專利名稱：風車的動特性監(jiān)視裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風車的動特性監(jiān)視裝置及其方法。
背景技術：
在進行風車的控制時，一般在風車的建設時等設定控制參數，并使用該控制參數 來進行風車的控制。這樣的控制參數優(yōu)選根據基于季節(jié)的溫度及風力狀況、或歷年變化而變更為最佳 的值的情況。但是，通常，在建設時暫時設定的控制參數在以后的控制中不會變更。因此， 擔心在效率差的狀態(tài)下繼續(xù)運轉。另外，認為例如為了變更風車葉片的槳距角度而使用的促動器等驅動設備的動特 性伴隨時效劣化而發(fā)生變化，但對與這些驅動設備相關的動特性沒有進行監(jiān)視。因此，對于 促動器等，通過在發(fā)生異常時進行通知的警報等注意到發(fā)生異常，難以將設備的異常發(fā)生 防患于未然。另外，例如專利文獻1中公開有一種系統(tǒng)，在風車葉片的槳距角控制中，對輸出槳 距角指令值的槳距角控制系賦予補償控制器和參數認定器。該系統(tǒng)中，相對于槳距角控制 系計算出的操作量輸出將補償控制器所輸出的控制補償指令值相加得到的操作量作為最 終的槳距角控制指令。該系統(tǒng)中，參數認定器在線認定風力發(fā)電機的參數，并通過在補償控 制器利用認定后的參數，求出上述控制補償指令值。專利文獻1 (日本)特開2006-37850號公報上述專利文獻1的系統(tǒng)中，設置補償控制器和參數認定器，并通過參數認定器在 線認定補償控制器的參數，由此計算控制補償指令值。但是，本方法中，由于本來的控制器 的控制參數被固定，所以擔心本來的控制器的控制特性相對于根據季節(jié)的溫度及風況的變 化或歷年變化而發(fā)生劣化。另外，存在不實施動特性監(jiān)視就不能檢測風車的特性變化的問 題點。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決所述問題而做出的，其目的在于，提供一種風車的動特性監(jiān)視 裝置及其方法，通過直接調整本來的控制器的控制參數，可維持發(fā)生了經年變化等的情況 下的該控制器的控制性能，并且可檢測風車系統(tǒng)的特性變化。為了解決所述課題，本發(fā)明采用以下手段。本發(fā)明第一方面提供一種風車的動特性監(jiān)視裝置，其具備認定部，對根據風速確 定的多個區(qū)域分別認定風車的動特性模型；及監(jiān)視部，對所述每個區(qū)域監(jiān)視由所述認定部 認定的動特性模型。由于風車的動特性相對于風速非線性較高，所以難以以高的性能分析動特性。本 方式中，根據風速區(qū)分成多個區(qū)域，并對每個區(qū)域進行認定，因此可以在確保線性的范圍內 進行認定。由此，可以提高動特性的監(jiān)視性能。
所述區(qū)域例如被區(qū)分成以固定槳距角且以發(fā)電機輸出為最大輸出點的方式調整 轉速的第一運轉區(qū)域；以固定槳距角且以轉速為額定轉速的方式調整發(fā)電機輸出的第二運 轉區(qū)域；及以轉速及輸出一定的方式控制槳距角的第三運轉區(qū)域。在所述風車的動特性監(jiān)視裝置中，也可以是，所述監(jiān)視部對所述每個運轉區(qū)域監(jiān) 視由所述認定部認定的動特性模型的規(guī)定的動特性參數的時間序列變化，并基于該動特性 參數的時間序列變化來判斷是否需要進行風車的控制參數的調整。由此，可以不依次進行控制參數的調整，而可在動特性方面確認了某一定以上的 劣化等的情況下進行控制參數的調整。由此，可以在適宜的時期變更控制參數。也可以是，上述監(jiān)視部例如在所述規(guī)定的動特性參數值相對于初始值超出預先設 定的規(guī)定的變化量的情況下，判定為需要進行風車的控制參數的調整。也可以是，所述動特性模型例如由包含死區(qū)時間的傳遞函數表示，監(jiān)視部基于死 區(qū)時間及傳遞函數的系數中至少任意一個的時間序列變化來判斷控制參數的調整時期。包 含所述死區(qū)時間的傳遞函數中也包含二次以上的高次的傳遞函數。在所述風車的動特性監(jiān)視裝置中，也可以是，所述監(jiān)視部基于風速或風速及風向 的組合將所述規(guī)定的動特性參數分成多個等級，并對每個該等級監(jiān)視所述動特性參數的時 間序列變化。這樣，通過對基于風速或風速及風向的組合的每個等級監(jiān)視動特性參數的時間序 列變化，可以更正確地掌握風車的動特性。本發(fā)明第二方面提供一種風車監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視多個風車的運轉狀態(tài)，對多個所述 風車給予控制指令，其中，具備所述任一種風車的動特性監(jiān)視裝置。本發(fā)明第三方面提供一種風車的動特性監(jiān)視方法，對根據運轉控制方法確定的多 個區(qū)域分別認定風車的動特性模型，并對所述每個運轉區(qū)域監(jiān)視所認定的動特性模型。
根據本發(fā)明，實現下述效果能夠使風車以穩(wěn)定的狀態(tài)運轉，并且能夠在適宜的時 期變更風車的控制參數。


圖1是將本發(fā)明一實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置所具備的功能展開表示的 功能框圖；圖2是表示本發(fā)明一實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置的硬件構成的圖；圖3是說明運轉區(qū)域的區(qū)分的圖；圖4是表示第一運轉區(qū)域及第二運轉區(qū)域的情況下的認定模型的圖；圖5是表示第三運轉區(qū)域的情況下的認定模型的圖；圖6是表示槳距角控制的認定模型的圖；圖7是表示時間序列變化表之一例的圖；圖8是表示本發(fā)明一實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置的動作流程的圖；圖9是表示第一運轉區(qū)域及第二運轉區(qū)域的情況下的認定模型的其它構成例的 圖；圖10是表示第三運轉區(qū)域的情況下的認定模型的其它構成例的圖；圖11是表示本發(fā)明一實施方式的風車監(jiān)視系統(tǒng)的圖。
標號說明
10風車的動特性監(jiān)視裝置
11認定部
12存儲部
13監(jiān)視部
14顯示部
31輸出控制器
32第一動特性模型
33第二動特性模型
41槳距角控制器
42第三動特性模型
43第四動特性模型
51第五動特性模型
60風車監(jiān)視系統(tǒng)
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的風車的動特性監(jiān)視裝置及其方法的一實施方式進行說 明。圖1是將本發(fā)明一實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置所具備的功能展開表示的 功能框圖，圖2是表示本發(fā)明一實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置的硬件構成的圖。如圖1所示，本實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置10具備認定部11、存儲部12、 監(jiān)視部13、及顯示部14。例如圖2所示，風車的動特性監(jiān)視裝置10是計算機系統(tǒng)，構成為具備CPU(中央運 算處理裝置)1、RAM (Random Access Memory 隨機存儲器)等主存儲裝置2、HDD (Hard Disk Drive 硬盤驅動器)等輔助存儲裝置3、鍵盤及鼠標等輸入裝置4、及監(jiān)視器及打印機等輸 出裝置5。在輔助存儲裝置3中存儲有各種程序，CPU1從輔助存儲裝置3向主存儲裝置2讀 出程序，通過執(zhí)行來實現各種處理。圖1中，認定部11按根據風速確定的多個運轉區(qū)域分別認定風車的動特性模型。在本實施方式中，如圖3所示，運轉區(qū)域被分類成三個區(qū)域。第一運轉區(qū)域是風速最低的區(qū)域，以固定槳距角且以發(fā)電機輸出為最大輸出點的 方式控制轉速。第二運轉區(qū)域是中間風速區(qū)域，以固定槳距角且以轉速為額定轉速的方式 控制發(fā)電機輸出。第三運轉區(qū)域是風速最大的區(qū)域，以轉速及輸出一定的方式控制槳距角。 在上述第一運轉區(qū)域、第二運轉區(qū)域，槳距角被固定為發(fā)電機輸出為最大的槳距角。在第一運轉區(qū)域及第二運轉區(qū)域，將槳距角固定，且通過發(fā)電機轉速來控制發(fā)電 機輸出，由此使用圖4所示的認定模型。圖4所示的認定模型中，Gjs) ^G2(s)是表示所認定的動特性的傳遞函數(動特 性模型)。圖4中，將發(fā)電機轉速的設定值和發(fā)電機的實際轉速的差分輸入至輸出控制器 31，且以該輸出即輸出設定值為第一動特性模型32的輸入。另外，風速為第二動特性模型33的輸入。將第一動特性模型32的輸出及第二動特性模型33的輸出相加而成為發(fā)電機轉速。上述輸出控制器31例如可采用P控制器、PI控制器、PID控制器等中的任一種。在圖3所示的第三運轉區(qū)域，由于以轉速及輸出一定的方式控制槳距角，所以使 用圖5所示的認定模型。在圖5所示的認定模型中，G3(s)及G4(S)是表示所認定的動特性的傳遞函數(動 特性模型)。圖5中，將發(fā)電機轉速的設定值和發(fā)電機的實際轉速之間的差分輸入至槳距角 控制器41，且以該輸出即槳距角設定值為第三動特性模型42的輸入。另外，風速為第四動 特性模型43的輸入。將第三動特性模型42的輸出及第四動特性模型43的輸出相加而成 為發(fā)電機轉速。上述槳距角控制器41例如可采用P控制器、PI控制器、PID控制器等中的任一種。另外，關于槳距角控制，使用圖6所示的認定模型。圖6中，槳距角設定值為第五 動特性模型51的輸入，第五動特性模型51的輸出為實際槳距角。圖4 圖6所示的各動特性模型Gjs) G5(s)全部由以死區(qū)時間為要素的傳遞 函數表示。由認定部11進行的動特性模型的認定按以下順序進行。在此，以動特性模型 Gjs)為例進行說明。動特性模型Gjs)例如作為以一次延遲及死區(qū)時間為要素的一次傳遞函數，由以 下式(1)表示。數學式1G丨⑷二 ^^⑴當通過Z變換將上述式⑴離散化后，得到以下的式⑵。數學式2Gx{z)=Kx{l~a')z ‘' (2)
z-ax在此， 以此時的輸入輸出分別為U(z)、Y(z)時，得到由以下式(3)表示的遞推公式。數學式3 接著，根據上述(3)式，使用實際的輸入輸出數據，通過應用公知的線性預測法分 別求取系數apKpli，進而根據該系數a^Kpli分別計算出與由式⑴表示的第一動特性 模型G^s)的時間常數、增益、死區(qū)時間有關的動特性參數H Llt)使用上述解法，認定部11對其它動特性模型G2(s) G5(S)也計算出動特性參數 的值。另外，對于由認定部11進行認定的方法，不限于上述例，也可以根據時間響應波形直 接分別地計算上述式⑴的動特性參數！^、!^、!^。存儲部12在每個運轉區(qū)域與時間信息及風速建立對應地存儲由認定部11計算出 的各動特性參數。監(jiān)視部13按運轉區(qū)域分別取得存儲于存儲部12的各動特性參數中的特定的動特 性參數，在每個運轉區(qū)域基于風速將所取得的動特性參數分類成多個等級，對每個等級制作表示動特性參數的時間序列變化的時間序列變化表。圖7表示作為特定的動特性參數選定時間常數的情況下的第一運轉區(qū)域的時間 序列變化表。圖7中，橫軸表示時間，縱軸表示動特性參數(例如時間常數)，將風速分成每 Im的等級。
監(jiān)視部13在對每個運轉區(qū)域制作這樣的時間序列變化表時，將所制作的時間序 列變化表輸出至顯示部14。另外，在上述說明中，對制作與時間常數相關的時間序列變化表 的情況進行了敘述，但所選擇的動特性參數不限于時間常數。例如，也可以選定其它動特性參數，且也可以選定多個動特性參數并對它們分別 制作時間序列變化表。另外，在上述例子中，根據風速分類成多個等級，但不限于此，例如也 可以基于風速和風向的組合進行等級分類。另外，如上所述，在由監(jiān)視部13基于風速及風向的組合進行等級分類的情況下， 存儲于存儲部12的各動特性參數與得到該動特性參數時的風速及風向建立關聯。另外，監(jiān)視部12基于所制作的時間序列變化表來判斷是否需要進行風車的控制 參數的調整。具體而言，在時間序列變化表的動特性參數的值相對于初始值(或在進行控 制參數的調整的情況下，進行控制參數的調整時的值)超過預先設定的規(guī)定變化量(例如 20% )變化時，判斷為需要進行風車的控制參數的調整，并將該消息輸出至顯示部14。顯示部14通過將需要進行控制參數的調整的消息在顯示部顯示，通知給用戶。接著，參照圖8對具備上述結構的風車的動特性監(jiān)視裝置的動作進行說明。首先，在圖3 圖5所示的認定模型中，將與各動特性模型G1(S) G5(S)的輸入 輸出相當的數據、例如輸出設定值、槳距角設定值、風速等輸入至認定部11。認定部11基于風速特定運轉區(qū)域，并使用與特定的運轉區(qū)域相對應的認定模型 進行動特性模型的認定，計算出各動特性參數(圖8中步驟SAl)。具體而言，若為第一或第二運轉區(qū)域，則使用圖4所示的認定模型計算動特性模 MG1(S) RG2(S)的各動特性參數，并將計算出的動特性參數與風速、運轉區(qū)域、及時間建立 對應而輸出至存儲部12。另外，若為第三運轉區(qū)域，則使用圖5及圖6所示的認定模型計算出動特性模型 G3(S) G5(S)的各動特性參數，并將計算出的動特性參數與風速、運轉區(qū)域、及時間建立對 應而輸出至存儲部12。由此，在存儲部12中，由認定部11計算出的動特性參數與運轉區(qū)域等建立關聯而 進行存儲。其次，監(jiān)視部12在規(guī)定的時間間隔讀出存儲于存儲部12的動特性參數及與之建 立關聯的數據，并基于這些信息制作圖6所示的時間序列變化表，將其輸出至顯示部14(圖 8中步驟SA2)。由此，在顯示部14顯示由監(jiān)視部12制作的時間序列變化表(圖8中步驟 SA3)。由此，用戶能夠確認動特性參數的時間序列變化。另外，監(jiān)視部12基于該時間序列變化表判斷是否需要進行控制參數的調整(圖8 中步驟SA4)。其結果是，在判斷為需要進行控制參數的調整時，將顯示該消息的信號輸出至 顯示部14。由此，在顯示部14顯示需要進行控制參數的調整的消息，可通知給用戶(圖8 中步驟SA5)。另外，在由監(jiān)視部12判斷為需要進行控制參數的調整的情況下，通過未圖示的控制參數調整部進行控制參數的調整。具體而言，進行圖4所示的輸出控制器31、圖5所示的 槳距角控制器41的PID參數的調整。關于PID參數的調整，可采用公知的齊格勒-尼科爾 森(Ziegler&Nichols)的界限靈敏度法及北森法等公知的方法。如上述所說明，根據本實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置10，能夠掌握風車的動 特性的變化，由此可根據風車的驅動系的狀態(tài)在適宜的時期變更為適宜的控制參數，可避 免運轉效率的降低。另外，根據本實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置10，由于在確保線性的范圍內區(qū) 分運轉區(qū)域并對該每個區(qū)分進行動特性模型的認定，所以可使認定的結果的可靠性高。另外，通過觀察與促動器等的槳距驅動系相關的動特性參數的時間序列變化，可 以掌握驅動系的響應劣化的進展程度。由此，例如可以將需要供給潤滑脂及實機檢修等的 消息提前通知給用戶。其結果是，可以在例如槳距角動作產生不良而不能進行風車運轉之 前進行維護。另外，在上述的本實施方式中，用以一次延遲及死區(qū)時間為要素的一次傳遞函數 表示動特性模型&(8) G5(s)，但動特性模型的表現不限于上述例。例如以下式(4)及式 (5)所示，也可以由二次以上的高次傳遞函數表示動特性模型&(8) G5(s)。數學式4
----—- ⑷
(5)上述式⑷是系數中含有延遲要素的式，式(5)為式⑷中還考慮到死區(qū)時間的 式子。另外，如上所述，在將動特性模型Gi(s) G5(s)設為二次以上的高次傳遞函數進 行認定的情況下，監(jiān)視部13也可以基于死區(qū)時間及上述傳遞函數的系數中至少任意一個 的時間序列變化來判斷控制參數的調整時期。另外，在上述實施方式中，使用圖4及圖5所示的認定模型來計算動特性模型 Gjs) G5(s)的各動特性參數，但認定模型不限于該例。例如，如果是第一或第二運轉區(qū) 域，也可以使用圖9所示的認定模型來代替圖4所示的認定模型。圖9所示的認定模型為 向輸出控制器31和第一動特性模型32之間輸入第二動特性模型33的輸出的模型，將輸出 控制器31的輸出和第二動特性模型33的輸出相加，其結果為第一動特性模型32的輸入。另外，同樣，例如，如果是第三運轉區(qū)域，也可以使用圖10所示的認定模型來代替 圖5所示的認定模型。圖10所示的認定模型為在槳距角控制器41和第三動特性模型42 之間輸入第四動特性模型43的輸出的模型，將槳距角控制器41的輸出和第四動特性模型 43的輸出相加，其結果為第三動特性模型42的輸入。這樣，即使改變認定模型的構成，也能夠得到如上的效果。另外，上述的本實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置10也可以設于風車的內部，也 可以設于風車的外部。另外，可以對每個風車設置一臺，或者也可以對多個風車設置一臺。
另外，如圖11所示，本實施方式的風車的動特性監(jiān)視裝置10也可以設于控制多臺 風車的運轉的風車監(jiān)視系統(tǒng)60中。該情況下，從各風車1經由通信線路發(fā)送認定所需的輸 入輸出數據。另外，在判斷為需要進行控制參數的調整的情況下，經由通信線路對各風車1發(fā) 送調整后的控制參數。此時，可以對每個風車變更控制參數，也可以按地形及風況等大致相 同的區(qū)域成為相同的參數的方式進行變更?？刂茀翟陲L車監(jiān)視系統(tǒng)60中對每個風車進
行管理。另外，上述實施方式中，為設置存儲通過認定部11計算出的數據等的存儲部12且 監(jiān)視部13從該存儲部12讀出信息的構成，但也可以代替之，不經由存儲部12而從認定部 11向監(jiān)視部13直接輸入數據。該情況下，監(jiān)視部13也可以基于從認定部11輸入的數據更 新圖6所示的時間序列變化表。由此，能夠總是掌握動特性參數的時間的變化。另外，本實施方式中，通過在顯示部14顯示需要進行控制參數的調整的消息，而 通知給用戶，但通知方法不限于該例，例如也可以采用基于聲音的通知、基于燈的點亮的通 知等其它方法。
權利要求
一種風車的動特性監(jiān)視裝置，具備認定部，對根據風速確定的多個區(qū)域分別認定風車的動特性模型；及監(jiān)視部，對所述每個區(qū)域監(jiān)視由所述認定部認定的動特性模型。
2.如權利要求1所述的風車的動特性監(jiān)視裝置，其中，所述監(jiān)視部對所述每個運轉區(qū)域監(jiān)視由所述認定部認定的動特性模型的規(guī)定的動特 性參數的時間序列變化，并基于該動特性參數的時間序列變化來判斷是否需要進行風車的 控制參數的調整。
3.如權利要求2所述的風車的動特性監(jiān)視裝置，其中，所述監(jiān)視部基于風速或風速及風向的組合將所述規(guī)定的動特性參數分類成多個等級， 并對每個該等級監(jiān)視所述動特性參數的時間序列變化。
4.一種風車監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視多個風車的運轉狀態(tài)，對多個所述風車給予控制指令，其中，具備權利要求1 3所述的風車的動特性監(jiān)視裝置。
5.一種風車的動特性監(jiān)視方法，對根據運轉控制方法確定的多個運轉區(qū)域分別認定風 車的動特性模型，并對所述每個運轉區(qū)域監(jiān)視所認定的動特性模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及風車的動特性監(jiān)視裝置及其方法，其目的在于，可以使風車在穩(wěn)定的狀態(tài)下運轉，并且將風車的控制參數在適宜的時期進行變更。對根據風速確定的多個區(qū)域分別認定風車的動特性模型，并對每個區(qū)域監(jiān)視所認定的動特性模型。
文檔編號F03D7/04GK101878366SQ200880118378
公開日2010年11月3日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日2008年6月18日
發(fā)明者有永真司, 松下崇俊, 橋本雅之, 若狹強志 申請人:三菱重工業(yè)株式會社