JP-2026514652-A - 風力タービンのロータのロック解除

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Abstract

ロック解除を支援する方法、特にロックシステム（１５７５）によってロックされた風力タービン（１５７０）のロータのロック解除を支援する方法であって、前記ロータは電気機械（１５７１）に結合され、ロータベアリングによって回転可能に支持され、本方法は、トルク基準（１００、２００、３００、７００、１１００）または同等の電流基準（１３００）を提供するステップと、前記トルク基準（１００）に基づいて前記電気機械（１５７１）を制御するステップと、前記電気機械によって、前記トルク基準に従って前記ロータに作用する機械的トルクを生成するステップと、を含み、前記トルク基準（１００）は、目標トルク（ｔｔ１、ｔｔ２）の時間経過（ｔ１、ｔ２）を定義する。

Inventors

ヌーノミゲルアマラルフレイレ
ポールゴドリッヂ
ジョセフハートリー
ラーフルラダクリシュナピライ
イレネウシュグジェゴジュシュチェスニー
ジャン－ユアンウー

Assignees

シーメンスガメサリニューアブルエナジーエー／エス

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240325
Priority Date: 20230424

Claims (15)

ロック解除を支援する方法、特にロックシステム（１５７５）によってロックされた風力タービン（１５７０）のロータのロック解除を支援する方法であって、前記ロータは電気機械（１５７１）に結合され、ロータベアリングによって回転可能に支持されており、前記方法は、トルク基準（１００、２００、３００、７００、１１００）または前記トルク基準を示す、同等の電流基準（１３００）を提供するステップと、前記トルクまたは電流基準（１００）に基づいて前記電気機械（１５７１）を制御するステップと、前記電気機械によって、前記トルク基準に従って前記ロータに作用する機械的トルクを生成するステップと、を含み、前記トルク基準（１００）は、目標トルク（ｔｔ１、ｔｔ２）の時間経過（ｔ１、ｔ２）を定義する、方法。
前記トルク基準に基づいて開ループ制御を実行するステップ（１００）を含み、および／または閉ループ位置制御に基づいておらず、および／または前記トルク基準（１００）が、前記目標トルクが前記ロックシステム（１５７５）に作用する押圧力を解放する方向に、特に少なくとも１つのロックピンをロック穴の縁部から離れるように動く方向に、作用するように生成される、請求項１に記載の方法。
前記トルク基準（１００）が、第１の時間帯（１０３、２０３、３０３）において前記目標トルクの増大する大きさを含む、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
前記トルク基準（１００）は、前記目標トルクの前記大きさがトルク上限（１０４、２０４、３０４）を下回ったままであることを含み、特に、前記トルク上限は、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、ロータベアリングの種類および／または構成および／または状態、前記ロータベアリング停止時間帯、前記ロータの方位角位置、１つまたは複数の取り付けられたロータブレードの重力を考慮して、前記ロータに作用する重力起因トルク、前記ロータに作用する空気力学的に生じるトルク、のうちの少なくとも１つに基づいて、推定および／または計算および／または予測される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記トルク基準（１００）は、前記ロータを動かすことなく前記目標トルクの前記大きさが前記トルク上限（１０４）まで増加することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
前記トルク基準（１００）は、前記目標トルクの前記大きさが前記トルク上限（１０４）まで増加し、その後、特に第２の時間帯（１０７）において実質的に一定のまま留まることを含む、請求項５に記載の方法。
第１の時点（ｔ５）において、前記ロータが、いつ移動または回転を開始するか、それによって特に、いつ前記目標トルクが第１のトルク値（ｔｔ５）を有するか、を検出するステップをさらに含み、前記トルク基準は、前記目標トルクの前記大きさが、前記第１の時点（ｔ５）の後の第２の時間帯（２０７、３０７）において、特に前記第１のトルク値よりも小さい絶対値まで減少することを含み、特に、前記第１の時点（ｔ５）は、前記第１の時間帯の終わり（２０３、３０３）および前記第２の時間帯の始まり（２０７、３０７）を定義する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
前記トルク基準（２００）は、前記目標トルクの前記大きさが前記第１の時点（ｔ５）で実質的にゼロに低下すること、および／または前記第２の時間帯（２０７）中にゼロのままであることを含む、請求項７に記載の方法。
前記トルク基準（３００）は、前記目標トルクの前記大きさが前記第２の時間帯（３０７）において減少するが、ゼロを超えたまま留まることを含むことと、前記トルク基準は、前記第２の時間帯（３０７）後の第３の時間帯（３１１）において前記目標トルクの前記大きさがゼロを超えて実質的に一定のまま留まることと、のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項７のいずれか一項に記載の方法。
前記電気機械（１５７１）は、発電機モードまたはモータモードで動作することができ、および／または機械コントローラ、特にコンバータおよびコンバータコントローラによって制御される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
特に、少なくとも１つのエンコーダ、少なくとも１つのホールセンサ、少なくとも１つのＨＦＩオブザーバ、のうちの少なくとも１つを用いるかまたは使用して、ロータ位置指示量を決定するステップ、ロータ位置指示量に基づいて前記ロータの動きを決定するステップ、前記ロータ位置の方位角位置の測定に基づいて前記ロータの動きを決定するステップ、および／または前記電気機械のベクトル制御を適用するステップ、をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の時間帯（１０７、２０７、３０７）中に前記ロックシステム（１５７５）をロック解除するステップ、および／または前記第２の時間帯において前記ロータにブレーキをかけるステップ、をさらに含み、前記ロックシステムのロックを解除することは、ロックピンをロック穴から引き抜くことを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
前記ロータベアリングは、流体膜ベアリング、ローラベアリング、ボールベアリング、のうちの少なくとも１つを含むか、または備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
ロック解除を支援するための構成（４５０）、特にロックシステム（１５７５）によってロックされた風力タービンのロータのロック解除を支援するための構成（４５０）であって、前記ロータは、前記風力タービンの電気機械に結合され、ロータベアリングによって回転可能に支持され、前記構成（４５０）は、トルク基準（４００）または同等の電流基準を提供するためのトルク基準モジュール（４５１）と、前記電気機械（４５２、１５７１）と、前記トルク基準に従って前記ロータに作用する機械的トルクを生成するために、前記電気機械を制御するように接続され適合された機械コントローラと、を備え、前記トルク基準（４００）は、目標トルクの時間経過を定義し、前記構成は、特に、前記ロックシステムをロック解除するように適合されたロック解除ツール（１５７８）を備える、構成（４５０）。
風力タービン（１５７０）であって、ロータと、前記ロータをロックするように適合されたロックシステム（１５７８）と、前記ロータが（ステータに対して）回転可能に支持されるロータベアリングと、ロック解除を支援するための構成（４５０）、特に請求項１４に記載の前記ロータのロック解除を支援するための構成（４５０）と、を備える、風力タービン（１５７０）。

Description

本発明は、ロック解除を支援する方法および構成に関し、特にロックシステムによってロックされた風力タービンのロータのロック解除を支援する方法および構成に関する。本発明はさらに、本構成を備える風力タービンに関する。背景技術風力タービンのサービスまたはメンテナンス中に、ロータ（またはロータと共に回転するブレーキディスク）とステータとの間に挿入されたロックピンを使用して、ロータが偶発的に動かないよう固定するために、風力タービンのロータをロックする必要がある場合がある。ロータを支持するためのローラベアリングまたはボールベアリングを有するタービンの場合、ロックピンは通常、ヨーイングによってロータを動かし、次いで油圧機構または電気機構によってピンを引き抜くことによって緩む場合がある。しかしながら、流体膜ベアリング（ＦＦＢベアリング）などの特定のタイプのベアリングでは、長い静止時間の後に摩擦が非常に高くなる可能性があり、ロータがブレーキディスク穴の表面に押圧されることによって固着する場合があり、油圧機構または電気機構を使用してもロックピンを取り出せない可能性がある。特定のタイプのロータベアリングでは、ロータがかなりの期間ロックされている場合、ロータベアリング摩擦は比較的高くなる可能性があり、従来のヨーイング（およびブレードピッチング）の方法を適用することではロータは動かない。ベアリング荷重のスティックスリップ効果に起因して、従来の閉ループ位置制御方法は、ロータの運動に簡単に適用できない場合がある。そのため、従来のロックピンの引き抜きやロック解除の方法では不十分な場合がある。したがって、ロック解除、特にロックシステムによってロックされた風力タービンのロータのロック解除を支援する方法および対応する構成であって、風力タービンの構成要素を損傷のリスクにさらすことなく、ロックシステムによってロックされたロータの確実かつ安全なロック解除が実現される、支援する方法および対応する構成が必要とされる場合がある。発明の概要この必要性は、独立請求項に記載された発明によって満たされ得る。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。本発明の一実施形態によれば、ロック解除、特にロックシステムによって（例えばステータに対して）ロックされた風力タービンのロータのロック解除を支援する方法が提供されており、ロータは、電気機械（例えば、発電機システム）（例えば、風力タービン）に結合され、ロータベアリングによって（例えばステータに対して）回転可能に支持され、本方法は、トルク基準を提供する（例えば、アクセスする、または生成する）ステップと、トルク基準に基づいて電気機械を制御するステップと、電気機械によって、トルク基準に従ってロータに作用する機械的トルクを生成するステップと、を含み、トルク基準は、目標トルクの時間経過を定義する。本方法の適用開始時に、ロータは、ロックシステムによって、例えばステータまたは電気機械の静止部分にロックされてもよい。これにより、ロータは静止することができ、ステータまたは電気機械の静止部分に（ロックシステムによって）機械的に固定され得る。ロックシステムは、ボルトおよび／またはピンなどの１つまたは複数の機械的ロック要素を備えることができる。ロックシステムは、１つまたは複数の開口部または貫通孔またはボアを（静止部分および／またはロータに）備えることができ、さらに貫通する開口部またはボアを（静止部分および／またはロータに）備えることができる。ロックシステムは、静止部分およびロータ部分の１つまたは複数のロック穴に挿入可能ないくつかのロック部材をさらに備えることができる。ロータを静止部分にロックするために、（１つはロータに、もう１つは静止部分にある）それぞれのロック穴は、それぞれのロック開口に実質的に一致するように、または重なり合うように位置合わせされる必要があり得る。次いで、１つまたは複数のロック部材は、ロックのために、ステータシャフトのロック穴およびロータ部分の位置合わせされたロック穴の両方に挿入されてもよい。ロックされると、ロック部材、特にロッキングピンすなわちロックピンまたはボルトは、例えばロータおよび／または取り付けられたロータブレード、に作用するトルクまたは力によって、ロック穴内でわずかに移動して、それぞれのロック穴の１つの制限表面領域に押圧される可能性がある。ロックされている場合、ロータには、１つまたは複数の風力タービンブレードが取り付けられている可能性がある。実施形態によれば、例えば交換作業または組み立て／分解作業のために、１つまたは複数の風力タービンブレードが欠落している場合がある。本方法は、風力タービンの組み立て／分解中に、特に１つまたは複数のロータブレードをロータに取り付けている間に、または任意のメンテナンス作業中に実行されてもよく、任意の種類の修理またはメンテナンス作業のために発電機の静止部分に対してロータを（一時的に）固定する必要があり得る。電気機械は、主に、ロータに取り付けられたロータブレードに風が当たることによってロータの回転時に電気エネルギーを生成または産出する発電機モードで動作するように設計されてもよい。電気機械は、例えば、同期電気機械、特に永久磁石同期電気機械として構成されてもよい。電気機械は、３つの電気相など、複数の電気相を提供することができる。電気機械は、１つまたは潜在的に複数のステータセグメントの各々に対して、多相電気巻線セットを備えることができる。巻線セットの各々または１つまたは複数は、１つまたは複数のコンバータに接続されてもよい。ロータベアリングは、発電機の静止部分に対して、特に電気機械のステータに対して、ロータを回転可能に支持するように構成され得る。トルク基準は、複数の後続の時点に対して複数の目標トルク値を定義することができる。トルク基準は、例えば、電子記憶装置に記憶された電子データ構造として定義または表現されてもよい。トルク基準を提供することは、電子記憶装置から電子データにアクセスすることを含み得る。他の実施形態では、トルク基準は（オンラインで）計算されてもよい。トルク基準（目標トルク時間経過とも考えられる）は、風力タービンの構成に基づいて、事前計算または事前決定されてもよく、特に、１つまたは複数の取り付けられた風力タービンブレードを含むロータの機械的構成を順守または考慮し、さらにロータベアリングの摩擦特性も考慮して、特にロータベアリングの停止時間、すなわちロータがロックされていた時間も計算に入れる。したがって、本方法中に使用される特定のトルク基準は、風力タービンの特定の状態情報および／または１つまたは複数の動作パラメータ、特にロータベアリングの状態、および／またはドライブトレイン全体の機械的状態、これには、ロータ、ロータブレード、潜在的なギアボックス、およびドライブトレインの機械的構成に影響を及ぼす他の構成要素が含まれるが、これらに基づいて動的に選択されてもよい。特に、ロータの方位角位置も考慮されてもよい。複数のトルク基準インスタンスは、例えば、１つまたは複数の動作パラメータまたは状態パラメータによって参照されてもよく、例えば、ルックアップテーブルを使用して検索されてもよい。トルク基準に基づいて電気機械を制御することは、特に制御モジュールおよび／またはコンバータを介して電気機械に制御信号を供給することを含み得る。コンバータは、個々のゲートを有するＩＧＢＴなどの電力トランジスタなど、複数の制御可能スイッチを備えることができ、それに、制御モジュールからゲート制御信号が供給され得る。制御可能スイッチは、電気機械が所与のトルク基準に従って機械的トルクを生成するように、それぞれのゲートドライバ信号によって制御され得る。それにより、電気機械は、特には、トルク基準に準拠する、すなわち複数の時点の目標トルクに準拠する、複数の時点にわたって機械的トルクを発生させることができる。電気機械がトルク基準に従って（特にロータ位置を制御する代わりに）制御される場合、例えばロータベアリングが、例えば長い停止時間のために固着し、さらにロータベアリングが摩擦の突然の減少を伴って固着から突然解放され得る状況は、改善された方法で対処することができる。本方法は、ロータ位置を示す量の入力を必要とする場合も、しなくてもいい場合もある。特に、ロータベアリングとして流体膜ベアリングを有するタービンは、本方法によって対処され得る。本発明の一実施形態によれば、本方法は、トルク基準に基づいて開ループ制御を実行するステップを含み、および／または、本方法は、目標ロータ位置に基づいておらず、および／または、トルク基準は、目標トルクがロックシステムに作用する押圧力を解放する方向に、特に少なくとも１つのロックピンをロック穴の縁部から離れるように動く方向に、作用するように生成される。電気機械によって生成されたトルクは、測定されなくてもよく、本方法を実行するための制御部分にフィードバックされなくてもよい。したがって、開ループ制御は、例えばさらなる制御部分および／またはコンバータまたはいくつかのコンバータを含む電気機械または電気機械システムに、トルク基準を供給することのみを含み得る。トルク基準はまた、トルク上限の定義（例えば、トルク上限を下回るように目標トルクの絶対値を制限すること）を含むことができる。他の実施形態では、トルク上限は、トルク基準とは別の量であってもよい。それにもかかわらず、トルク基準は、目標トルクのすべての値がトルク上限を下回る状態のままであってもよい。ロック解除を支援する方法は、入力として目標ロータ位置に依存しない場合も、必要としない場合もある。他の実施形態では、本方法は、例えば、ロータが実際に動き始めたか、または閾値ロータの運動量よりも大きい量を動いたことが検出された場合に、トルクを生成するための電気機械の制御を調整するため、特には停止するため、目標ロータ位置を入力として必要とすることができる。ロック中、すなわちロータの停止中に、ロックシステムの１つまたは複数の構成要素は、ロック要素が特定のロック穴縁部を押圧するような位置に設置することまたは動くことができる。このロック穴縁部は、ドライブトレイン全体に作用してロータに任意のトルクまたは力を及ぼす任意の機械的トルクまたは力に起因して接触または押圧される、１つの縁部であってもよい。トルク基準は、ロータに加えられている機械的トルクまたは力とは反対の方向に作用するように生成されてもよい。これにより、ロータがロックされて静止しているときに、加えられるトルクを低減することができるか、またはロックピンが設置されたロック穴縁部から、ロックピンをわずかに離すことができる。ロックは、依然として存在するロック部材、特に依然としてそれぞれのロック穴に挿入されている依然として存在する挿入されたロックピンによる可能性があり、それによって電気機械の静止部分に対してロータを依然としてロックする。それにもかかわらず、ロックシステムに対する押圧力を解放する方向に作用することによって、ロック部材、または特にロックピンをそれぞれのロック穴から引き抜くことが単純化され得る。トルク基準が作用する方向（例えば、時計回りまたは反時計回りに作用する）は、例えばロックピンの方式またはロック状態、特にそれぞれのロック部材がそれぞれのロック穴をどのように占有しているかを保守要員が観察および／または検査することによって、自動的に識別または設定され得る。他の実施形態では、方向は、例えばドライブトレインの機械的構成を分析することから自動的に決定されてもよい。本発明の一実施形態によれば、トルク基準は、第１の時間帯における目標トルクの増加する大きさ（または絶対値）を含む。トルクは正または負の