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公開番号2025086101
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023199918
出願日2023-11-27
発明の名称風力発電プラント評価システム、風力発電システム、及び風力発電プラント評価方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 17/00 20160101AFI20250530BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】風、波、海流等の自然現象による荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価する。
【解決手段】実施の形態による風力発電プラント評価システムは、風力発電プラントの計測点に設置され、波荷重が風力発電プラントに作用したときの計測点における加速度を計測する加速度計測器と、計測点における変位を取得する変位取得部と、加速度計測器により計測された加速度及び変位取得部により取得された変位に基づいて、風力発電プラントの代表点における応答量及び風力発電プラントに作用する波荷重を推定する応答量波荷重推定部と、応答量波荷重推定部の推定結果から算出される風力発電プラントに発生する応力又はひずみに基づいて、風力発電プラントの損傷を評価する損傷評価部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
海洋上に位置し波荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価する風力発電プラント評価システムであって、
前記風力発電プラントの計測点に設置され、前記波荷重が前記風力発電プラントに作用したときの前記計測点における加速度を計測する加速度計測器と、
前記計測点における変位を取得する変位取得部と、
前記加速度計測器により計測された前記加速度及び前記変位取得部により取得された前記変位に基づいて、前記風力発電プラントの代表点における応答量及び前記風力発電プラントに作用する前記波荷重を推定する応答量波荷重推定部と、
前記応答量波荷重推定部の推定結果から算出される前記風力発電プラントに発生する応力又はひずみに基づいて、前記風力発電プラントの損傷を評価する損傷評価部と、を備える、風力発電プラント評価システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記変位取得部は、前記加速度計測器により計測された前記加速度に基づいて、前記計測点における前記変位を算出する変位演算部を含む、請求項１に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項３】
前記変位取得部は、前記計測点又はその近傍における変位を計測する変位計測器を含む、請求項１に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項４】
前記応答量波荷重推定部は、非線形カルマンフィルタを用いて、前記応答量及び前記波荷重を推定する、請求項１に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項５】
前記非線形カルマンフィルタにおいて、推定する状態量は、前記風力発電プラントの前記代表点における変位、速度、加速度、加加速度、波荷重、波荷重の時間微分、及び運動の緩急を表すパラメータを含み、観測量は、前記風力発電プラントの前記代表点における変位及び加速度を含む、請求項４に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項６】
前記風力発電プラントは、タワーを有する風車と浮体とを備え、
前記加速度計測器は、前記風車の計測点及び前記浮体の計測点にそれぞれ設置され、
前記風力発電プラント評価システムは、
前記応答量波荷重推定部により推定された前記波荷重に基づいて、前記浮体に入射する波の波形を推定する波形推定部と、
前記応答量波荷重推定部により推定された前記応答量及び前記波形推定部により推定された前記波形に基づいて、前記浮体に発生する応力又はひずみを算出する応答演算部と、を更に備え、
前記損傷評価部は、前記応答量波荷重推定部により推定された前記応答量に基づいて、前記タワーに発生する応力又はひずみを算出し、当該応力又は当該ひずみに基づいて、前記タワーの損傷を評価するとともに、前記応答演算部により算出された前記応力又は前記ひずみに基づいて、前記浮体の損傷を評価する、請求項１に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項７】
前記波形推定部は、前記浮体に作用する前記波荷重を入力とし前記浮体に入射する前記波の前記波形を出力とする伝達関数を用いて、前記波荷重から前記波形を推定する、請求項６に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項８】
前記伝達関数は、前記波形の時系列データ及び当該波形の時系列データから数値シミュレーション又は水槽実験により算出した前記波荷重の時系列データを用いて、自己回帰移動平均モデルのパラメータを同定することにより得られる、請求項７に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項９】
前記伝達関数は、前記波形の時系列データ及び当該波形の時系列データから数値シミュレーション又は水槽実験により算出した前記波荷重の時系列データを用いて、ニューラルネットワークモデルのパラメータを同定することにより得られる、請求項７に記載の風力発電プラント評価システム。
【請求項１０】
前記風力発電プラントは、ブレード及びハブを含むロータを有する風車を備え、
前記風力発電プラント評価システムは、
前記ロータにおける風速を取得する風速取得部と、
前記風速取得部により取得された前記風速に基づいて、前記ロータに作用するスラスト力を推定するスラスト力推定部と、を更に備え、
前記応答量波荷重推定部は、前記加速度計測器により計測された前記加速度、前記変位取得部により取得された前記変位、及び前記スラスト力推定部により推定された前記スラスト力に基づいて、前記応答量及び前記波荷重を推定する、請求項１に記載の風力発電プラント評価システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、風力発電プラント評価システム、風力発電システム、及び風力発電プラント評価方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
海洋上に位置する浮体式の風力発電プラントが知られている。このような風力発電プラントには、想定を超える風、波、海流等の自然現象による荷重（波荷重）が作用する場合がある。このため、プラント構造物の疲労等による損傷の程度を把握し、適切な維持及び補修を計画し実施することが、プラントの安定的な運転のために求められている。一般的な風力発電プラントの損傷評価方法として、風によるブレードやタワー等の損傷を、ひずみ計からの信号を取り込んで評価する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－３１６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の方法では、波や海流等による波荷重が作用する浮体式の風力発電プラントにおいて、例えば浮体構造物に多数のひずみ計を設置することを要する。このため、とりわけ大規模の風力発電プラントにおいて、ひずみ計の設置やそれらの維持管理に多額の費用が発生すると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記を考慮し、風、波、海流等の自然現象による荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価することができる風力発電プラント評価システム、風力発電システム、及び風力発電プラント評価方法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】
【０００６】
実施の形態による風力発電プラント評価システムは、海洋上に位置し波荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価する。風力発電プラント評価システムは、風力発電プラントの計測点に設置され、波荷重が風力発電プラントに作用したときの計測点における加速度を計測する加速度計測器と、計測点における変位を取得する変位取得部と、を備える。また、風力発電プラント評価システムは、加速度計測器により計測された加速度及び変位取得部により取得された変位に基づいて、風力発電プラントの代表点における応答量及び風力発電プラントに作用する波荷重を推定する応答量波荷重推定部を備える。また、風力発電プラント評価システムは、応答量波荷重推定部の推定結果から算出される風力発電プラントに発生する応力又はひずみに基づいて、風力発電プラントの損傷を評価する損傷評価部を備える。
【０００７】
また、実施の形態による風力発電システムは、風力発電プラントと、上述の風力発電プラント評価システムと、を備える。
【０００８】
また、実施の形態による風力発電プラント評価方法は、海洋上に位置し波荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価する方法である。風力発電プラント評価方法は、波荷重が風力発電プラントに作用したときの風力発電プラントの計測点における加速度を計測する加速度計測工程と、計測点における変位を取得する変位取得工程と、を含む。また、風力発電プラント評価方法は、加速度計測工程において計測された加速度及び変位取得工程において取得された変位に基づいて、風力発電プラントの代表点における応答量及び風力発電プラントに作用する波荷重を推定する応答量波荷重推定工程を含む。また、風力発電プラント評価方法は、応答量波荷重推定工程における推定結果から算出される風力発電プラントに発生する応力又はひずみに基づいて、風力発電プラントの損傷を評価する損傷評価工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、風、波、海流等の自然現象による荷重が作用する浮体式の風力発電プラントの損傷を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１の実施の形態による風力発電システムを示す概略図である。
風力発電プラントに作用する波荷重を説明するための図である。
非線形カルマンフィルタによる波荷重の推定結果の一例を示す図である。
ＡＲＭＡモデルによる波形の推定結果の一例を示す図である。
第１の実施の形態によるプラント評価方法のフローチャートを示す図である。
第２の実施の形態による風力発電システムを示す概略図である。
第２の実施の形態によるプラント評価方法のフローチャートを示す図である。
第４の実施の形態による風力発電システムを示す概略図である。
第４の実施の形態によるプラント評価方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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