JP2020118141A - 風力発電装置のブレード点検システム、風力発電システム、ウィンドファームの遠隔統合監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】雷撃をはじめとするブレードの異常に起因する風力発電装置の運転停止時間を短縮すると共に、ブレードの損傷状況を正確に推定可能な風力発電装置のブレード点検システム、及びそれを用いた風力発電システム、ウィンドファームの遠隔統合監視システムを提供する。【解決手段】ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記ブレードを撮影する撮影手段と、前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、前記情報処理手段の出力データに基づき前記ブレードを監視する監視手段と、を備え、前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、前記監視手段は、前記撮影データを表示する表示部を有することを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電装置のブレード点検システム及びそれを用いた風力発電システム、ウィンドファームの遠隔統合監視システムに関する。

風力発電装置の大型化に伴い、風力発電装置の落雷被害が頻発している。特に最高点を通過するブレードへの落雷は多く報告されており、その対策が必要である。ブレードの落雷対策に関する技術として、例えば、以下に挙げる特許文献に記載される技術が提案されている。

特許文献１には、ブレード本体の先端若しくは先端近傍にレセプタ（ブレード先端部材）を設置すると共に、このレセプタと接続されたダウンコンダクタ（避雷導線）をブレード本体の内部に配線することで、ブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止し得る技術が開示されている。

また、特許文献２には、雷の発生を検知又は予知するための雷センサを備え、雷センサの出力信号に基づいて風力発電装置の運転モードを定格回転数よりもロータ回転数が低い耐雷モードに切り替えることで、雷発生時におけるブレードの損傷を低減し得る技術が開示されている。

また、特許文献３には、ビデオカメラ（撮像装置）と雷撃パラメータを取得するための電流センサを備え、電流センサの出力が予め設定された閾値を超えたとき、その前後の期間に撮影された撮像データを外部端末に送信することで、ブレードの損傷状態を推定し得る技術が開示されている。

特開２００５−１１３７３５号公報 特開２０１８−１２７９８６号公報 国際公開第２０１４／０２４３０３号

Anna Candela Garolera, et.al., "Lightning Damage to Wind Turbine Blades From Wind Farms in the U.S.", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.31, No.3, pp.1043-1049, June 2016.

上記特許文献１に記載の方法は、レセプタに誘雷することでブレード本体への雷撃確率を低減する効果が期待できるが、それでも尚、レセプタを外してブレード本体の非導電体部分に着雷し、ブレードが損傷する事例が相次いでいる。そこで、風力発電事業者は落雷検出装置を設置し、風力発電装置への雷撃を検出した場合には風力発電装置の運転を停止すると共に、担当者を現地に派遣して目視でブレードを点検する措置を講じている。しかしながら、この方法によれば、発電できるにも関わらず風力発電装置の運転を停止しなければならないため、設備利用率が悪化する。

また、上記特許文献２に記載の方法は、ブレードへの雷撃が発生する前に風力発電装置の運転を停止又はロータ回転速度を低くするものである。風力発電装置への雷撃の有無に関わらず発電機会を失うことになるほか、ブレードへの雷撃を完全に回避することはできない。

また、上記特許文献３に記載の方法は、ブレードへの雷撃位置を事前に予測することは困難であるため、ビデオカメラはブレードの大部分を撮影しなければならない。落雷痕は小さいもので１ｃｍ程度であり、ブレードの大部分を撮影した画像又は動画から１ｃｍ程度の落雷痕を発見し、それが修理を要する損傷であるかを推定することは困難である。

このように、特許文献１乃至特許文献３に記載される技術では、未だ風力発電装置のブレードへの雷撃に対する有効な対策を実現できていない。

そこで、本発明の目的は、雷撃をはじめとするブレードの異常に起因する風力発電装置の運転停止時間を短縮すると共に、ブレードの損傷状況を正確に推定可能な風力発電装置のブレード点検システム、及びそれを用いた風力発電システム、ウィンドファームの遠隔統合監視システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記ブレードを撮影する撮影手段と、前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、前記情報処理手段の出力データに基づき前記ブレードを監視する監視手段と、を備え、前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、前記監視手段は、前記撮影データを表示する表示部を有することを特徴とする。

また、本発明は、複数のブレードを有し、風を受けて回転するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、前記ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記ブレードを撮影する撮影手段と、前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、前記情報処理手段の出力データに基づき前記ブレードを監視する監視手段と、を備え、前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、前記監視手段は、前記撮影データを表示する表示部を有することを特徴とする。

また、本発明は、複数のブレード点検システムと統合監視手段と、を備える遠隔統合監視システムであって、前記ブレード点検システムは、ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記ブレードを撮影する撮影手段と、前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、を備え、前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記統合監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、前記統合監視手段は、前記撮影データおよび前記撮影データが撮影された位置情報をそれぞれ表示することを特徴とする。

本発明によれば、雷撃をはじめとするブレードの異常に起因する風力発電装置の運転停止時間を短縮すると共に、ブレードの損傷状況を正確に推定可能な風力発電装置のブレード点検システム、及びそれを用いた風力発電システム、ウィンドファームの遠隔統合監視システムを提供することができる。

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。

本発明の実施例１に係るブレード点検システム及び風力発電システムの全体概略構成図である。 本発明の実施例１に係るブレード点検システムの機能を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るブレード点検システムの監視手段の機能を示す図である。 本発明の実施例２に係るブレード点検システム及び風力発電システムの全体概略構成図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例１を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例２を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例３を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例４を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例５を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例６を示す図である。 図４に示すブレード点検システム及び風力発電システムの変形例７を示す図である。 本発明の実施例３に係るブレード点検システムの機能を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係るブレード点検システムの監視手段の機能を示す図である。 本発明の実施例４に係るブレード点検方法を示すフローチャートである。 図１４に示すブレード点検方法の変形例を示す図である。 本発明の実施例５に係るブレード点検システム及び遠隔統合監視システムの全体概略構成図である。 本発明の実施例５に係る遠隔統合監視システムの統合監視手段の機能を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

≪基本構成≫
図１から図３を参照して、本発明の実施例１のブレード点検システム及びブレード点検方法について説明する。図１は、本実施例のブレード点検システム及び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５０は、地上又は洋上に設置された基礎５、基礎５の上に設置されたタワー４、タワー４の頂部に取り付けられたナセル３、及び、ナセル３の内部の主軸（図示せず）に取り付けられたハブ２とハブ２に取り付けられた複数のブレード１とで構成される回転可能なロータを備えている。

主軸には増速機（図示せず）を介して発電機（図示せず）が連結されており、ロータの回転力（回転）が増速機を介して発電機に伝達するよう構成されている。ブレード１が風を受けることでロータが回転し、ロータの回転力で発電機を回転させて電力を発生させている。ブレード１は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の外皮（以下、外表面と称する場合もある）と、この外皮の内側に配置される主桁（図示せず）とを備えて構成される。

また、図示しないが、ナセル３上には風向や風速を計測する風向風速センサが設置されており、発電機（図示せず）内には、回転速度を検出するための回転速度センサや、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサなども設置されている。

風力発電システム５０は、個々のブレード１毎に、風に対するブレード１の角度（ピッチ角）を調整するピッチ角調整装置（図示せず）を備えている。ピッチ角調整装置がブレード１のピッチ角を変更することによりブレード１の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータの回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。

また、ナセル３の向きはヨー角と称され、風力発電システム５０は、このナセル３の向き、すなわち、ロータの回転面の向きを制御するヨー角調整装置（図示せず）を備えている。

風力発電システム５０は、上記した構成に加えてブレード点検システム５１を備えている。ブレード点検システム５１は、少なくとも落雷検出手段１２、撮影手段１３を含んで構成される。

落雷検出手段１２は、タワー４の根元付近に設置されている。これにより、落雷検出手段１２への接近と設置が容易となる。撮影手段１３は、基礎５の上に設置されている。このようにすることで、撮影手段１３への接近と設置が容易となる。撮影手段１３は、基礎５の上に設置された支持具１０に設置してもよい。支持具１０を用いることで、撮影手段１３の設置が更に容易となるほか、ブレード１により近い位置に撮影手段１３を設置することができるため、より鮮明な画像又は動画を撮影することができる。撮影手段１３は、金属の筐体（収納箱）に格納されているとよい。このようにすることで、落雷に伴う電磁パルスから撮影手段１３を保護することができる。

図２は、ブレード点検システム５１の機能を概略的に示すブロック図である。ブレード点検システム５１は、落雷検出手段１２、撮影手段１３に加えて、情報処理手段１４、監視手段１５を含んで構成される。情報処理手段１４は、少なくともデータバス２０、データ送受信部２１、参照データ保持部２２、撮影データ保持部２３、撮影要否判断部２４を含んで構成される。

情報処理手段１４は、例えばコンピュータやマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）・メモリ・インタフェースなどを有する。このメモリには、ソフトウェアプログラムが記憶される。データ送受信部２１はアナログ入出力ポート，デジタル入出力ポートの何れか又は全部を含んで構成される。

落雷検出手段１２は、落雷を検出すると異常検出信号を出力する。データ送受信部２１が異常検出信号を受信すると、撮影要否判断部２４は撮影要と判断し、撮影手段１３がブレードの撮影を実施（開始）する。参照データ保持部２２には、通常時のブレードの参照データが保持されている。ここで「通常時」とは、異常検出信号が出力される前の任意の時点を指す。

撮影手段１３によって撮影された撮影データは、撮影データ保持部２３に保持される。参照データ保持部２２、撮影データ保持部２３にそれぞれ保持されている参照データ、撮影データは、データ送受信部２１から監視手段１５に送信される。

図３は、本実施例の監視手段１５の機能を概略的に示す図である。監視手段１５は、少なくとも、ブレード状況表示部１６を備えている。ブレード状況表示部１６は、少なくとも撮影データ３２を表示する。監視手段１５は、風力発電システム５０と地理的に離れた位置に設置される。監視手段１５は、有線及び／又は無線による通信機能を有しており、この通信機能を介してブレード点検システム５１を構成する他の機能とデータの送受信を実施する。

監視手段１５がこのように構成されることで、担当者は監視手段１５を通して被雷後のブレード１の状態を視覚的に確認できる。例えば、撮影データ３２に落雷痕６がある場合には、担当者は異常ありと判断できる。また、担当者は点検のために風力発電システム５０が設置されている場所に赴く必要がなくなる。これにより、風力発電装置の運転停止時間を短縮することができ、設備利用率の向上が図れる。

ブレード状況表示部１６は、より好適には、撮影データ３２と共に参照データ３１を表示する。このようにすることで、担当者は、被雷前のブレード１の状態と、被雷後のブレード１の状態とを視覚的に比較できる。例えば、参照データ３１、撮影データ３２の両方に目立った差異がない場合には、担当者は異常なしと判断でき、撮影データ３２に新たな落雷痕６があり、参照データ３１にそれがない場合には、担当者は異常ありと判断できる。これにより、担当者はより正確に異常の有無を判定することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、雷撃によるブレードの異常に起因する風力発電装置の運転停止時間を短縮すると共に、ブレードの損傷状況を正確に推定可能な風力発電装置のブレード点検システム、及びそれを用いた風力発電システムを提供することができる。

なお、上記ではブレードの異常として落雷を例に説明したが、落雷以外のブレードの異常にも対応できる。例えば、上記した落雷検出手段は振動検出手段、ひずみ検出手段、騒音検出手段、温度検出手段などに置き換え可能であり、これにより、ブレードの過振動、過ひずみ、騒音の増加、温度の上昇といったブレードの異常が発生した際にも、風力発電装置の運転停止時間の拡大を抑制すると共に、ブレードの損傷状況を正確に推定することができる。

≪落雷検出手段・撮影手段の設置位置・仕様≫
図４から図１１を参照して、本発明の実施例２のブレード点検システム及びブレード点検方法について説明する。図４は、本実施例のブレード点検システム及び風力発電システムの全体概略構成図である。実施例１（図１）と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施例では、撮影手段１３は、支持具１０を用いてタワー４に設置されている。より具体的には、支持具１０をタワー４から突出するようにタワー４の外面に設置し、支持具１０の上に撮影手段１３を設置する。このようにすることで、基礎５の上に撮影手段１３を設置するよりも、ブレード１の先端部に近い位置に撮影手段１３を設置することができる。また、撮影手段１３は、支持具１０の上に置いて固定すれば良いので、設置が容易である。この方法は、高い高度の良好な風速の風を捕集する目的でタワー４の長手方向の長さを長く設計したハイタワー型の風力発電システムに特に好適である。

落雷検出手段１２は、広い周波数帯域の電流を検出することができるロゴスキーコイルや電流トランス（CT）で構成してもよい。雷電流は高周波成分を含んでおり、落雷検出手段１２をロゴスキーコイルやCTで構成することで、雷電流を高精度に検出できる。これにより、高精度に雷電流の瞬時値データを取得できる。

なお、落雷検出手段１２は、磁界コイルで構成しても良い。磁界コイルの周波数帯域はロゴスキーコイルには劣るが、ロゴスキーコイルに比べて安価に落雷検出手段１２を構成することができる。

撮影手段１３は、少なくともブレード１の先端部を含み、先端部から根元までを撮影可能範囲とすることが好適である。より好ましくは、撮影手段１３はズーム機能を有し、ブレード１の先端部からブレード１の長手方向にかけての１０ｍの範囲をズームして撮影することが好適である。

非特許文献１には、５０８基の風力発電装置が設置されたウィンドファームを対象とし、約５年間の落雷観測を行った結果が開示されている。落雷観測の結果は、３０４回の雷被害事例のうち３０１回がブレードの先端から１０ｍの範囲で発生していることが開示されている。従って、少なくともブレード１の先端部から長手方向にかけて１０ｍの範囲を撮影することで、ブレード１への雷撃のほぼ全てを撮影できると見做すことができる。撮影手段１３はズーム機能を駆使してブレード１を撮影すれば、損傷が疑われる部分のより鮮明な画像又は動画を取得することができる。

≪変形例１≫
図５は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例１を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図５の撮影手段１３は、バンド状の支持具１１によりタワー４に設置されている。このようにすることで、基礎５の上に撮影手段１３を設置するよりも、ブレード１の先端部に近い位置に撮影手段１３を設置することができる。また、支持具１１をバンド状とすることで、タワー４へのボルト締結が不要となり、タワー４の強度を損なうことなく、撮影手段１３を設置することができる。この方法もまた、高い高度の良好な風速の風を捕集する目的でタワー４の長手方向の長さを長く設計したハイタワー型の風力発電システムに特に好適である。

≪変形例２≫
図６は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例２を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図６の撮影手段１３は、ナセル３の上又は側面（外面）に設置されている。また、撮影方向がヨー方向と一致するように撮影手段１３を設置する。このようにすることで、ブレード１が撮影手段１３の画角に収まる確率が高まる。撮影手段１３は、ナセル３の底面に設置してもよい。このようにすることで、撮影手段１３に雷撃が発生する可能性を低減でき、ブレード点検システム５１の長期信頼性を向上することができる。なお、ナセル３の外面に支持部材を設け、その支持部材を介して撮影手段１３を設置してもよい。

≪変形例３≫
図７は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例３を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図７の撮影手段１３は、通常はナセル３の内部に格納されており、撮影要否判断部２４が撮影要と判断した場合には、巻き取り可能なロープ又はワイヤーのような駆動装置（図示せず）によって撮影手段１３が降下する。このようにすることで、落雷がない場合、すなわち通常の運転状態において撮影手段１３はナセル３の内部に格納されており、直接的に外気に触れることはないので、撮影手段１３の故障確率を低減できる。この方法は、塩害が懸念される洋上の風力発電システムに特に好適である。なお、撮影手段１３は、ハブ２の内部，タワー４の内部，ナセル３又はタワー４の外表面に設けられた筐体の内部に格納された場合も、同様の効果を期待できる。

≪変形例４≫
図８は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例４を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図８の撮影手段１３は、ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）、ドローンとも呼ばれる無人航空機（無人飛行機）７に設置されている。撮影要否判断部２４が撮影要と判断した場合には、無人航空機７が所定の位置にある筐体（図示せず）から飛来する。無人航空機７はブレード１の周囲を飛行している間、撮影手段１３はブレード１の各部を撮影する。このようにすることで、撮影手段１３はブレード１の各部への接近が容易となり、大きな倍率を有する望遠レンズや高解像度の半導体撮像素子は不要となる。すなわち、撮影手段１３として安価な撮影装置を適用できる。

また、落雷がない場合、すなわち通常の運転状態においては無人航空機７及び撮影手段１３は所定の位置にある筐体に格納されており、直接的に外気に触れることはないので、無人航空機７及び撮影手段１３の故障確率を低減できる。この方法は、塩害が懸念される洋上の風力発電システムに特に好適である。更に、１台の無人航空機７を用いて、複数の風力発電システム５０の監視が可能となることから、ウィンドファームを構成する風力発電システムに特に好適である。

≪変形例５≫
図９は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例５を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図９の撮影手段１３は、可動アーム８の先端部に設置されている。撮影要否判断部２４が撮影要と判断した場合には、撮影手段１３がブレード１に接近するように可動アーム８が作動する。このようにすることで、ブレード１の各部への接近が容易となり、大きな倍率を有する望遠レンズや高解像度の半導体撮像素子は不要となる。

また、可動アーム８を用いることで、無人航空機７が飛行できないような強風下においても、ブレード１の撮影が可能となる。このように、この方法は、強風が想定される地域に設置された風力発電システムに特に好適である。

≪変形例６≫
図１０は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例６を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

タワー４には窓９Ａを有する扉９が設置されている。作業者は扉９を開閉してタワー４の中へと入ることができる。ブレード１が風圧を受けるとタワー４の各部に荷重が発生するため、タワー４は相応の強度を有する必要がある。そこで、窓９Ａはタワー４の強度の低下を回避するため、タワー４の側面ではなく、扉９に設置されている。

そして、撮影手段１３は、タワー４の中の窓９Ａ越しに外の様子を撮影できる位置に設置されている。このようにすることで、撮影手段１３は直接的に外気に触れる機会は減少するので、撮影手段１３の故障確率を低減できる。また、作業者は撮影手段１３に接近しやすく、撮影手段１３のメンテナンスをしやすくなる。

≪変形例７≫
図１１は、図４のブレード点検システム及び風力発電システムの変形例７を示している。図４と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１１のブレード１は、落雷を誘導する目的で先端部に金属のレセプタ６５と、雷電流を適切に処理する目的でレセプタ６５と電気的に接続されたダウンコンダクタ６６を有する。落雷検出手段１２は、ダウンコンダクタ６６を流れる電流を計測するため、ダウンコンダクタ６６の周囲に設置される。このようにすることで、どのブレードに着雷したかを判別できる。例えば落雷検出装置１２Ａが落雷を検出した場合、ブレード１Ａが被雷したと判断できる。このようにすることで、撮影手段１３はブレード１Ａだけを撮影すればよくなり、風力発電装置の運転停止時間を更に短縮することができる。

なお、上記では落雷検出手段１２は電流を検出することを想定しているが、落雷に伴う他の物理変化を検出してもよい。他の物理変化とは、例えば明るさ（光）や音波、超音波、振動、温度、オゾンガス濃度などの変化が挙げられるが、この限りではない。また、落雷検出手段１２は、異なる物理量を検出する複数の装置で構成してもよい。このようにすることで、落雷の検出精度を高められるほか、落雷の強度や落雷の位置を推定することが可能となる。

≪追加の機能≫
図１２及び図１３を参照して、本発明の実施例３のブレード点検システム及びブレード点検方法について説明する。図１２は、本実施例のブレード点検システム５１の機能を概略的に示すブロック図である。図２と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施例のブレード点検システム５１は、図２の構成要素に加え、画像解析部２８、損傷程度推定部２９、参照データ更新部２２Ａ、運転停止部３０、投光手段２５を含んで構成される。

本実施例のブレード点検システム５１の動作を図１２を用いて説明する。実施例１において、図２を用いて既に説明した機能については、その説明を省略する。

画像解析部２８は、参照データ保持部２２、撮影データ保持部２３にそれぞれ保持されている参照データ、撮影データを比較し、損傷の可能性が高い部分を強調表示する処理を実施する。また、画像解析部２８は、損傷程度推定部２９が損傷程度を推定するために必要な解析情報を作成する。

損傷程度推定部２９は、蓄積された損傷情報と画像解析部２８の解析情報をもとにブレードの損傷程度を推定する。更に損傷程度推定部２９は、蓄積された損傷レベル情報と推定した損傷程度をもとに、緊急に修理（損傷レベル３）、次回点検時に修理（損傷レベル２）、経過観察（損傷レベル１）、修理不要（損傷レベル０）という具合に、ブレードの修理の要否を複数の損傷レベルから選択して判別する。

参照データ保持部２２、撮影データ保持部２３にそれぞれ保持されている参照データ及び撮影データ、画像解析部２８、損傷程度推定部２９によってそれぞれ処理された画像解析情報及び損傷程度情報の一部又は全部は、データ送受信部２１を介して監視手段１５に送信される。

つまり、情報処理手段１４は、撮影データ３２と参照データ３１との差異を解析して差異情報を作成する画像解析部２８を有しており、監視手段１５のブレード状況表示部１６に差異情報を更に表示する。また、差異情報を解析して損傷程度情報を作成する損傷程度推定部２９を有しており、ブレード状況表示部１６に損傷程度情報を更に表示する。

運転停止部３０は、損傷程度推定部２９が緊急に修理すべき（損傷レベル３）と判別した場合、風力発電システム５０の運転を停止する。風力発電システム５０の運転を制御する風力発電制御システム５２が、風力発電システム５０の運転を停止できる機能を有している場合は、運転停止部３０は風力発電制御システム５２に運転停止信号を送信しても良い。このようにすることで、ブレードに損傷があるのに気づかずに運転を継続し、損傷が拡大することを防ぐことができる。

参照データ更新部２２Ａは、前回参照データを更新してから所定の期間が経過したとき、参照データ更新信号を撮影要否判断部２４に送信する。撮影要否判断部２４は、参照データ更新信号を受信すると、撮影要と判断し、撮影手段１３がブレードの撮影を実施する。

つまり、情報処理手段１４は、参照データ更新部２２Ａを有し、監視手段１５は、参照データ更新信号を出力する操作部１７を有し、風力発電装置が所定の運転期間経過した時、または、データ送受信部２１が操作部１７から参照データ更新信号を受信した時、撮影要否判断部２４は撮影要と判断し、撮影手段１３が、ブレード１の撮影を開始し、参照データ保持部２２は、撮影手段１３の撮影データを参照データとして保持する。

撮影手段１３により撮影されたデータは、参照データ保持部２２に保持される。参照データ保持部２２は、複数の参照データを保持しても良く、参照データ保持部２２が複数の参照データを保持している場合には、画像解析部２８は撮影データ保持部２３に保持されている撮影データを複数の参照データと比較できるため、より高度な（精度の高い）画像解析が可能となる。

参照データ更新部２２Ａは、撮影データ保持部２３が保持している撮影データを、参照データ保持部２２に移動してもよい。このようにすることで、前回落雷時の撮影データは参照データ保持部２２に自動的に保持される。これにより、参照データを更新するためだけに撮影する必要がなくなる。

落雷は夕方から夜間にかけて発生する場合もある。このような時間帯に落雷が発生した場合、夜が明けるまでブレードを点検することは困難である。そこで、ブレード点検システム５１は、投光手段２５を有する。投光手段２５は、撮影要否判断部２４が撮影要と判断し、そのときの時刻が夕方から明朝にかけての時間帯である場合、照明装置によりブレード１に投光する。

また、投光手段２５は、画像解析部２８が撮影データを解析し、視認性が悪いと判断した場合も、ブレード１に投光するとよい。これにより、夜間や日中の視認性の悪いときでもブレード１を点検できるため、風力発電装置の運転停止時間を更に短縮することができる。

図１３は、本実施例の監視手段１５の機能を概略的に示す図である。図３と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

撮影データ３２は、画像解析部２８が損傷の可能性が高いと判断した部分を示す強調表示部分３３を含む。これにより、ブレード状況表示部１６を見る担当者がブレード１の異常を見落とす可能性を低減できる。

また、ブレード状況表示部１６は、損傷程度推定部２９が出力した損傷程度３４を表示する。これにより、参照データ３１、撮影データ３２、強調表示部分３３だけでは判別が難しいような場合に、担当者によるブレード１の異常有無の判別を補助できる。

更に、ブレード状況表示部１６は、損傷程度推定部２９が出力した損傷レベル３５を表示する。これにより、担当者は、ブレード１の異常有無及び修理の要否を瞬時に判断できる。

監視手段１５は、ブレード状況表示部１６に加えて、参照データ更新ボタン３６、運転操作ボタン３７を有する操作部１７を有する。担当者が参照データ更新ボタン３６を押した場合、参照データ更新信号がデータ送受信部２１を介して撮影要否判断部２４に送信される。これにより、担当者は、ブレードを更新した後やブレードを補修した後など、任意のタイミングで、参照データ３１を更新できる。

また、担当者は、運転操作ボタン３７を押下することで、風力発電システム５０から離れた位置にいながら、風力発電システム５０の運転を停止及び／又は再開することができる。これにより、運転停止部３０は風力発電システム５０の運転を停止すべきと判断していないが、担当者が運転を停止すべきと判断したとき、担当者は監視手段１５により風力発電システム５０の運転を停止できる。

また、運転停止部３０が風力発電システム５０の運転を停止すべきと判断し、風力発電システム５０の運転が自動的に停止されたあと、担当者が異常なしと判断して運転を再開すべきと判断したとき、担当者は監視手段１５により風力発電システム５０の運転を再開できる。

以上説明したように、本実施例によれば、ブレードの損傷状況に応じて自動又は手動にて風力発電システムの運転を停止又は再開できるブレード点検システム及び風力発電システムを提供することができる。

≪落雷検出装置の詳細≫
図１４及び図１５を参照して、本発明の実施例４のブレード点検システム及びブレード点検方法について説明する。図１４は、本実施例の落雷の検出から撮影要と判断されるまでのブレード点検方法を示すフローチャートである。

ブレード点検システム５１が起動すると、図１４に示すフローチャートが開始される。ステップＳ２１において、落雷検出手段１２は落雷の発生を検知する。ステップＳ２２において、落雷検出手段１２は雷電流の瞬時値データを取得する。ステップＳ２３において、落雷検出手段１２は、雷電流の瞬時値データを出力する。

ステップＳ２４において、撮影要否判断部２４は、雷電流の瞬時値データから雷のエネルギーの指標と見做すことが可能なピーク電流、電荷量、比エネルギーのいずれか又は全部を計算する。撮影要否判断部２４は、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で計算した各種パラメータを所定の閾値と比較し，各種パラメータが所定の閾値より大きいと判断したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２６の処理を行い、各種パラメータが所定の閾値以下と判断したならば（Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理に戻る。ステップＳ２６において、撮影要否判断部２４は、撮影要と判断し、図１４の処理を終了する。

本実施例によれば、ピーク電流、電荷量、比エネルギーが小さいとき、すなわち雷のエネルギーが小さく、ブレードに損傷が発生しないことが予想される場合には、ブレードの撮影を回避できる。これにより、雷撃に伴う風力発電装置の運転停止時間を更に短縮できる。

≪変形例≫
図１５は、図１４のフローチャート（ブレード点検方法）の変形例を示している。ブレード点検システム５１が起動すると、図１５に示すフローチャートが開始される。ステップＳ３１において、落雷検出手段１２は落雷の発生を検知する。ステップＳ３２において、落雷検出手段１２は雷電流の瞬時値データを取得する。ステップＳ３３において、落雷検出手段１２は、雷電流の瞬時値データから雷のエネルギーの指標と見做すことが可能なピーク電流、電荷量、比エネルギーのいずれか又は全部を計算する。

落雷検出手段１２は、ステップＳ３４において、ステップＳ３３で計算した各種パラメータを所定の閾値と比較し、各種パラメータが所定の閾値より大きいと判断したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３５の処理を行い、各種パラメータが所定の閾値以下と判断したならば（Ｎｏ）、ステップＳ３１の処理に戻る。ステップＳ３５において、落雷検出手段１２は、異常発生信号を出力する。ステップＳ３６において、撮影要否判断部２４は、異常発生信号の受信をもって撮影要と判断し、図１５の処理を終了する。

図１４に示したフローチャートでは、落雷検出手段１２は雷電流の瞬時値データを取得できるが、パラメータを計算し、閾値と比較することはできない例が示されている。これに対して、図１５に示したフローチャートでは、落雷検出手段１２は雷電流の瞬時値データの取得し、パラメータの計算及び閾値との比較を実施できる例が示されている。

上述の通り、落雷検出手段１２の機能に応じて撮影要否判断部２４の機能を変更することで、既設の落雷検出装置を本発明の落雷検出手段１２として用いることができる。

≪遠隔統合監視システム≫
図１６及び図１７を参照して、本発明の実施例５のウィンドファームの遠隔統合監視システムについて説明する。図１６は、本実施例の遠隔統合監視システムの全体概略構成図である。遠隔統合監視システム５３は、複数のブレード点検システム５１、統合監視手段５４とで構成される。ブレード点検システム５１は、少なくとも撮影データ３２を統合監視手段５４に送信し、より好適には、更に参照データ３１、損傷程度３４、損傷レベル３５を送信する。

図１７は、統合監視手段５４の概略構成図である。図１３と同様の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

統合監視手段５４は、ブレード状況表示部１６、風力発電所一覧表示部１８、操作部１７を含んで構成される。ブレード状況表示部１６は、少なくとも撮影データ３２を表示し、より好適には、参照データ３１、損傷程度３４、損傷レベル３５を含んで構成される。操作部１７は、参照データ更新ボタン３６、運転操作ボタン３７を含んで構成される。

風力発電所一覧表示部１８は、複数の風力発電所５５の位置を特定可能な情報を表示する。ここで「位置を特定可能な情報」とは、例えば緯度や経度、地名、風力発電所名などである。

風力発電所一覧表示部１８は、異常が発生した風力発電所５５を異常発生風力発電所１９として表示する機能を有する。風力発電所５５が複数の風力発電システム５０で構成されている場合は、風力発電所一覧表示部１８は異常発生風力発電所１９を表示するとともに、「１号機」、「２号機」のように、どの風力発電システム５０に異常が発生したかを表示することもできる。

つまり、本実施例の遠隔統合監視システム５３は、複数のブレード点検システム５１と統合監視手段５４を備えており、ブレード点検システム５１の各々は、ブレード１の異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段（落雷検出手段１２）と、ブレード１を撮影する撮影手段１３と、異常検出信号を処理する情報処理手段１４を備え、情報処理手段１４は、異常検出手段（落雷検出手段１２）および統合監視手段５４との間でデータを送受信するデータ送受信部２１と、撮影手段１３の撮影データを保持する撮影データ保持部２３と、ブレード１の撮影要否を判断する撮影要否判断部２４と、を有し、統合監視手段５４は、撮影データおよび撮影データが撮影された位置情報をそれぞれ表示する。

以上説明したように、本実施例によれば、雷撃に伴う風力発電装置の運転停止時間を短縮すると共に、雷撃によるブレードの損傷状況を正確に推定可能な風力発電装置のブレード点検システム及びウィンドファームの遠隔統合監視システムを提供することができる。

なお、本発明は上記した実施形態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形態は、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、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、処理部などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に置くことができる。

また、各実施形態において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

なお、本発明は以下の付記１から付記８に記載の特徴も有している。

［付記１］
監視手段１５は、撮影手段１３から離れた位置に設置されている。

［付記２］
異常検出手段は、落雷を検出する落雷検出手段１２である。

［付記３］
撮影手段１３は、ブレード１の先端部を拡大して撮影する。

［付記４］
撮影手段１３は、ブレード１の先端部から長手方向にかけての１０ｍの範囲を拡大して撮影する。

［付記５］
撮影手段１３は、金属の筐体に収納されている。

［付記６］
撮影手段１３は、通常時は所定の待機位置に配置されており、
前記所定の待機位置は、ナセル３の内部、タワー４の内部、前記ナセル３または前記タワー４に設置された収納箱である。

［付記７］
情報処理手段１４は、運転停止部３０を有し、
監視手段１５の操作部１７は運転停止指令信号を出力する手段を更に備え、
前記運転停止部３０は、データ送受信部２１を介して前記監視手段１５の前記操作部１７から前記運転停止指令信号を受信すると、運転停止信号を出力し、
前記データ送受信部２１は、前記運転停止信号を風力発電運転制御システム５２に送信する。

［付記８］
運転停止部３０は、損傷程度情報３４をもとに運転を停止すべきと判断した時、運転停止信号を出力し、データ送受信部２１は、前記運転停止信号を風力発電運転制御システム５２に送信する。

１，１Ａ…ブレード
２…ハブ
３…ナセル
４…タワー
５…基礎
６…落雷痕
７…無人航空機（無人飛行機）
８…可動アーム
９…扉
９Ａ…窓
１０…支持具
１１…（バンド状の）支持具
１２，１２Ａ…落雷検出手段
１３…撮影手段
１４…情報処理手段
１５…監視手段
１６…ブレード状況表示部
１７…操作部
１８…風力発電所一覧表示部
１９…異常発生風力発電所
２０…データバス
２１…データ送受信部
２２…参照データ保持部
２２Ａ…参照データ更新部
２３…撮影データ保持部
２４…撮影要否判断部
２５…投光手段
２８…画像解析部
２９…損傷程度推定部
３０…運転停止部
３１…参照データ
３２…撮影データ
３３…強調表示部分
３４…損傷程度（情報）
３５…損傷レベル
３６…参照データ更新ボタン
３７…運転操作ボタン
５０…風力発電システム
５１…ブレード点検システム
５２…風力発電制御システム
５３…遠隔統合監視システム
５４…統合監視手段
５５…風力発電所
６５…レセプタ
６６…ダウンコンダクタ

Claims (15)

1. ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、
   前記ブレードを撮影する撮影手段と、
   前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、
   前記情報処理手段の出力データに基づき前記ブレードを監視する監視手段と、を備え、
   前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、
   前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、
   前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、
   前記監視手段は、前記撮影データを表示する表示部を有することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
2. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記データ送受信部が異常検出信号を受信し、前記撮影要否判断部が撮影要と判断した場合、前記撮影手段は、前記ブレードの撮影を開始することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
3. 請求項２に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記情報処理手段は、前記ブレードの通常時の様子を示す参照データを保持する参照データ保持部を有し、
   前記表示部は、前記参照データを更に表示することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
4. 請求項３に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記情報処理手段は、参照データ更新部を有し、
   前記監視手段は、参照データ更新信号を出力する操作部を有し、
   前記風力発電装置が所定の運転期間経過した時、または、前記データ送受信部が前記操作部から前記参照データ更新信号を受信した時、前記撮影要否判断部は撮影要と判断し、
   前記撮影手段が、前記ブレードの撮影を開始し、
   前記参照データ保持部は、前記撮影手段の撮影データを参照データとして保持することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
5. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記異常検出手段は、前記風力発電装置のタワーの根元付近または前記ブレードの内部に設置されたダウンコンダクタの周囲に設置されることを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
6. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記異常検出手段は、磁界コイル、ロゴスキーコイル、電流トランスのいずれかであることを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
7. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記異常検出手段が雷電流の瞬時値データを出力し、前記データ送受信部が前記雷電流の瞬時値データを受信した場合、
   前記撮影要否判断部は、前記雷電流の瞬時値データからピーク電流、電荷量、比エネルギーのうち少なくとも１つを計算すると共に、前記ピーク電流、前記電荷量、前記比エネルギーのうち少なくとも１つが所定の閾値を超えた場合、撮影要と判断し、前記撮影手段が前記ブレードの撮影を開始することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
8. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記撮影手段は、前記風力発電装置の基礎またはタワーの外面に設置された支持部材、前記風力発電装置のナセルの外面に設置された支持部材のいずれかに支持されていることを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
9. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
   前記撮影手段は、通常時は所定の待機位置に配置され、
   前記撮影要否判断部が撮影要と判断した時、前記撮影手段は所定の移動手段により前記所定の待機位置から前記ブレードの先端部近傍に接近することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
10. 請求項９に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
    前記所定の移動手段は、無人飛行機、前記風力発電装置に設置された可動式アーム、巻取り可能なロープまたはワイヤーのいずれかであることを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
11. 請求項１に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
    前記ブレードに投光する投光手段を備え、
    前記撮影要否判断部が撮影要と判断した時、前記投光手段は前記ブレードに投光することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
12. 請求項３に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
    前記情報処理手段は、前記撮影データと前記参照データとの差異を解析して差異情報を作成する画像解析部を有し、
    前記表示部は、前記差異情報を更に表示することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
13. 請求項１２に記載の風力発電装置のブレード点検システムであって、
    前記情報処理手段は、前記差異情報を解析して損傷程度情報を作成する損傷程度推定部を有し、
    前記表示部は、前記損傷程度情報を更に表示することを特徴とする風力発電装置のブレード点検システム。
14. 複数のブレードを有し、風を受けて回転するロータと、
    前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、
    前記ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、
    前記ブレードを撮影する撮影手段と、
    前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、
    前記情報処理手段の出力データに基づき前記ブレードを監視する監視手段と、を備え、
    前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、
    前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、
    前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、
    前記監視手段は、前記撮影データを表示する表示部を有することを特徴とする風力発電システム。
15. 複数のブレード点検システムと統合監視手段と、を備えるウィンドファームの遠隔統合監視システムであって、
    前記ブレード点検システムは、
    ブレードの異常検出時に異常検出信号を出力する異常検出手段と、
    前記ブレードを撮影する撮影手段と、
    前記異常検出信号を処理する情報処理手段と、を備え、
    前記情報処理手段は、前記異常検出手段および前記統合監視手段との間でデータを送受信するデータ送受信部と、
    前記撮影手段の撮影データを保持する撮影データ保持部と、
    前記ブレードの撮影要否を判断する撮影要否判断部と、を有し、
    前記統合監視手段は、前記撮影データおよび前記撮影データが撮影された位置情報をそれぞれ表示することを特徴とするウィンドファームの遠隔統合監視システム。

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