JP2008128139A

JP2008128139A - 雷撃電流監視制御システム

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Publication number: JP2008128139A
Application number: JP2006315739A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Maesaki; 恒司前崎; Shinji Amamiya; 慎治雨宮; Satoyuki Seki; 関　　智行; Kaoru Sakaino; 薫境野
Original assignee: Toko Electric Corp
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】雷計測装置および駆動制御装置の耐ノイズ性を共に向上させ、雷撃電流観測時でも良好な計測・制御を実現するようにした雷撃電流監視制御システムを提供する。
【解決手段】ロゴウスキーコイル１５から出力される誘起電流が入力されて計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する雷計測装置１４と、雷計測装置１４からの接点信号を受けて駆動制御信号を出力する駆動制御装置１１と、駆動制御装置１１からの駆動制御信号を受けて風力発電設備を駆動制御する駆動装置８０と、を備え、雷計測装置１４からの接点信号が入力された場合、駆動制御装置１１は、駆動装置８０に対して優先的に風力発電設備の回転翼の回転停止制御を行うような雷撃電流監視制御システムとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電設備に適用されるものであり、風力発電設備に対する雷撃電流の計測や、この計測に応じた風力発電設備への運転制御、を行う雷撃電流監視制御システムに関するものである。

近年、クリーンエネルギーの一つである風力発電の有効性が認知され、需要が高まりつつある。
風車構造を採用した風力発電設備は、周辺に高い造営物・木等がなく、平坦で風通しが良いという風況に恵まれた地形を有する場所、例えば山間部や沿岸（特に日本海側）という場所に設置されることが多い。

このような風力発電設備は、その性質上、強風にも耐え得るように金属材料を用いた堅牢な構造が採用される。さらに、近年の風車の大型化に伴い、その高さも非常に高くなっている。このため、雷雲が発生すると風力発電設備は、巨大な避雷針として機能して直撃雷に見舞われる頻度が高い。そこで、雷撃に対する監視が重要である。

このような雷撃監視について、風力発電設備の概略構造とともに図を参照しつつ説明する。図８は風力発電設備の構造図、図９は風力発電設備における従来技術の雷撃監視の説明図である。図８で示すように、風力発電設備１は、塔体２、頂部収容箱３、回転翼４、風向風速計５、避雷針６、基礎７を備える。

塔体２は、高さが例えば数十ｍに達する。このような大型の塔体２を一体に形成することは、製造技術や輸送の観点から難しく、実際は複数（図８に示す従来技術では３本）の鋼管２ａ，２ｂ，２ｃを搬入し、これら鋼管２ａ，２ｂ，２ｃの開口周縁のフランジ部に設けられた挿通孔にボルトおよびナットを用いて連結部２ｄ，２ｅを形成することで構成している。このような構造は、多くの塔体で採用されている。

頂部収容箱３は、塔体２の回動支持部（ＹＡＷ回動機構部）２ｆに取り付けられて風向きに応じて回動するように支持され、その内部には図示しない増速器・発電機等が収容されている。
回転翼４は、ブレード４ａ、ロータヘッド４ｂ、ロータ軸４ｃを備え、ブレード４ａを保持するロータ軸４ｃは図示しない軸受けにより回動自在に支持されている。回転翼４は、風力に応じて回動し、その回動がロータ軸４ｃに直結される増速器およびこの増速器により回転して発電を行う発電機に伝達されて、発電される。

風向風速計５は、頂部収容箱３の上に設備されている。風向風速計５は風向・風速に関する信号を出力し、この信号は風に対する制御（例えば塔体２に対する頂部収容箱３の方位を決定する回動制御）に用いられる。この風に対する制御も、風力発電設備１における様々な制御のうちの一つである。

避雷針６は、風向風速計５の保護のため、この風向風速計５の付近に設備されている。現状では、避雷針６は頂部収容箱３に電気的に直接接続され、頂部収容箱３および塔体２を介し、塔体２に電気的に接続された導線が、大地に埋設された接地極（図示せず）に接続されて接地を行っている。
基礎７は、通常鉄筋コンクリート構造の杭基礎・直接基礎などであり、堅牢な構造を有している。塔体２はこの基礎７上に設けられる。

このような風力発電設備１に落雷があった場合、雷電流はブレード４ａ→ロータ軸４ｃ→頂部収容箱３→塔体２→アースという経路を通過することが多い。そこで、図９で示すように、塔体２と基礎７との境目付近となる塔体２の根元に円環状電流センサであるロゴウスキーコイル８を配置する。塔体２からアースへ雷電流が流れてロゴウスキーコイル８を通過したときはこのロゴウスキーコイル８に誘起電流が発生する。そしてこの誘起電流を計測装置９が入力して各種の計測処理を行うことで雷撃を監視している。
従来技術の風力発電設備１および雷撃監視はこのようなものである。

また、雷撃監視の一例として、本出願人による先願に係る特許文献１に記載された雷撃電流観測装置が知られている。
この特許文献１に記載の雷撃電流観測装置は、風力発電設備等の工作物が有する塔体の根元部で貫通するように装着され、この塔体の根元部の外周面と絶縁体を介して内接する円環状電流センサと、円環状電流センサから出力される電流を演算処理して波高値データを外部監視装置へ出力する波高値計測用観測装置と、円環状電流センサから出力される電流を演算処理して波形データを外部監視装置へ出力する波形計測用観測装置とを備えたものである。

このような特許文献１に記載の雷撃電流観測装置によれば、風力発電設備の鉄塔などを包囲する大口径のロゴウスキーコイルを用いて観測装置を容易に設置できるようになり、耐雷設計や耐量設計の指針となる雷撃電流の波高値や波形を正確に計測することが可能になった。

また、他の雷撃電流観測装置として、本出願人の先願に係る特許文献２に記載された雷撃電流計測装置が知られている。
この特許文献２に記載の雷撃電流計測装置は、雷撃電流を計測するセンサ部と、波高値演算部と、電荷量演算部と、ＧＰＳ受信機を有する時刻計測部と、データ記憶部と、演算処理部とを備える。演算処理部は、トリガ発生を判定して雷撃電流の波高値を取得すると共に電荷量を取得し、これらのデータを時刻計測部により計測したトリガ発生時刻と共にメモリカードに記憶させるように制御する。

このような特許文献２に記載の雷撃電流計測装置によれば、雷撃電流をディジタル演算処理して波高値と電荷量を算出し、これにより雷撃電流計測装置の簡略化、小形化、低価格化が可能になった。

特開２００５−６２０８０号公報（［００２３］〜［００３５］，図１、図４〜図７等）特開２００６−２７５８４５号公報（［００１４］〜［００２２］，図１〜図３等）

現在、この種の雷撃電流観測装置を含む計測系に制御系を連動させるようなシステム化が検討されている。例えば、風力発電設備を運転制御するため、この雷撃電流観測装置からの計測値を用いて制御する、というものである。
しかしながら、雷撃電流の計測では特にノイズによる影響が大きいため、システム化に際して耐ノイズ性を向上させる必要があった。
なお、前述した特許文献１，２では、計測系・制御系のシステム化について考慮されたものではなかった。

そこで本発明の解決課題は、雷計測装置および駆動制御装置の耐ノイズ性を共に向上させ、雷撃電流観測時でも良好な計測・制御を実現するようにした雷撃電流監視制御システムを提供することにある。

本発明の請求項１に係る雷撃電流監視制御システムは、
風車を構成するブレードと、ブレードを保持するロータ軸を回動自在に支持し、ロータ軸に直結される増速器およびこの増速器により回転して発電を行う発電機を収容する頂部収容箱と、頂部収容箱を先端で支持する塔体と、を備える風力発電設備に対して雷撃電流の監視および雷撃時の駆動制御を行う雷撃電流監視制御システムであって、
塔体の根元部が貫通するように装着され、この塔体の根元部の外周面と絶縁体を介して内接する円環状電流センサと、
電磁ノイズを遮蔽する筐体に覆われて風力発電設備内に設置され、雷撃電流に応じて円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する雷計測装置と、
接点信号を伝達する接点信号ケーブルと、
制御コマンドを出力する遠隔監視用コンピュータと、
遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを伝達する光ケーブルと、
電磁ノイズを遮蔽する筐体に覆われて風力発電設備内に設置され、接点信号ケーブルから入力される雷計測装置からの接点信号、または、光ケーブルから入力される遠隔監視用コンピュータからの制御コマンド、を受けて駆動制御信号を出力する駆動制御装置と、
駆動制御装置からの駆動制御信号を受けて風力発電設備を駆動制御する駆動装置と、
を備え、
雷計測装置からの接点信号が入力された場合、駆動制御装置は、駆動装置に対して優先的に風力発電設備の回転翼の回転停止制御を行わせることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る雷撃電流監視制御システムは、
請求項１記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記雷計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る雷撃電流監視制御システムは、
請求項１記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置の筐体内には、
円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する計測装置と、
前記計測装置が算出した計測データを収集する収集装置と、
前記収集装置に接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行う雷計測装置側のメディアコンバータと、
を備え、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
前記ＨＵＢに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行う駆動制御装置側のメディアコンバータと、
を備え、
駆動制御装置側のメディアコンバータと雷計測装置側のメディアコンバータとが中継用光ケーブルにより接続され、収集装置が収集した計測データを含む通信データが、雷計測装置側のメディアコンバータ、中継用光ケーブル、駆動制御装置側のメディアコンバータ、ＨＵＢ、光ケーブルを介して遠隔監視用コンピュータへ送信されることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る雷撃電流監視制御システムは、
請求項１に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置の筐体内には、
円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する計測装置と、
前記計測装置が算出した計測データを収集する収集装置と、
前記収集装置に接続され、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う雷計測装置側の無線装置と、
を備え、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
前記ＨＵＢに接続され、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う駆動制御装置側の無線装置と、
を備え、
収集装置が収集した計測データを含む通信データが、雷計測装置側の無線装置、駆動制御装置側の無線装置、ＨＵＢ、光ケーブルを介して遠隔監視用コンピュータへ送信されることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る雷撃電流監視制御システムは、
請求項３または請求項４に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記収集装置は、
計測装置からの計測データを収集してデータ処理する処理手段と、
データ処理された計測データを表示するＷｅｂページデータを生成する生成手段と、
を備え、
光ケーブルに接続される遠隔地の遠隔監視用コンピュータのブラウザが前記収集装置へリクエストしたとき、前記収集装置は、Ｗｅｂページデータを含む通信データに変換した上で送信し、遠隔監視用コンピュータは、通信データからＷｅｂページデータを読み出してＷｅｂページを表示させることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る雷撃電流監視制御システムは、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置は、計測データを着脱可能な記録媒体に登録することを特徴とする。

このような本発明の雷撃電流監視制御システムによれば、雷計測装置および駆動制御装置の耐ノイズ性を共に向上させ、雷撃電流観測時でも良好な計測・制御を実現するようにした雷撃電流監視制御システムを提供することができる。

本発明の雷撃電流監視制御システムを実施するための最良の形態について図に基づき説明する。図１は本形態の雷撃電流監視制御システムの概略図である。
雷撃電流監視制御システム１０００は、図１で示すように、複数の計測制御装置１０、幹線用光ケーブル２０、光ケーブル２１、メディアコンバータ３０、遠隔監視用コンピュータ４０、通信用サーバ装置５０、インターネット回線６０、遠隔監視用コンピュータ７０を備えている。

計測制御装置１０は、先に図８に示した風力発電設備１に設置される。ここに、風力発電設備１については、先に説明した従来技術と同じであるとして、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。この計測制御装置１０は、光ケーブル２１と接続されて通信データや制御コマンドを送受信するようになされている。この計測制御装置１０の詳しい構成・機能については後述する。

幹線用光ケーブル２０は、通常多数設置される風力発電設備１の計測制御装置１０と遠隔監視用コンピュータ４０，７０とで通信するために設置されるものであり、電磁ノイズに影響されないという利点がある。幹線用光ケーブル２０からは光ケーブル２１が引き出されて通信可能に接続される。
メディアコンバータ３０は、光通信信号と電気通信信号とを、変換する機能を有している。

遠隔監視用コンピュータ４０は、メディアコンバータ３０や光ケーブル２１を介して幹線用光ケーブル２０に通信可能に接続される。
このような遠隔監視用コンピュータ４０は、例えば、風力発電設備１が多数設置されているエリアに設けられた監視所などに設置される。

通信用サーバ装置５０は、光通信信号と電気通信信号とを、変換する機能を有している。特にインターネット回線６０を介して、計測制御装置１０と、遠隔監視用コンピュータ７０と、を通信可能に接続する機能を有している。
インターネット回線６０は、公衆回線に加え移動体通信回線やＬＡＮなど、インターネット通信に必要な各種装置を含む回線である。

遠隔監視用コンピュータ７０は、インターネット回線６０、通信用サーバ装置５０や光ケーブル２１を介して幹線用光ケーブル２０に通信可能に接続される。このような遠隔監視用コンピュータ７０は、例えば、風力発電設備１の設置箇所から離れた中央司令所などに設置される。

なお、遠隔監視用コンピュータ４０，７０と幹線用光ケーブル２０との接続は、例示的な接続形態であり、遠隔監視用コンピュータ４０，７０と幹線用光ケーブル２０とが通信可能になる各種の接続形態を採用することができる。本形態では説明の具体化のため図１に示した接続形態を採用して以下の説明を行う。
このような雷撃電流監視制御システム１０００は、計測制御装置１０と遠隔監視用コンピュータ４０，７０とは幹線用光ケーブル２０を介して計測や駆動に係る各種の通信（後述）を行う。

続いて風力発電設備１に設置される計測制御装置１０について図を参照しつつ説明する。図２は計測制御装置の説明図であり、図２（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図２（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。
計測制御装置１０は、図２（ａ）で示すように、駆動制御装置１１、電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３、雷計測装置１４、ロゴウスキーコイル１５、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ１６を備えている。

計測制御装置１０は、後述するが、風力発電設備１の駆動装置８０に接続され、計測制御装置１０が駆動装置８０を介して風力発電設備１を駆動制御する。
駆動制御装置１１は、さらにＨＵＢ１１１、ＰＬＣ（programmable logic controller)１１２、リレー１１３、電源装置１１４を備える。
雷計測装置１４は、計測装置１４１を備える。

続いて駆動制御装置１１について説明する。
ＨＵＢ１１１は、光ケーブル２１に接続されており、電気通信信号と光通信信号との変換を行う機能を有している。また、スイッチングＨＵＢのブリッジ機能を有し、不要なあて先への通信を中継せず、特定のアドレスデータを含む制御コマンドのみ受信する機能を有している。遠隔監視用コンピュータ４０，７０から出力された制御コマンドが光通信信号として光ケーブル２１に送信されると、ＨＵＢ１１１は、この光通信信号を電気通信信号である制御コマンドに変換してＰＬＣ１１２宛の特定のアドレスデータが含まれるか否かを判定し、含まれるときには制御コマンドをＰＬＣ１１２に送信する。

ＰＬＣ１１２は、ＨＵＢ１１１に電気通信線を介して接続されている。制御コマンドを受信して、リレー１１３へオンまたはオフの接点信号を出力する。
リレー１１３は、雷計測装置１４の計測装置１４１と、ＰＬＣ１１２と、に電気通信線を介して接続され、計測装置１４１またはＰＬＣ１１２から接点信号が送られたとき、リレー１１３は動作することとなる。ＰＬＣ１１２から接点信号が送られた場合、リレー１１３は、先に説明したように、駆動装置８０をオン・オフする駆動制御信号を出力する。駆動装置８０は、風力発電設備１の回転翼４の回転を開始または停止するように駆動する。ここで、接点信号や駆動制御信号のオンに回転を、オフに停止を対応させるものとするが、駆動装置８０での設計を変えてオフに回転を、オンに停止を対応させるような逆論理にしても良い。なお、計測装置１４１から接点信号が送られたときの動作については後述する。

電源装置１１４は、ＨＵＢ１１１、ＰＬＣ１１２、リレー１１３に必要な電力を供給する。また、電源ケーブル１２により計測装置１４１へも電力を供給している。電源装置１１４はＵＰＳ電源装置（図示せず）と接続されており、雷撃等があっても瞬断することなく各部に電力を供給する。また、補助電池（図示せず）が接続されており、停電時でも電力供給されて通信不能となる事態を回避する。なお、電源装置１１４は、電源が駆動制御装置１１に近いため、便宜上駆動制御装置１１内に配置しているが、雷計測装置１４に配置して駆動制御装置１１へ供給したり、さらには、駆動制御装置１１や雷計測装置１４に別途電源装置を配置するようにしても良い。

続いて雷計測装置１４について説明する。
計測装置１４１は、ロゴウスキーコイル１５、ＧＰＳアンテナ１６が接続されている。さらに、この計測装置１４１は、記録媒体の一具体例であるコンパクトフラッシュ（登録商標）１７が着脱可能な読み書き部（図示せず）を備えており、計測装置１４１が計測により算出した計測データをコンパクトフラッシュ（登録商標）１７に登録させる。そして、コンパクトフラッシュ（登録商標）１７を取り外してコンピュータ１８の読み書き部に載置することで、コンピュータ１８は計測データを読み込んで雷撃について各種解析することができる。

ロゴウスキーコイル１５は、円環状電流センサの具体例であり、例えば波高値計測用ロゴウスキーコイルであったり、または、波形計測用ロゴウスキーコイルである。さらには、波高値計測用ロゴウスキーコイルおよび波形計測用ロゴウスキーコイルを絶縁体を介して上下に重ねた二重のコイルであっても良い。ロゴウスキーコイル１５は図示しないが外周部に絶縁被覆部が形成されており、短絡等が起きないように配慮されている。このようなロゴウスキーコイル１５は、図２（ａ）で示すように、風力発電装置１の塔体２の根元部に配置される。このような構成により、塔体２の外周面と内接しながら、巻始めから巻終わりまで１コイルで閉ループを形成して、極めて容易に装着できる。ロゴウスキーコイル１５が、巻始めから巻終わりまで１コイルで閉ループを形成して長尺化しても、塔体２の根元部の外周面との内接により、ロゴウスキーコイル１５のインダクタンスと浮遊容量を低減して高周波特性を確保し、雷撃電流の正確な計測を可能にしている。ロゴウスキーコイル１５は、風力発電設備１への雷撃の際に塔体２に流れる雷撃電流を精度良く取り込むことができる。

ＧＰＳアンテナ１６は、ＧＰＳ衛星からの衛生信号を受信する。この衛星信号に含まれる情報のうち、１秒ごとのパルス信号を利用する。このパルス信号を用いて計測装置１４１の内蔵時計を１秒ごとに修正するため、計測装置１４１は精度の高い時刻データを得ることができる。

計測装置１４１は、ロゴウスキーコイル１５からの誘起電流を取り込んで波高値、波形、または、電荷量という雷撃データを生成する。計測装置１４１は、トリガ機能を有しており、所定値（例えば正負１ｋＡ）を超える電流が入力された場合に波形計測を開始するように制御する。
また、計測装置１４１は、ＧＰＳアンテナ１６を介して入力されるＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ時計機能による時刻データを出力するＧＰＳ時計部を備え、トリガ発生時の時刻データを生成する。さらに、計測装置１４１が設置されている風力発電設備１を特定するアドレスデータを読み出す。そして、これら雷撃データ、時刻データおよびアドレスデータを関連づけて計測データを生成する。この計測データは、コンパクトフラッシュ（登録商標）１７に書き込まれる。保守員は、コンパクトフラッシュ（登録商標）１７を読み書き部から取り出して持ち帰り、例えば監視所にあるコンピュータ１８の読み書き部にコンパクトフラッシュ（登録商標）１７を装填して読み出すことができる。

続いて雷撃電流監視制御システム１０００の動作について説明する。遠隔監視用コンピュータ４０，７０が制御コマンドを所定の風力発電設備１の計測制御装置１０へ送信すると、駆動装置８０により駆動される。この場合、回転翼４の回転開始動作や回転停止動作である。
このように遠隔監視用コンピュータ４０，７０により運転が制御されるが、風力発電設備１に雷撃があったとその計測装置１４１が判断した場合、計測装置１４１も接点信号ケーブル１３を介して駆動制御装置のリレー１１３へ接点信号を送信し、駆動装置８０が回転翼４の回転停止動作を行う。これは、落雷時では、例えば、ロータ軸４ｃを支持する軸受けが高温となって潤滑油が昇華・減少し、軸受けに焼き付けを起こすような事態もあり得るからである。そこで、早めに停止するため、駆動制御装置１０で判断・駆動を行うようにした。一旦停止後に、保守点検を行ったうえで回転を再開することとなる。ここで遠隔監視用コンピュータ４０，７０により回転動作を指示する制御コマンドが通知されている場合でも、駆動制御装置１０による回転停止が優先的に行われるようにしている。

本形態によれば、駆動制御装置１１や雷計測装置１４は筐体により電磁ノイズにより影響されないようになされ、また、筐体の外にある電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３は流れる信号にノイズが重畳しても影響がなく、光ケーブル２１は流れる光信号自体がノイズにより影響されにくく、雷撃時でも電磁ノイズに影響されずに計測処理・駆動処理を行うことができる。

続いて風力発電設備１に設置される改良型の計測制御装置１０’について図を参照しつつ説明する。図３は他の計測制御装置の説明図であり、図３（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図３（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。図４は計測装置の設定スイッチの説明図である。図５は、雷計測装置におけるコマンド・データの流れを説明する説明図である。図６は、Ｗｅｂページの説明図である。
計測制御装置１０’は、図３（ａ）で示すように、駆動制御装置１１、電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３、雷計測装置１４、ロゴウスキーコイル１５、ＧＰＳアンテナ１６、中継用光ケーブル１９を備えている。
駆動制御装置１１は、さらにＨＵＢ１１１、ＰＬＣ１１２、リレー１１３、電源装置１１４、メディアコンバータ１１５を備える。
雷計測装置１４は、計測装置１４１、収集装置１４２、メディアコンバータ１４３を備える。
この形態では先に説明した形態と比較すると、駆動制御装置１１にメディアコンバータ１１５を追加設置した点、雷計測装置１４に収集装置１４２、メディアコンバータ１４３を追加設置した点が相違する。以下、相違点を重点的に説明するものとし、先の形態と同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。さらに、先に説明した計測制御装置１０の計測動作・制御動作も行うものであり、重複する説明を省略する。

駆動制御装置１１のメディアコンバータ１１５はＨＵＢ１１１に接続されており、電気通信信号と光通信信号との変換を行う機能を有している。
雷計測装置１４の収集装置１４２は、電源装置１１４から電源ケーブル１３を介して電源供給されている。収集装置１４２は、計測装置１４１が計測した計測データを読み出して収集する。この収集は定期的（例えば１時間毎）に行うようにしても良い。また、計測データが生成したときに計測装置１４１が収集装置１４２へ送信するようにしても良い。計測データが生成するときは雷雲が近くにあるときであるが、雷計測装置１４内は筐体により保護されており、電磁ノイズの影響を受けにくくしているため、計測装置１４１と収集装置１４２との通信は可能である。収集装置１４２はこのような計測装置１４１からの計測データを収集してデータ処理する処理手段として機能する。データ処理は例えば帳票形式にまとめた計測データとする。さらに、収集装置１４２はデータ処理された計測データを表示するＷｅｂページデータを生成する生成手段として機能する。Ｗｅｂページデータとすることで、外部の遠隔監視用コンピュータ４０，７０から容易に読み出しができるようになる。

雷計測装置１４のメディアコンバータ１４３は、収集装置１４２に接続されており、電気通信信号と光通信信号との変換を行う機能を有している。
駆動制御装置１１側のメディアコンバータ１１５と雷計測装置１４側のメディアコンバータ１４３とは中継用光ケーブル１９に接続されており、駆動制御装置１１と雷計測装置１４との間は光信号により通信される。

計測装置１４１には、図４で示すようにスイッチが設けられ、スイッチの状態により収集装置１４２による遠隔データ収集機能の使用の是非を設定できる。本形態では遠隔データ収集可能に設定される。
さらに、遠隔監視用コンピュータ４０，７０は、図５で示すように、収集装置１４２宛に制御コマンドを送信したり、計測装置１４１宛に制御コマンドを送信することができる。このような制御としては、まず、収集装置１４２および計測装置１４１はともに同じ制御コマンドを受信して、制御コマンドに含まれる自らのアドレスが指定されているときは、その制御コマンドに対応する動作をする。収集装置１４２のアドレスが指定されたときは、収集装置１４２は遠隔監視用コンピュータ４０，７０へ向けてデータ（例えば計測データ）を送信する（Ａの経路）。また、計測装置１４１のアドレスが指定されたときは、計測装置１４１は収集装置１４２を介して遠隔監視用コンピュータ４０，７０へ向けてデータ（例えば計測データ）を送信する（Ｂの経路）。

続いて雷撃電流監視制御システム１０００の動作について説明する。先に説明した遠隔監視用コンピュータ４０，７０による風力発電設備１の駆動制御、計測装置１４１からの運転停止制御は先の形態と同様に行うものであり、重複する説明を省略し、収集装置１４２による動作について説明する。

光ケーブル２０に接続される遠隔地の遠隔監視用コンピュータ４０，７０のブラウザが所望の風力発電設備１の収集装置１４２のアドレスを指定してリクエストする。すると、幹線用光ケーブル２０、光ケーブル２１、ＨＵＢ１１１、駆動制御装置１１側のメディアコンバータ１１５、中継用光ケーブル１９、雷計測装置１４側のメディアコンバータ１４３を介して収集装置１４２へリクエストされる。収集装置１４２は、リクエストを受けてＷｅｂページデータを通信データに変換した上で送信する。通信データは、雷計測装置１４側のメディアコンバータ１４３、中継用光ケーブル１９、駆動制御装置１１側のメディアコンバータ１１５、ＨＵＢ１１１、光ケーブル２１、幹線用光ケーブル２０を介して遠隔監視用コンピュータ４０，７０へ送信される。遠隔監視用コンピュータ４０，７０ではＷｅｂページを表示させる。このＷｅｂページは、図６で示すように表形式で表示する。アドレスが同じデータであるのは、同じ風力発電設備１に多数の落雷があったことを示している。また、日付・時刻別に各種のデータが表示される。これにより、遠隔地から計測データを確認することができる。

本形態によれば、駆動制御装置１１や雷計測装置１４は筐体により電磁ノイズにより影響されないようになされ、また、筐体の外にある電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３は流れる信号にノイズが重畳しても影響がない。また、中継用光ケーブル１９、光ケーブル２１に流れる信号自体がノイズにより影響されにくく、雷撃時でも電磁ノイズに影響されずに計測処理・駆動処理を行うことができる。特に、Ｗｅｂデータを含む通信データは、ノイズの影響を回避する必要があるが、中継用光ケーブル１９、光ケーブル２１を経て通信されるため、ノイズに影響されない。また、落雷直後等でも迅速にＷｅｂデータを閲覧できる。

続いて風力発電設備１に設置される改良型の計測制御装置１０”について図を参照しつつ説明する。図７は他の計測制御装置の説明図であり、図７（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図７（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。
計測制御装置１０”は、図７（ａ）で示すように、駆動制御装置１１、電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３、雷計測装置１４、ロゴウスキーコイル１５、ＧＰＳアンテナ１６を備えている。
駆動制御装置１１は、さらにＨＵＢ１１１、ＰＬＣ１１２、リレー１１３、電源装置１１４、無線装置１１６を備える。
雷計測装置１４は、計測装置１４１、収集装置１４２、無線装置１４４を備える。
この形態では先に図３を用いて説明した形態と比較すると、駆動制御装置１１のメディアコンバータ１１５に代えて無線装置１１６を採用し、また、雷計測装置１４のメディアコンバータ１４３に代えて無線装置１４４を採用して、光通信から無線通信に変更した点が相違する。以下、相違点を重点的に説明するものとし、先の形態と同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。さらに、先に説明した計測制御装置１０，１０’の計測動作・制御動作も行うものであり、重複する説明を省略する。

駆動制御装置１１の無線装置１１６は、ＨＵＢ１１１に接続されており、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う機能を有している。
計測制御装置１１の無線装置１１６は、電源装置１１４から電源供給されている。また、雷計測装置１４の無線装置１４４は、電源装置１１４から電源ケーブル１２を介して電源供給されている。収集装置１４２は、計測装置１４１が計測した計測データを読み出して収集する。この収集は定期的（例えば１時間毎）に行うようにしても良い。また、計測データが生成したときに計測装置１４１が収集装置１４２へ送信するようにしても良い。収集装置１４２はこのような計測装置１４１からの計測データを収集してデータ処理する処理手段として機能する。データ処理は例えば帳票形式にまとめた計測データとする。さらに、収集装置１４２はデータ処理された計測データを表示するＷｅｂページデータを生成する生成手段として機能する。Ｗｅｂページデータとすることで、外部の遠隔監視用コンピュータ４０，７０から容易に読み出しができるようになる。

雷計測装置１４の無線装置１４４は、収集装置１４２に接続されており、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う機能を有している。
駆動制御装置１１側の無線装置１１６のアンテナ１１７と、雷計測装置１４側の無線装置１４４のアンテナ１４５と、の間で無線通信信号を通信するようになされており、駆動制御装置１１と雷計測装置１４との間は無線通信信号により通信される。

光ケーブル２０に接続される遠隔地の遠隔監視用コンピュータ４０，７０のブラウザが所望の風力発電設備１の収集装置１４２のアドレスを指定してリクエストする。すると、幹線用光ケーブル２０、光ケーブル２１、ＨＵＢ１１１、駆動制御装置１１側の無線装置１１６、雷計測装置１４側の無線装置１４４を介して収集装置１４２へリクエストされる。収集装置１４２は、リクエストを受けてＷｅｂページデータを通信データに変換した上で送信する。通信データは、雷計測装置１４側の無線装置１４４、駆動制御装置１１側の無線装置１１６、ＨＵＢ１１１、光ケーブル２１、幹線用光ケーブル２０を介して遠隔監視用コンピュータ４０，７０へ送信される。遠隔監視用コンピュータではＷｅｂページを表示させる。このＷｅｂページは、図６で示すように表形式で表示する。

本形態によれば、駆動制御装置１１や雷計測装置１４は筐体により電磁ノイズにより影響されないようになされ、また、筐体の外にある電源ケーブル１２、接点信号ケーブル１３は流れる信号にノイズが重畳しても影響がない。また、光ケーブル２１に流れる信号自体がノイズにより影響されにくく、雷撃時でも電磁ノイズに影響されずに計測処理・駆動処理を行うことができる。特に、Ｗｅｂデータを含む通信データは、ノイズの影響を回避する必要があるが、例えば、雷などがないときに無線通信をするように通信を限定することで、ノイズに影響されないようにすることができる。

以上、本発明について説明したが、本発明では各種の変形形態が可能である。
例えば、本発明ではロゴウスキーコイル１５はそれぞれ波高値計測用と波形計測用と二種のコイルを考慮したが、一つのロゴウスキーコイルが、波高値計測用と波形計測用とを兼ねるような構成を採用してもよい。しかしながら、ロゴウスキーコイルを分離することで、波高値計測用観測装置を波高値計測に最適となるように各種構成・設定値を決定することができ、同様に波形計測用観測装置でも波形計測に最適となるように各種構成・設定値を決定することができるため分離することが好ましい。

このような本発明の雷撃電流監視制御システムによれば、雷計測装置および駆動制御装置の耐ノイズ性を共に向上させ、雷撃電流観測時でも良好な計測・制御を実現するようにした雷撃電流監視制御システムとすることができる。

本発明を実施するための最良の形態の雷撃電流監視制御システムの概略図である。計測制御装置の説明図であり、図２（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図２（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。他の計測制御装置の説明図であり、図３（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図３（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。計測装置の設定スイッチの説明図である。雷計測装置におけるコマンド・データの流れを説明する説明図である。Ｗｅｂページの説明図である。他の計測制御装置の説明図であり、図７（ａ）は計測制御装置の設置状態を含む説明図、図７（ｂ）は計測制御装置のブロック説明図である。風力発電設備の構造図である。風力発電設備における従来技術の雷撃監視の説明図である。

符号の説明

１：風力発電設備
２：塔体
３：頂部収容箱
４：回転翼
５：風向風速計
６：避雷針
７：基礎
１０００：雷撃電流監視制御システム
１０，１０’，１０”：計測制御装置
１１：駆動制御装置
１１１：ＨＵＢ
１１２：ＰＬＣ
１１３：リレー
１１４：電源装置
１１５：メディアコンバータ
１１６：無線装置
１１７：アンテナ
１２：電源ケーブル
１３：接点信号ケーブル
１４：雷計測装置
１４１：計測装置
１４２：収集装置
１４３：メディアコンバータ
１４４：無線装置
１４５：アンテナ
１５：ロゴウスキーコイル
１６：ＧＰＳアンテナ
１７：コンパクトフラッシュ（登録商標）
１８：コンピュータ
１９：中継用光ケーブル
２０：幹線用光ケーブル
２１：光ケーブル
３０：メディアコンバータ
４０：遠隔監視用コンピュータ
５０：通信用サーバ装置
６０：インターネット回線
７０：遠隔監視用コンピュータ
８０：駆動装置

Claims

風車を構成するブレードと、ブレードを保持するロータ軸を回動自在に支持し、ロータ軸に直結される増速器およびこの増速器により回転して発電を行う発電機を収容する頂部収容箱と、頂部収容箱を先端で支持する塔体と、を備える風力発電設備に対して雷撃電流の監視および雷撃時の駆動制御を行う雷撃電流監視制御システムであって、
塔体の根元部が貫通するように装着され、この塔体の根元部の外周面と絶縁体を介して内接する円環状電流センサと、
電磁ノイズを遮蔽する筐体に覆われて風力発電設備内に設置され、雷撃電流に応じて円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する雷計測装置と、
接点信号を伝達する接点信号ケーブルと、
制御コマンドを出力する遠隔監視用コンピュータと、
遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを伝達する光ケーブルと、
電磁ノイズを遮蔽する筐体に覆われて風力発電設備内に設置され、接点信号ケーブルから入力される雷計測装置からの接点信号、または、光ケーブルから入力される遠隔監視用コンピュータからの制御コマンド、を受けて駆動制御信号を出力する駆動制御装置と、
駆動制御装置からの駆動制御信号を受けて風力発電設備を駆動制御する駆動装置と、
を備え、
雷計測装置からの接点信号が入力された場合、駆動制御装置は、駆動装置に対して優先的に風力発電設備の回転翼の回転停止制御を行わせることを特徴とする雷撃電流監視制御システム。
請求項１記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記雷計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
を備えることを特徴とする雷撃電流監視制御システム。
請求項１記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置の筐体内には、
円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する計測装置と、
前記計測装置が算出した計測データを収集する収集装置と、
前記収集装置に接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行う雷計測装置側のメディアコンバータと、
を備え、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
前記ＨＵＢに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行う駆動制御装置側のメディアコンバータと、
を備え、
駆動制御装置側のメディアコンバータと雷計測装置側のメディアコンバータとが中継用光ケーブルにより接続され、収集装置が収集した計測データを含む通信データが、雷計測装置側のメディアコンバータ、中継用光ケーブル、駆動制御装置側のメディアコンバータ、ＨＵＢ、光ケーブルを介して遠隔監視用コンピュータへ送信されることを特徴とする雷撃電流監視制御システム。
請求項１に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置の筐体内には、
円環状電流センサから出力される誘起電流が入力されたときに演算処理を行って計測データを算出登録するとともに接点信号を出力する計測装置と、
前記計測装置が算出した計測データを収集する収集装置と、
前記収集装置に接続され、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う雷計測装置側の無線装置と、
を備え、
前記駆動制御装置の筐体内には、
前記光ケーブルに接続され、電気通信信号と光通信信号との変換を行うＨＵＢと、
前記ＨＵＢに接続され、遠隔監視用コンピュータからの制御コマンドを受けてオンまたはオフの接点信号を出力するＰＬＣと、
前記計測装置または前記ＰＬＣから出力される接点信号を受けてオンまたはオフによる駆動制御信号を出力して駆動装置の制御を行うリレーと、
前記ＨＵＢに接続され、電気通信信号と無線通信信号との変換を行う駆動制御装置側の無線装置と、
を備え、
収集装置が収集した計測データを含む通信データが、雷計測装置側の無線装置、駆動制御装置側の無線装置、ＨＵＢ、光ケーブルを介して遠隔監視用コンピュータへ送信されることを特徴とする雷撃電流監視制御システム。
請求項３または請求項４に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記収集装置は、
計測装置からの計測データを収集してデータ処理する処理手段と、
データ処理された計測データを表示するＷｅｂページデータを生成する生成手段と、
を備え、
光ケーブルに接続される遠隔地の遠隔監視用コンピュータのブラウザが前記収集装置へリクエストしたとき、前記収集装置は、Ｗｅｂページデータを含む通信データに変換した上で送信し、遠隔監視用コンピュータは、通信データからＷｅｂページデータを読み出してＷｅｂページを表示させることを特徴とする雷撃電流監視制御システム。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の雷撃電流監視制御システムにおいて、
前記雷計測装置は、計測データを着脱可能な記録媒体に登録することを特徴とする雷撃電流監視制御システム。