JP2019085924A - 風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく、特定もしくは複数の操作者による風力発電装置の稼働率低下要因を除外した風力発電装置の稼働率を算出し得る風力発電システムを提供する。【解決手段】風力発電システム１は、風力発電装置１１、制御装置１０、及び風力発電装置１１の運転状況を監視制御する遠隔監視制御装置８を備える。風力発電装置１１は操作者を識別する操作者識別装置２２を備え、遠隔監視制御装置８は、操作者識別装置２２からの操作者識別情報及び操作内容と操作端末９より入力される操作内容及び操作者の情報を統合するイベントログ統合処理器８３と、運転状態信号、イベントログ信号、及び予め設定され前記操作端末により変更可能な稼働率の算出定義に基づき、特定の操作者による発電停止及び縮退運転を含む運転法案変更による稼働率低下要因を除外した稼働率を算出する稼働率算出器８６を有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電装置、風力発電装置に備わる制御装置、及び風力発電装置の稼働状況を記録する遠隔監視制御装置からなる風力発電システムに係り、特に、風力発電システムの稼動状況に応じて風力発電装置メーカが発電事業者から褒償を得る、及び／又は、発風力電システムの稼動状況に応じて発電事業者が発電装置メーカから補償を得るような運用において好適な風力発電システムに関する。

発電事業者は、電力系統を運営する発送配電事業者や工場などの大規模な電力需要家へ、発電電力を売電することで、売電した電力量に応じて売電収益を得る。風力発電システムや太陽光発電システムなど自然エネルギーを入力とする発電装置によって発電事業を運営する場合、入力となる自然エネルギーは人為的に制御できないため、発電に好適な自然条件において、発電装置が発電可能な状態に維持されていること、若しくは、発電装置が想定する発電電力を発生することが、発電事業の事業採算性を担保する上で重要である。

発電装置の稼働率は、運転時間若しくは発電電力量を算出数値として、実際に発電運転を実施して得られた算出数値と外的若しくは内的な要因によって発電運転の一部若しくは全てを停止していた場合に発電装置が健全であったと仮定して得られたと想定される算出数値の総和に対して、実際に発電運転を実施して得られた算出数値の比率として定義できる。例えば、風力発電システムの場合、「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−１「時間基準による風車の利用可能率」」及び「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−２「利用可能率を基準とする風車の設備容量」」に、自然条件や風力発電装置の状態に応じた運転状態のカテゴリが定義され、それぞれのカテゴリにおける運転時間若しくは発電電力量によって、時間基準稼働率及び発電量基準稼働率を算定する基準が提案されている。ただし、どの運転状態カテゴリを稼働率の算出に含めるか、発電装置が外的若しくは内的な要因によって発電運転の一部若しくは全てを停止していた場合に発電装置が健全であったと仮定して得られたと想定される算出数値をどのように算出するか、その算出方法については発電事業者及び発電装置メーカに委ねられている。

発電事業者は高い稼働率の発電装置を求めており、発電装置メーカは発電装置を提供するのみならず、保守運用サービス（Ｏ＆Ｍサービス）を提供し発電装置の高稼働率化サービスを展開している。発電装置メーカがＯ＆Ｍサービスを請け負う形態として、一定の保守点検サービスを提供する形態に加え、発電装置の稼働率が特定の稼働率以上となることを保証し、保証稼働率以下となった場合に、保証稼働率と実稼働率の差分に相当する損失を補償する契約を結ぶ場合がある。さらにこれに加えて、特定の稼働率以上が実現した場合に、実現した稼働率に応じて発電装置メーカに対して発電事業者が褒償を与える契約を結ぶ場合もある。このような稼働率を指標とする契約においては、どのような事象が稼働率に考慮されるべきか契約で定義される。稼働率を指標に補償金や褒償金を算定するためには、発電装置の稼働率の低下及び上昇の要因が発電事業者若しくは発電装置メーカのどちらの責任によって発生したか判別できることが重要となる。

風力発電システムや太陽光発電システムのような発電装置の場合、発電装置に備わる制御装置によって自然条件に応じて自立して発電運転が実施される。このため、発電装置が設置されている現地で発電装置を操作するオペレータ（操作員）が常時監視運用することは少ない。発電装置の運転状態に関わるログやアラーム、エラーの情報は制御装置から遠隔監視制御装置に送信され、遠隔監視制御装置は複数台の発電装置からの情報を集約する。遠隔監視制御装置は、複数の操作端末から同時にアクセス可能に構成されており、操作者はアクセス時のユーザ認証処理によって識別される。操作者は、遠隔で発電装置群の状態をモニタし、必要に応じて発電装置の起動停止や運転方法の設定変更などの操作が実施できる。通常、遠隔監視制御装置は操作者と操作内容をログとして記録することができる。発電装置メーカは発電装置の好ましくない状態を規定し、アラームやエラーを発報する機能を発電装置に備える。このため、アラームやエラーに対して対応責任がある操作者が対応を怠った場合、そのアラームやエラーに起因する発電装置の稼働率低下の責任は操作者にあると特定でき、発電装置メーカの製造責任ではないと判断することができる。このような取組が特許文献１に記載されている。
特許文献１には、センサにより取得された風力発電装置の運転状態が、安全ではない動作閾値に達するか又は超えた場合に、警報信号を画面表示または音声にて出力することにより、操作者に注意を喚起する。警報信号にもかかわらず操作者が風力発電装置の運転を継続した場合、大容量記憶装置に記憶されるセンサデータを用いて、風力発電装置の製造メーカは操作者の行為に基づく保証を免責される旨開示されている。

ＵＳ２０１２/００２９８４３号公報

特許文献１に記載される技術は、遠隔監視制御装置での操作者と操作内容の記録に対応している。しかしながら、発電設備や、保守点検作業や発電装置の外部監査や内覧、発電装置が接続される電力系統運営者からの要請など、アラームやエラーの発報有無に関わらず発電停止が必要となる場合がある。現地で発電装置の制御装置で実施された操作に関しては、操作者と操作内容の記録が残らず、操作によって制御装置が遠隔監視制御装置へ発報するログやアラーム、エラーといった情報のみが遠隔監視制御装置に記録されることになる。このため、操作によって生じた発電停止による稼働率低下の責任の所在を特定するためには、事前の操作届出や事後の操作内容の報告書或いは操作者へのヒヤリングなど、別の方法による記録との対応確認が必要となり、作業コストの増加が課題となる。
操作者及び操作内容を記録するために、現地操作においても遠隔監視制御装置の操作端末を介して、操作を実施することも解決方法の一つである。しかしながら、発電装置への遠隔監視制御装置の操作端末の実装若しくは携帯可能な操作端末の持参が必要となり、機器構成の複雑化やコスト増加若しくは作業コストの増加が課題となる。また、本来現地で実施すべき作業に関連する操作項目と直接関連しない操作項目の追加は、操作忘れを招く可能性もあり、稼働率の低下の責任の所在を確実に特定するための望ましい解決方法ではない。さらに、現地作業における発電装置への操作は、遠隔での操作と異なり操作者の安全を確保するための操作である場合もある。例えば、操作者の安全を確保するために緊急に発電装置の運転停止が必要である場合、通常、緊急停止ボタンなど仕組みにより発電装置の運転を停止できる。この場合において、操作者の安全確保を最優先するためには、操作端末を介した遠隔監視制御装置へのアクセスによるユーザ認証処理の手続きは省かれるべきものである。

そこで、本発明は、操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく、特定もしくは複数の操作者による風力発電装置の稼働率低下要因を除外した風力発電装置の稼働率を算出し得る風力発電システムを提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係る風力発電システムは、翼の回転による回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置と、前記風力発電装置を制御する制御装置と、少なくとも１基以上の風力発電装置の運転状況を監視制御する遠隔監視制御装置と、を備える風力発電システムであって、前記遠隔監視制御装置は、少なくとも１つ以上の操作端末と相互に通信可能であり、前記風力発電装置は、風力発電装置に対する操作を行う操作者を識別する情報を取得する操作者識別装置を備え、前記遠隔監視制御装置は、前記制御装置より受信される前記操作者識別装置からの操作者識別情報及び操作内容と、前記操作端末より入力される操作内容及び操作者の情報と、を統合しイベントログ信号を形成するイベントログ統合処理器と、前記制御装置から送信され蓄積された風力発電装置の運転状態信号と、前記イベントログ信号と、予め設定され前記操作端末により変更可能な稼働率の算出定義と、に基づき、特定の操作者による発電停止及び縮退運転を含む運転法案変更による稼働率低下要因を除外した稼働率を算出する稼働率算出器と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく、特定もしくは複数の操作者による風力発電装置の稼働率低下要因を除外した風力発電装置の稼働率を算出し得る風力発電システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る風力発電システムの全体概略構成図である。 図１に示す遠隔監視制御装置の機能模式図である。 イベントログの記録形態を示す表示画面例である。 運転状態ログの記録形態を示す表示画面例である。 稼働率算出の処理設定画面例である。 運転状態ログ及び稼働率の表示画面例である。 本発明の一実施例に係る実施例１の操作者識別装置の動作を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の操作者識別装置の動作を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の操作者識別装置の操作画面の遷移を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る風力発電システムの全体概略構成図である。図１に示すように風力発電システム１は、少なくとも、一基の風力発電装置１１、風力発電装置１１を制御すると共に風力発電装置１１の運転状態信号を収集する制御装置１０、詳細後述する操作者識別装置２２、及び、制御装置１０と相互に通信可能に接続される遠隔監視制御装置８を備える。風力発電システム１が複数基の風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）から構成される場合は、各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）に、断路器若しくは遮断器１２、発電出力を検出するための電圧計１３と電流計１４、及び、送電損失の低減を目的に電圧を昇圧するトランス１５が設けられる。各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の出力は、集約され、連系用の連系断路器若しくは遮断器３、風力発電システム１の出力を検出するための連系電圧計４と連系電流計５、及び、送電損失を低減するために電圧を昇圧する連系トランス６を介して、電力系統２に接続される。風力発電システム１の売電収益の算定基準となる発電電力量は、連系電圧計４及び連系電流計５で算出されるが、各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の稼働率を算出する場合は、各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）に設けられる、電圧計１３及び電流計１４によって算出される発電電力量を用いる。

風力発電装置１１は、回転軸を有するハブ、及び、ハブに取り付けられた少なくとも１枚からなる翼１６にて構成される回転可能なロータを備えている。ロータは、回転軸を介してナセル１８により回転可能に支持されており、ロータの回転エネルギーは、ナセル１８内に収容される、回転軸に接続され回転速度を増速する増速機１９、及び発電機２０へ入力される。発電機２０は回転エネルギーを電気エネルギーへ変換する。電気エネルギーは、発電機２０に電気的に接続される、通常タワー１７の脚部に設置される電力変換器２１によって電力系統２の周波数に一致する電力に変換される。なお、増速機１９は風力発電装置１１の仕様により存在しない場合もある。

風力発電装置１１を制御すると共に風力発電装置１１の運転状態信号を収集する制御装置１０は、発電運転に適した風況条件が成立したことを検出すると、風力発電装置１１を発電開始に適した状態へと制御し、断路器若しくは遮断器１２を閉路することで発電運転を開始する。また、発電運転中において制御装置１０は、少なくとも翼１６若しくは発電機２０の回転速度を参照し、電力変換器２１や、翼１６の翼角度を調整するピッチ角制御装置（図示せず）や、ナセル１８のナセル方位を調整するヨー角制御装置（図示せず）を制御することで、風の運動エネルギーを最大限電気エネルギーへ変換するように制御する。また、発電運転中に風況条件が発電運転に不適合な状態に変化した場合や、風力発電装置１１を構成する各機器からセンサ(図示せず)を介して送信される運転状態信号から、各機器が不適切な状態(アラーム状態)であると判断される場合、若しくは、明らかに異常な状態(エラー状態)であると判断される場合に、制御装置１０は、風力発電装置１１の発電運転を停止し、上述の断路器若しくは遮断器１２を開路すると共に、アラーム信号或いはエラー信号を遠隔監視制御装置８へ送信する。

このように制御装置１０は、発電運転中の制御に必要な翼１６若しくは発電機２０の回転速度、翼角度やナセル方位のみならず、電圧計１３及び電流計１４の検出値から算出される発電電力や各部の温度や振動、断路器若しくは遮断器１２の開閉状態など、風力発電装置１１の状態を常時検出し、それら信号を遠隔監視制御装置８へ送信する。送信信号は、風力発電装置１１を構成する各機器の状態信号を必要に応じて適切な数理処理、例えば、平均値或いは標準分散などの統計値に変換した運転状態信号、発電開始や発電停止等の動作のイベントログ、及び、風力発電装置１１を構成する各機器の変調や異常を警報するアラーム信号或いはエラー信号から成る。
なお、制御装置１０は、タワー１７の内部であって下方（タワー１７の脚部）、又は、風力発電装置１１の外部の何れに設置しても良い。

遠隔監視制御装置８は、風力発電システム１に少なくとも１台備えられ、複数の風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の制御装置（１０，１０ａ，１０ｂ）からの受信信号を集約し記録として保存する。また、操作端末９の操作に応じて、記録した受信信号の時系列変化をトレンドグラフとして可視化することや、各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の起動停止の操作及び各風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の制御装置（１０，１０ａ，１０ｂ）に備わる各種制御変数の変更などが実施できる。通常、遠隔監視制御装置８は、複数の操作端末９からアクセスすることができ、アクセスの際に、ユーザ認証処理によって操作者が識別され、操作端末９で実施した操作、特に風力発電装置（１１，１１ａ，１１ｂ）の起動停止操作或いは制御装置１０の制御変更操作などの操作内容を、操作者及び実施日時に紐づけてイベントログとして記録する。ここで、制御装置１０の制御変更操作として、例えば、各種制御変数の変更、制御プログラム自体の変更或いは更新などが含まれる。

本発明の実施形態に係る風力発電装置１１の制御装置１０は、操作端末９を介して操作者が遠隔監視制御装置８にアクセスする場合のみならず、物理的に風力発電装置１１若しくは制御装置１０にアクセスする場合にも、操作者を識別するための仕組みとして操作者識別装置２２を、風力発電装置１１にハードウェアとして備えている、若しくは、制御装置１０にソフトウェアとして実装されている。操作者識別装置２２は、特定の操作を実施するために、事前にユーザ認証処理などのアクセス操作を実施することなく、操作を実施できるように構成されている。これによって、操作者による操作を妨げることなく、操作者を識別することが可能となる。操作者識別装置２２の具体的構成については実施例にて詳述する。なお、操作者識別装置２２が風力発電装置１１にハードウェアとして備えられている場合においては、例えば、操作者識別装置２２は、風力発電装置１１を構成するタワー１７の扉或いは、断路器若しくは遮断器１２を収容する筐体の扉などに設置される。或いは、操作者識別装置２２を風力発電装置１１の外部に設置しても良い。

操作者識別装置２２は、操作に関連する運転状態信号若しくはイベントログ信号と共に操作者識別信号を制御装置１０へ送信する。制御装置１０は、操作者識別信号を、操作に関連する運転状態信号若しくはイベントログ信号に付記して遠隔監視制御装置８へ送信する。

遠隔監視制御装置８の機能を、図２から図５を用いて説明する。図２は、図１に示す遠隔監視制御装置の機能模式図である。図２に示すように、遠隔監視制御装置８は、制御信号生成器８１、イベントログ統合処理器８２、イベントログ８３、ログ修正データ８４、運転状態ログ８５、稼働率算出器８６、表示処理器８７、及び処理設定部８８より構成される。制御信号生成器８１、イベントログ統合処理器８２、稼働率算出器８６、表示処理器８７、及び処理設定部８８は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。

制御信号生成器８１は、遠隔監視制御装置８の操作端末９による操作信号を入力し、イベントログ信号（遠隔）としてイベントログ統合処理器８２へ出力すると共に、遠隔監視制御装置８の操作端末９による操作信号を風力発電装置１１に対する制御信号として制御装置１０へ出力する。
イベントログ統合処理器８２は、制御信号生成器８１より入力されるイベントログ信号（遠隔）と、風力発電装置１１の制御装置１０から受信するイベントログ信号（現地）と、を統合処理し、現地操作と遠隔操作のどちらの操作についても、イベントログとしてイベントログ８３に記録する。

ここでイベントログの記録形態例（データ構造例）につて説明する。図３は、イベントログの記録形態を示す表示画面例である。図３に示すように、操作端末９の表示部の表示画面９１上に、イベントログとして、少なくとも、イベントの「発報日時」、「イベント項目」、イベントに関連する「操作者」、及び、イベントの発生及び復帰(発生したイベント状態の解除)を示す「発生１ 復帰０」がそれぞれ対応付けられて表形式にて、表示処理器８７により表示される。なお、遠隔監視制御装置８を構成するイベントログ８３には、図３に示すデータ構造にてイベントログが記録されている。「操作者」の欄に格納される操作者は、上述の操作者識別装置２２からの信号若しくは操作端末９から遠隔監視制御装置８へアクセスした際のユーザ認証処理に基づいてイベントログ８３（図２）に記録される。ただし、発電運転中のエラー信号或いはアラーム信号のように、イベント項目によっては必ずしも操作者が特定される訳ではなく、空欄が記録される場合もある。すなわち、イベント項目には、操作員が介在するイベント項目と操作員が介在しないイベント項目も含まれる。例えば、操作員が介在するイベント項目としては、タワー１７の扉の開閉或いは制御盤の手動停止などが含まれ、操作者が介在しないイベント項目としては、例えば、風力発電装置１１が自動で動作する情報も含まれる。なお、その他必要に応じてイベント項目に関する情報をイベントログ８３に記録しても良い。
図３では、イベントログのデータ構造を表形式とした場合を示しているがこれに限られず、計算機処理に適した形態で保存されれば良いことは言うまでもない。

イベントログは、風力発電システム１を構成する機器群が健全である限り常に発生と復帰が対になってイベントログ８３に記録されるため、操作者が特定されるイベント項目の場合、発生から復帰の期間で最長の期間となるイベント項目の操作者が、当該期間の操作責任者であることが判断される。図３の例では、「イベント項目」としてタワー扉開錠が対として最長なるため、当該期間の操作責任者は「操作者」の欄に表示されるＡであったことが判断できる。また、操作端末９の表示部の表示画面９１上に表示されるイベントログにおいて、操作者を修正する機能を有する。図３では操作者の修正機能をプルダウン形式とした場合を一例として示しており、「イベント項目」の「発生１」若しくは「復帰０」のどちらか一方の操作者を修正すると、同時に対応する「イベント項目」の操作者も変更される。図３では、「イベント項目」としての「タワー制御盤手動停止」及び「発生１ 復帰０」の「発生１」の「操作者」を「Ａ」に変更したことにより、「イベント項目」としての「タワー制御盤手動停止」及び「発生１ 復帰０」の「復帰０」の「操作者」が「Ａ」に変更された状態を示している。これにより、常に「イベント項目」の発生と復帰の操作者を同一に保つことができる。また、発電事業者と発電装置メーカとの協議などに基づいて操作者を変更することができるため、風力発電装置１１の保護のために操作者にかかわらず緊急に操作が必要であった場合などに対処できる。
操作者の変更は、稼働率の算出結果に影響を及ぼすため、修正後のログはログ修正データ８４（図２）に保存され、元のイベントログは編集不可な記録形式として保存されることが望ましい。ただし、ログ修正データは差分のみの保存で良い。

次に、遠隔監視制御装置８に入力される運転状態信号のアーカイブである運転状態ログの記録形態例（データ構造例）につて説明する。図４は、運転状態ログの記録形態を示す表示画面例である。図４に示すように、操作端末９の表示部の表示画面９１上に、運転状態ログとして、少なくとも、「日時」、風力発電装置１１の風速や風向など風況に関する情報として「風速」、翼１６や発電機２０の「回転速度」、風力発電装置１１の「出力」、「発電時間」、発電に好適な風況条件が成立するまで待機していた「待機時間」、発電を停止していた時間である「停止時間」、及び、風力発電装置１１の構成機器のいずれかが故障状態にあった時間である「故障時間」がそれぞれ対応付けられて表形式にて、表示処理器８７により表示される。なお、遠隔監視制御装置８を構成する運転状態ログ８５（図２）には、図４に示すデータ構造にてイベントログが記録されている。

運転状態ログは、所定の時間間隔（所定の周期）で運転状態ログ８５に記録される。図４では、１０分を所定の時間間隔とする例を示している。運転状態ログは、図４では一例として示す「風速」などの風力発電装置１１の風速や風向など風況に関する情報、翼１６や発電機２０の「回転速度」などの風力発電装置１１の各構成部品の運転状態に関する情報、風力発電装置１１の出力に関する情報、「発電時間」及び「待機時間」並びに「停止時間」などの記録する所定の時間間隔（所定の周期）において風力発電装置１１がどのような運転状態にどの程度維持されたかに関する情報、及び、「故障時間」などの風力発電装置１１の構成機器のいずれかが故障状態にあった時間などの情報が運転状態ログ８５に記録される。記録される情報はこれらに限らず、必要に応じて追加の項目があっても良い。また、所定の時間間隔内で変動する運転状態に関する情報は、時間間隔ごとの瞬時値を記録しても良く、また、必要に応じて所定の時間間隔の期間における平均値や標準分散を記録しても良い。
図４では、運転状態ログのデータ構造を表形式とした場合を示しているがこれに限られず、計算機処理に適した形態で保存されれば良い。運転状態ログも稼働率の算出に影響を及ぼすため、編集不可な記録形式として保存されることが望ましい。

稼働率算出器８６は、上述の運転状態ログとイベントログ及び／又はログ修正データを入力し、処理設定部８８による稼働率算出の処理設定に基づいて稼働率を算出する。換言すれば、処理設定部８８は、予め設定された稼働率の算出定義を格納しており、この格納される稼働率の算出定義は操作端末９を介して変更可能であり、稼働率算出器８６は、この稼働率の算出定義に基づき、上述の運転状態ログとイベントログ及び／又はログ修正データから稼働率を算出する。
ここで稼働率算出の処理設定について説明する。図５は、稼働率算出の処理設定画面例である。図５に示すように、表示処理器８７により表示される操作端末９の表示部の表示画面９１は、イベントログ及び運転状態ログの情報に基づき、風力発電装置１１のどの運転状態カテゴリを稼働率の算出に加えるか、プルダウン形式で設定できる表示領域（第１の表示領域）を有し、異なる条件での稼働率比較を実施するため複数の設定を同時に保存できる機能を有する。図５に示す運転状態カテゴリは、大分類で「運転可」及び「運転不可」、中分類で「発電中」、「停止中」、「定期保守」、「調整中」、及び「故障中」などを有する。さらに、中分類である「発電中」には、小分類として、「出力向上運転」、「標準運転」、及び「縮退運転」を有する。また、中分類である「停止中」には、小分類として、「風車仕様」、「環境仕様不適合」、「電気仕様不適合」、及び「外部要請停止」などを有する。なお、運転状態カテゴリの分類については、図５に示す例に限られるものではない。例えば、本発明の実施形態を適用する風力発電装置の仕様や運転される国や地域で課せられる規格などに合わせて適宜変更すれば良い。図５に示す例では、「設定１」として、「標準運転」、「縮退運転」、「環境仕様不適合」、「その他」、「調整中」、及び「故障中」が設定された状態を示している。また、「設定２」として、「出力向上運転」、「標準運転」、「縮退運転」、「風車仕様」、調整中」、及び「故障中」が設定された状態を示している。
また、表示画面９１は、どの操作者のイベントログを稼働率の算出に含めるかを設定可能とする表示領域（第２の表示領域）も有する。特に稼働率の保証契約においては、稼働率保証の対象から除外する操作者の設定は重要であり、通常、発電事業者の操作による稼働率低下は、稼働率保証の対象外とすることが一般的であるためである。図５に示す例では、操作者グループＢが発電事業者を示しており、稼働率の算出から除外する設定がなされた状態を示している。図５に示す稼働率算出の処理設定画面により設定された内容は、遠隔監視制御装置８を構成する処理設定部８８（図２）に入力される。

図２に示す遠隔監視制御装置８を構成する稼働率算出器８６で実行される稼働率算出方法について説明する。稼働率算出器８６は、「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−１「時間基準による風車の利用可能率」」又は「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−２「利用可能率を基準とする風車の設備容量」」に提案される算出方法により稼働率の算出を実行する。「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−１「時間基準による風車の利用可能率」」のような時間基準の稼働率算出は、運転状態カテゴリ毎の累積時間によって算出できる。また、「ＩＥＣ規格番号：ＩＥＣ６１４００−２６−２「利用可能率を基準とする風車の設備容量」」のような発電量基準の稼働率は、風力発電装置１１が停止又は縮退運転していた場合に、風力発電装置１１が健全であった場合における想定される発電量を算出する必要があり、過去の運転状態ログから算出されるナセル１８で計測される風速に対する発電出力の関係から、停止又は縮退運転中に計測された風速で発電出力を推定しても良い。また、風力発電装置１１のカタログ仕様の風速に対する発電出力の関係を用いても良く、また、同一期間に健全に運転していた風力発電装置１１の発電出力の平均値を参照しても良い。想定発電出力の算出方法は発電事業者と発電装置メーカとの合意によって定められるべきものであり、詳細は割愛する。

なお、図５に示される稼働率＝Σ〇／（Σ〇＋Σ●）における、分母の「Σ●」は、発電装置メーカ側が風力発電装置１１を停止した場合において、仮に風力発電装置１１が停止期間中に運転継続した場合における風力発電装置１１の発電量である。また、「Σ〇」は、風力発電装置１１による実際の発電量である。

図２に示す遠隔監視制御装置８を構成する表示処理器８７は、遠隔監視制御装置８に対する操作端末９の操作に従って、遠隔監視制御装置８内のデータを可視化する機能を有する。図６に、操作端末９の表示画面９１に表示される運転状態ログ及び稼働率の表示画面例を示す。図６に示すように、少なくとも稼働率は数値として表示され、表示形態は日単位、月単位、及び年単位などの表形式或いはトレンドグラフ（時系列グラフ）を合わせた形式で表示しても良い。図６に示す例では、上述の稼働率算出の処理設定画面（図５）にて、稼働率の算出に用いる運転状態カテゴリが「設定１」の場合における稼働率が、時間基準稼働率及び発電量基準稼働率の双方が数値として表示された状態を示している。なお、時間基準稼働率及び発電量基準稼働率の双方を数値として表示することに代えて、時間基準稼働率及び発電量基準稼働率の家うち何れか一方を数値として表示しても良い。

運転状態ログは、横軸を日時、縦軸を運転状態ログデータとするトレンドグラフ（時系列グラフ）として表示され、トレンドを表示するログデータは複数選択できることが望ましい。図６に示す例では、縦軸の運転状態ログデータとして、「出力」、「風速」、及び「回転数」が設定された場合を示している。また、運転状態カテゴリは、対応する期間をトレンドグラフ（時系列グラフ）上でハンチング表示することが望ましい。さらに、トレンドグラフ（時系列グラフ）上にデータカーソルを設定し、データカーソルにて指定された日時における各運転状態ログデータ（運転状態信号）の数値が表示画面９１の右側の領域に表示される。具体的には、風力発電装置１１の「出力（実績）」と「出力（想定）」、風況に関する情報としての「風速」、翼１６や発電機２０の「回転数」が数値として表示されている。これにより、風力発電装置１１の稼働率を視認できると共に、稼働率の算出根拠となった風力発電装置１１の運転状態及び遠隔監視制御装置８による運転状態カテゴリ対応が視認できる。なお、図６では、トレンドグラフ（時系列グラフ）の縦軸の運転状態ログデータとして、「出力」、「風速」、及び「回転数」の３つの運転状態ログデータを表示する場合を示しているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、「出力」或いは「回転数」など、１つの運転状態ログデータをトレンドグラフ（時系列グラフ）の縦軸の運転状態ログデータとしても良く、換言すれば、少なくとも１つ以上の運転状態ログデータをトレンドグラフ（時系列グラフ）の縦軸としても良い。

以下、操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく操作者を識別するための、本発明の実施形態に係る風力発電システム１を構成する操作者識別装置２２の実施例について、以下、図面を用いて説明する。

図７は、本発明の一実施例に係る実施例１の操作者識別装置２２の動作を説明する図である。図７に示すように、本実施例の操作者識別装置２２は、装置判別器２４を備える。操作者識別装置２２は、同一種の複数の操作対象機器（２３，２３ａ，２３ｂ）からの開錠・施錠信号を受信し、装置判別器２４が受信された開錠・施錠信号の送信元の操作対象機器（２３，２３ａ，２３ｂ）を判別することで、操作者識別信号を風力発電装置１１の制御装置１０へ送信する。通常、風力発電装置１１は、タワー１７の扉や断路器若しくは遮断器１２を収容する筐体の扉、或いは断路器若しくは遮断器１２が設置される建物に、防犯上及び安全上の理由から鍵が設けられる。そのため、現地作業を実施するためには、少なくとも、風力発電装置１１へのアクセスのため必ずタワー１７の扉の開錠作業、若しくは、作業者（操作者）の安全確保のため必ず断路器若しくは遮断器１２による開路作業が発生する。そのため、それらタワー１７の扉や断路器若しくは遮断器１２(以下、操作対象機器と称する)を複数設け、操作者若しくは操作者グループ毎に異なる鍵(カードキーなどの電子鍵を含む)を使用することで、特定の操作対象機器（２３，２３ａ，２３ｂ）の使用を強制することができる。すなわち、操作対象機器２３は物理媒体である鍵１のみにより開錠或いは施錠が可能であり、操作対象機器２３ａは物理媒体である鍵２のみにより開錠或いは施錠が可能であり、操作対象機器２３ｂは物理媒体である鍵３のみにより開錠或いは施錠が可能とされている。これにより現地作業上の必須操作で操作者を特定するための識別信号を取得することができる。
また、開錠作業は通常施錠作業が必要となるため、作業の開始と終了を把握することができる。これにより、イベントログが対となり、操作者が責任を有する期間が明確になる。

さらに、遠隔監視制御装置８に、開錠作業予告（開錠作業予約）に相当するフラグ機能を追加しても良い。操作端末９からの遠隔監視装置８へのアクセスも、通常パスワードなどの認証処理が設けられているため、事前に、上記の開錠作業予告フラグをＯｎした操作者のＩＤ（識別情報）と、開錠作業を実施した操作者のＩＤ（式悦情報）の整合確認を実施することで、物理媒体である鍵の複製による操作者のなりすましを防止できる。

以上の通り本実施例によれば、操作者若しくは操作者グループによる特定の操作対象機器の使用を強制することができ、これにより現地作業上の必須操作で操作者を特定するための識別信号を、操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく取得することができる。また、このような操作者識別装置を風力発電システムに設けることで、操作者の現地作業開始や安全確保上の動作に制約を付与することなく、特定もしくは複数の操作者による風力発電装置の稼働率低下要因を除外した風力発電装置の稼働率を算出し得る風力発電システムを提供することが可能となる。
さらには、操作者のなりすましを防止でき、風力発電システムにおけるセキュリティを確保することが可能となる。

図８は、本発明の他の実施例に係る実施例２の操作者識別装置の動作を説明する図である。本実施例では、操作者識別装置２２を操作対象機器２３に備える点、及び、複数の異なる鍵により同一の操作対象機器２３の開錠及び施錠を可能とする点が、実施例１と異なる。図８では、実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付している。

図８に示すように、操作対象機器２３に操作者識別装置２２が設けられており、操作者若しくは操作者グループ毎に異なる複数の鍵(カードキーなどの電子鍵を含む)によって開錠及び施錠が可能な機能を有する。操作者識別装置２２は、使用された鍵に対応して異なる信号(操作者識別信号)を風力発電装置１１の制御装置１０へ送信する。
物理媒体である異なる鍵（鍵１、鍵２、及び鍵３）が、１つの鍵穴を有する操作対象機器２３に対し使用された場合、使用される相互に異なる物理媒体である鍵、すなわち、開錠或いは施錠時における、鍵１、鍵２、及び鍵３のピンの動作により使用された鍵を識別可能な機構を操作者識別装置２２に備える。

本実施例によれば、実施例１と比較して同一種の操作対象機器を複数備える必要がなく、風力発電システムの簡素化を図ることができる。

図９は、本発明の他の実施例に係る実施例３の操作者識別装置の操作画面の遷移を示す図である。本実施例では、操作者識別装置２２を制御装置１０にコンソール１０１として設ける点が、実施例１及び実施例２と異なる。

本実施例に係る操作者識別装置２２は、制御装置１０に設けられたコンソール１０１にソフトウェアとして実装されている。なお、コンソール１０１としては、例えば、タッチパネルなどが用いられる。図９に示すコンソール１０１の操作画面の遷移においては、現地作業で手動停止し、作業後に復帰操作を実施する場合を想定している。

図９の左上図に示されるように、コンソール１０１の操作画面は「手動停止中」であることを示す表示状態となっており、自動運転に復帰するか否かの入力を操作者に促す画面を表示し続けるものとする。
作業者（操作者）が作業終了後、自動運転に復帰するために、コンソール１０１の操作画面上の「はい」ボタンを選択すると、図９の右上図に示す操作者選択画面へ遷移する。操作者選択画面では、操作者の選択を促す表示、すなわち、「操作者を選択して下さい。」とのメッセージと、操作者「Ａ」、操作者「Ｂ」、及び操作者「Ｃ」のうちいずれかを指定可能なボタンとが、表示されている。この表示状態で仮に操作者「Ａ」ボタンをタッチすることで選択すると、図９の左下図に示す、選択した操作者のパスワード入力を促す画面に遷移する。なお、本実施例では、操作者として、操作者「Ａ」、操作者「Ｂ」、及び操作者「Ｃ」の３名の場合を一例として示すが、これに限られず、選択可能に画面上に表示される操作者の人数は適宜設定すれば良い。

図９の左下図に示すパスワード入力画面において、入力された操作者「Ａ」のパスワードと操作者「Ａ」のものと一致した場合（適合）、図９の右下図に示す作業理由或いは停止理由の選択を促す画面に遷移する。一方、入力された操作者「Ａ」のパスワードと操作者「Ａ」のものと一致しない場合（不適合）の場合は、図９の左下図に示すパスワード入力画面が継続して表示される。
図９の右下図に示す、作業理由或いは停止理由の選択画面では、例えば、「定期点検」、「故障対応」、「外部要請」、及び「その他」のボタンが表示されると共に、その下方に「スキップ」ボタン若しくは「前画面に戻る」ボタンが表示される。適当な理由の選択若しくは「スキップ」ボタンをタッチすると風力発電装置１１は自動運転に復帰する。或いは、「スキップ」ボタンに代えて「前画面に戻る」ボタンを表示させた場合には、操作者に作業理由の入力を課すことができる。なお、本実施例では、作業理由或いは停止理由として、「定期点検」、「故障対応」、「外部要請」、及び「その他」のボタンが表示される場合を一例として示すが、これに限られず、更に「故障中」或いはその他の作業理由または停止理由を、適宜必要に応じて表示する形態としても良い。また、特定の外部連絡先へ音声通話ができる機能を付加し、口頭によって作業理由の登録を可能としても良い。

以上の通り本実施例によれば、ソフトウェアで操作者識別装置を実現することで機器コストの低減が期待できる。また、手動停止から自動運転への復帰時に操作者選択(ユーザ認証)を求めることで、自動運転から手動停止への操作時に遅延がない。このため、風力発電装置１１を停止したい時に迅速に対応することが可能となる。また、風力発電装置１１の停止は作業者（操作者）の安全を確保する上でも好適である。さらに、ソフトウェアであるため、上述の実施例１及び実施例２に加え作業理由或いは停止理由などの選択や入力を促す追加機能を実装することも可能であり、風力発電装置１１の運用開始後もソフトウェアの改修で機能追加などの拡張性を持たせることが可能となる。

以上の通り、本発明の実施形態及び操作者識別装置２２に係る実施例１乃至実施例３を例にし、現地作業の操作者及び遠隔監視制御装置８での操作者に基づいて、発電事業者や発電装置メーカなど特定の作業者に起因する稼働率を除外した稼働率を算出することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１…風力発電システム
２…電力系統
３…連系断路器若しくは遮断器
４…連系点電圧計
５…連系点電流計
６…連系トランス
８…遠隔監視制御装置
９…操作端末
１０，１０ａ，１０ｂ…制御装置
１１，１１ａ，１１ｂ…風力発電装置
１２…断路器若しくは遮断器
１３…電圧計
１４…電流計
１５…トランス
１６…翼
１７…タワー
１８…ナセル
１９…増速機
２０…発電機
２１…電力変換器
２２，２２ａ，２２ｂ…操作者識別装置
２３，２３ａ，２３ｂ…操作対象機器
２４…装置判別器
８１…制御信号生成器
８２…イベントログ統合処理器
８３…イベントログ
８４…ログ修正データ
８５…運転状態ログ
８６…稼働率算出器
８７…表示処理器
８８…処理設定部
９１…表示画面
１０１…コンソール

Claims (17)

1. 翼の回転による回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置と、前記風力発電装置を制御する制御装置と、少なくとも１基以上の風力発電装置の運転状況を監視制御する遠隔監視制御装置と、を備える風力発電システムであって、
   前記遠隔監視制御装置は、少なくとも１つ以上の操作端末と相互に通信可能であり、
   前記風力発電装置は、風力発電装置に対する操作を行う操作者を識別する情報を取得する操作者識別装置を備え、
   前記遠隔監視制御装置は、
   前記制御装置より受信される前記操作者識別装置からの操作者識別情報及び操作内容と、前記操作端末より入力される操作内容及び操作者の情報と、を統合しイベントログ信号を形成するイベントログ統合処理器と、
   前記制御装置から送信され蓄積された風力発電装置の運転状態信号と、前記イベントログ信号と、予め設定され前記操作端末により変更可能な稼働率の算出定義と、に基づき、特定の操作者による発電停止及び縮退運転を含む運転法案変更による稼働率低下要因を除外した稼働率を算出する稼働率算出器と、を有することを特徴とする風力発電システム。
2. 請求項１に記載の風力発電システムにおいて、
   前記遠隔監視制御装置は、前記イベントログ統合処理器により形成されたイベントログ信号を格納するイベントログと、前記運転状態信号を格納する運転状態ログと、前記予め設定され前記操作端末により変更可能な稼働率の算出定義を格納する処理設定部と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
3. 請求項２に記載の風力発電システムにおいて、
   前記イベントログは、少なくとも、イベント項目と、前記イベント項目に対応するイベントの発生及び復帰の日時と、前記操作者識別装置からの操作者識別情報若しくは前記操作端末から前記遠隔監視制御装置へのアクセス時における認証処理により操作者が特定されるイベントに関しては操作者と、をそれぞれ対応付けて格納することを特徴とする風力発電システム。
4. 請求項３に記載の風力発電システムにおいて、
   前記遠隔監視制御装置は、表示処理器を備え、
   前記表示処理器は、前記操作端末の表示部の表示画面上に、前記イベントログに格納される内容を表示し、
   前記操作端末を介してイベント項目に対応するイベントの発生及び復帰のうち何れか一方の操作者が修正されると、対応するイベントの発生又は復帰の操作者が修正された操作者と同一となるよう変更することを特徴とする風力発電システム。
5. 請求項４に記載の風力発電システムにおいて、
   前記遠隔監視制御装置は、ログ修正データを備え、
   前記ログ修正データは、前記イベント項目に対応するイベントの発生及び復帰に対する修正後の操作者を格納し、
   前記イベントログは、修正前の操作者を前記イベント項目のインベントに対応付けて、編集不可な形式にて格納することを特徴とする風力発電システム。
6. 請求項４に記載の風力発電システムにおいて、
   前記運転状態ログは、前記制御装置から所定の時間間隔にて送信される各風力発電装置の運転状態信号として、少なくとも、前記風力発電装置の出力と、風況に関する情報としての風速と、前記翼の回転速度とを、前記運転状態信号を取得した日時に対応付けて格納することを特徴とする風力発電システム。
7. 請求項６に記載の風力発電システムにおいて、
   前記風力発電装置の出力は前記所定の時間間隔における風力発電装置の平均発電出力であり、前記風況に関する情報としての風速は前記所定の時間間隔における平均風速であり、前記翼の回転速度は前記所定の時間間隔における平均回転速度であることを特徴とする風力発電システム。
8. 請求項４乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の風力発電システムにおいて、
   前記表示処理器は、
   前記イベントログ及び前記運転状態ログに格納される情報に基づき、前記操作端末の表示部の表示画面上に、
   少なくとも、風力発電装置の運転状態である、標準運転と、縮退運転と、風車仕様と、調整中と、故障中を含む運転状態カテゴリを、前記稼働率算出器による稼働率の算出に加えるか設定可能とする第１の表示領域を表示することを特徴とする風力発電システム。
9. 請求項８に記載の風力発電システムにおいて、
   前記表示処理器は、
   前記操作端末の表示部の表示画面上に、何れの操作者のイベントログ信号を、前記稼働率算出器による稼働率の算出に含めるか否かを設定可能とする第２の表示領域を表示することを特徴とする風力発電システム。
10. 請求項９に記載の風力発電システムにおいて、
    前記表示処理器は、
    前記操作端末の表示部の表示画面上に、少なくとも稼働率の算出に含めると設定された操作者のイベントログ信号及び前記運転状態ログに格納される運転状態信号に基づき算出される所定の時間間隔における前記稼働率を表示すると共に、前記運転状態ログに格納される運転状態信号のうち少なくとも一つの運転状態信号を時系列グラフで表示し、且つ、稼働率の算出に加えると設定された運転状態カテゴリを前記時系列グラフに表示することを特徴とする風力発電システム。
11. 請求項１０に記載の風力発電システムにおいて、
    前記表示処理器は、
    前記操作端末の表示部の表示画面上に表示される前記時系列グラフにデータカーソルを表示し、前記データカーソルにて指定される日時における前記少なくとも一つの運転状態信号を数値表示することを特徴とする風力発電システム。
12. 請求項１１に記載の風力発電システムにおいて、
    前記風力発電装置は、予め操作者毎に割り当てられた異なる鍵のみにより開錠及び施錠を可能とする同一種の複数の操作対象機器を備え、
    前記操作者識別装置は、装置判別器を有し、
    前記装置判別器は、前記操作対象機器より開錠又は施錠信号を受信することにより開錠又は施錠された操作対象機器を判別すると共に、前記操作者識別情報を前記制御装置へ送信することを特徴とする風力発電システム。
13. 請求項１２に記載の風力発電システムにおいて、
    前記遠隔監視制御装置は、予め操作者による操作対象機器に対する開錠作業予約を受け付け、前記開錠作業予約を行った操作者と、前記装置判別器から前記制御装置を介して受信される、前記操作者識別情報とに基づき整合確認を行うことを特徴とする風力発電システム。
14. 請求項１３に記載の風力発電システムにおいて、
    前記操作対象機器は、前記風力発電装置に設けられるタワー扉又は断路器若しくは遮断器であることを特徴とする風力発電システム。
15. 請求項１１記載の風力発電システムにおいて、
    前記風力発電装置は、予め操作者毎に割り当てられた異なる鍵により開錠及び施錠を可能とする操作対象機器を備え、
    前記操作者識別装置は、前記操作対象機器に設けられ、前記操作対象機器の開錠又は施錠に用いられた鍵に対応する前記操作者識別情報を前記制御装置へ送信することを特徴とする風力発電システム。
16. 請求項１５に記載の風力発電システムにおいて、
    前記操作対象機器は、前記風力発電装置に設けられるタワー扉又は断路器若しくは遮断器であることを特徴とする風力発電システム。
17. 請求項１１記載の風力発電システムにおいて、
    前記操作者識別装置は、前記制御装置にコンソールとして設けられ、
    現地作業終了後に風力発電装置の発電運転を再開する場合に、前記コンソールの表示画面に操作者を特定するための情報の入力を促す操作者選択画面と、操作者選択入力後に操作者にパスワードの入力を促すパスワード入力画面と、認証後に操作者に作業理由又は停止理由の入力を促す作業理由或いは停止理由の選択画面を表示することを特徴とする風力発電システム。

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