及び／又は余寿命を決定又は評価するステップ
を有すること。
（形態１０）形態９に記載の方法において、前記センサの数は、少なくとも、刺激係数が検出される重要な固有ベクトルの数に対応することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
更に本発明により、請求項９に記載の方法が提案される。
【国際調査報告】
2018511734.tif 000011
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