JP5614765B2 - 風力発電装置の状態監視システム及び状態監視方法 - Google Patents

Description

本開示は、風力発電装置の状態監視システム及び状態監視方法に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、再生エネルギーとしての風を利用して発電を行う風力発電装置の普及が進んでいる。特に、発電効率の点で有利とされる大型の風力発電装置は急激に開発が進められており、ロータ直径が百数十ｍを超える巨大な風力発電装置も実用化されつつある。

ロータ直径が大きな風力発電装置では、ロータの回転に伴って風車翼の先端が地表から大きく離れた位置（高所）を通過するため、風車翼が雷撃を受け易い。このため、風車翼に対する雷撃の監視が行われている。

例えば、特許文献１に記載された雷撃電流監視装置は、計測装置及びロゴウスキーコイルを有する。ロゴウスキーコイルは、風力発電設備のタワーの根元部に配置される。計測装置は、ロゴウスキーコイルからの誘起電流を取り込んで波高値、波形又は電荷量という雷撃データを生成する。計測装置は、トリガ機能を有しており、所定値を超える電流が入力された場合に波形計測を開始する。

計測装置が落雷データを取得した場合、風力発電設備を表す設備特定データを付加した落雷データとし、落雷データを遠隔用監視コンピュータに送信することができる。これにより、遠隔用監視コンピュータにて、どの風力発電設備に落雷があったかを検知することができ、また、高精度にて落雷電流の値を検知することができるとされている。

また、特許文献１は、ブレードを接地するブレード接地線のそれぞれにセンサとしてのロゴウスキーコイルを装着し、ブレード別に雷撃監視することを開示している。
この場合、検出装置が、雷撃によりセンサに生じた誘起電流を取り込み、落雷があったことを示すための検出データ、又は、落雷があったブレードを流れた落雷電流の値を示す検出データを生成する。落雷があったことを示すための検出データは、誘起電流の値が予め設定された閾値よりも大きいときに生成される。落雷電流の値を示す検出データは、誘起電流の値に基づいて、予め登録された算出式により演算で求められる。

一方、特許文献２が開示する風力発電の監視システムは、風力発電装置の運転状況を把握するためのビデオカメラ及びＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ
Ｄａｔａ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）要素を有する。運転状況は、例えば、雷撃によるブレードの損傷に関するものであってもよい。
ビデオカメラ及びＳＣＡＤＡ要素によって取得されたビデオデータ及び数値データは、ビデオ遠隔サーバ及びＳＣＡＤＡ遠隔サーバにそれぞれ格納される。これら遠隔サーバは、ビデオデータ及び数値データを一時的に格納し、特定の日付以前のものを削除してもよい。

数値データは、遠隔制御センタのデータベースのデータポイントに格納され、データポイントは、ビデオデータの属性を含んでいてもよい。遠隔制御センタにおける数値データの解析によって異常が発見され、データポイントがビデオデータの属性を含んでいる場合、異常に関連するビデオデータの部分がビデオ遠隔サーバから読み出され、ユーザに提供される。

また、特許文献３が開示する風力発電装置の監視システムは、音響ピックアップを有し、参照雑音スペクトルと、音響ピックアップによって測定された動作雑音スペクトルとの偏差が閾値を超えると、エラーメッセージがリモートモニターステーションに送られる。参照雑音スペクトルとしては、以前に格納された参照雑音スペクトルを用いることが可能である。

特開２００８−１５３０１０号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１３５７８８号明細書 特表２００４−５２５２９５号公報

特許文献１が開示する雷撃電流監視システムでは、計測装置が、所定値を超える電流が入力された場合に、波形計測を開始する。この構成では、雷撃を受ける直前の波形を計測しないため、雷撃の電流値の正確な大きさを求めることが難しく、雷撃によるブレードの損傷状態を正確に推定することが難しい。

また、特許文献３が開示する風力発電装置の監視システムを雷撃の監視に適用したとしても、以前に格納された参照雑音スペクトルを用いるだけでは、雷撃による動作雑音スペクトルの変化量を正確に評価することが難しく、雷撃によるブレードの損傷状態を正確に推定することが難しい。

一方、特許文献２が開示する監視システムでは、ビデオ遠隔サーバは、格納しているビデオデータのうち、特定の日付以前のものを消去してもよいが、該日付以降のビデオデータを全て格納していなければならない。このため、ビデオ遠隔サーバの記憶装置の容量は大きくなければならず、監視システムが高価になってしまう。

従って、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡単な構成にて、風力発電装置のブレードの雷撃による損傷状態を正確に推定可能な風力発電装置の状態監視システム及び状態監視方法を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の状態監視システムは、少なくとも１本のブレードを有する風力発電装置の状態監視システムであって、前記少なくとも１本のブレードへの雷撃の程度を示す少なくとも一つの雷撃パラメータを取得する雷撃パラメータ取得部と、前記雷撃パラメータを前記雷撃パラメータ取得部から受け取り、第１記録期間内における前記雷撃パラメータに関するデータの上書きを繰り返し、該データを一時的に蓄積する第１バッファと、前記雷撃パラメータが閾値を超えたときに第１トリガ信号を出力する第１トリガ信号出力部と、前記第１トリガ信号に基づいて、前記第１記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記雷撃パラメータに関するデータを前記第１バッファから取得し、該データを格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以前の第１期間に対応した第１データに基づいて、前記雷撃パラメータの基準値を推定する基準値推定部と、前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以降の第２期間に対応した第２データに基づき、前記基準値を考慮して、前記少なくとも１本のブレードの損傷状態を推定する損傷状態推定部とを備える。
ここで、「前記基準値を考慮」するとは、基準値が無視可能な場合において、基準値を用いずに第２データから直接的に損傷状態を推定することが許容されるとの判断を下すことも含む。

この風力発電装置の状態監視システムでは、第１バッファが、第１記録期間毎に上書きを繰り返しながら雷撃パラメータを蓄積しており、雷撃パラメータ取得部によって取得された雷撃パラメータの全てを蓄積していない。このため、第１バッファの容量は小さくてもよく、風力発電装置の状態監視システムの低価格化が図られる。

そして、この風力発電装置の状態監視システムでは、雷撃パラメータが閾値を超えて第１トリガ信号が出力されたときに、記憶部が、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における雷撃パラメータに関するデータを第１バッファから取得して格納し、基準値推定部が、記憶部に記憶されている第１トリガ信号の出力以前の第１期間に対応した第１データに基づいて基準値を推定し、損傷状態推定部が、第１トリガ信号の出力以降の第２期間に対応した第２データに基づいて、基準値を考慮して、ブレードの損傷状態を推定しており、これにより、ブレードの損傷状態を正確に推定することができる。

一実施形態では、前記損傷状態推定部は、前記第２データの前記雷撃パラメータと前記基準値との差に基づいて前記損傷状態を推定する。
この構成によれば、差に基づいて損傷状態を推定することにより、ブレードの損傷状態を正確に推定することができる。

一実施形態では、前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記ブレードを流れる電流を含み、前記損傷状態推定部は、前記雷撃によって前記ブレードに生じた雷電流を前記差から求め、該雷電流の時間積分値を算出し、該時間積分値に基づいて前記損傷状態を推定する。
この構成によれば、雷電流の積分値に基づいて損傷状態を推定することにより、ブレードの損傷状態を推定することができる。この際、第２データの雷撃パラメータと基準値との差から雷電流を求め、該雷電流の積分値を算出することにより、正確な積分値が算出されており、損傷状態を正確に推定することができる。

一実施形態では、前記ブレードを流れる電流の時間積分値と前記ブレードの損傷状態との相関関係を示す相関情報を格納したデータベースを更に備え、前記損傷状態推定部は、前記差から求めた前記雷電流の前記時間積分値を前記データベースに格納された前記相関情報に当てはめて前記損傷状態を推定し、推定された前記損傷状態に基づいて前記風力発電装置の運転可否を判断する。

この構成では、差に基づいて正確に算出された雷電流の積分値を相関情報に当てはめて損傷状態をすることにより、ブレードの損傷状態を正確且つ容易に推定することができる。

一実施形態では、前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記雷撃パラメータ取得部によって各ブレードについて取得され、前記第１バッファは、各ブレードについて前記第１記録期間内における前記データを一時的に蓄積し、前記第１トリガ信号出力部は、前記複数本のブレードのうち、前記雷撃パラメータが閾値を超えたブレードについて前記第１トリガ信号を出力し、前記記憶部は、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記期間内の前記データを前記第１バッファから取得して格納し、前記基準値推定部は、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記第１データに基づいて前記基準値を推定し、前記損傷状態推定部は、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記第１データに基づいて、前記基準値を考慮して、前記第１トリガ信号が出力されたブレードの前記損傷状態を推定する。

この構成では、雷撃パラメータが各ブレードについて取得され、雷撃パラメータが閾値を超えたブレードについて第１トリガ信号が出力されるので、複数本のブレードが有るときでも、雷撃を受けたブレードを特定することができるとともに、その損傷状態を把握することができる。

一実施形態では、前記各ブレードは、該ブレードの先端部から翼根部に向かって翼長方向に延在し、前記雷撃による雷電流を前記先端部から前記翼根部に導く金属層を含み、前記金属層が、前記ブレードの前記翼根部に設けられた放電リングに電気的に接続され、該放電リングが、前記ハブに固定された通電部を介して前記風力発電装置のナセルに電気的に接続され、前記金属層から前記ナセルに至る前記雷電流の電流経路が形成されており、前記雷撃パラメータ取得部は、各ブレードの前記電流経路のうち前記放電リングと前記ナセルとの間の部位における電流を検出する電流センサを含む。

金属層を流れる雷撃電流を直接的に計測することは、ブレードの設計によっては困難な場合があるが、この構成によれば、放電リングとナセルとの間の電流経路の部位における電流を電流センサによって検出することで、各ブレードを流れる雷撃電流を検出することができる。

一実施形態では、前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、前記雷撃の発生時刻、前記複数本のブレードのうち前記雷撃を受けた着雷ブレードの識別情報、前記発生時刻における前記着雷ブレードのアジマス角、前記着雷ブレードに関する前記雷撃パラメータ、前記着雷ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される一つ以上の監視情報を外部端末に送信する通信部を更に備える。

この構成によれば、外部端末が受信した監視情報に基づいて、風力発電装置の状態を的確に把握することができ、もって風力発電装置を適切に運転することができる。

一実施形態では、前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記ブレードにおける雷電流、前記ブレードの内圧、前記ブレードの歪み、前記ブレードの温度、前記ブレード又は前記ブレードを含むロータの振動、前記ブレード又は前記ロータのショックパルス測定信号、及び、前記風力発電装置周辺における音響信号の少なくとも一つを含む。

一実施形態では、前記ブレードに取り付けられ、前記雷撃パラメータとしての前記ブレードの内圧を計測する圧力センサと、前記ブレードの外部の圧力を計測する圧力センサと、前記ブレードの内圧と前記ブレードの外部の圧力の差圧変化を計算する信号処理部とを更に備える。
この構成では、ブレードの内圧と外部の圧力の差圧変化の様子が、ピンホールの有無によって異なることに基づいて、ブレードにおけるピンホールの発生を検知することができる。

一実施形態では、前記雷撃パラメータ取得部は、前記ブレードに取り付けられ、前記雷撃パラメータとしての前記ブレードの歪みを計測する歪みセンサを含む。
この構成では、雷撃パラメータ取得部が歪みセンサを含み、雷撃パラメータとしてのブレードの歪みを計測することができる。

一実施形態では、前記雷撃パラメータ取得部は、前記ブレードに埋め込まれた光ファイバと、前記光ファイバに向けて光を出射する光源と、前記光ファイバに入射した前記光の散乱光又は透過光を検出する光検出部と、前記散乱光又は前記透過光に基づいて前記歪みを算出する歪み算出部とを含む。

この構成では、雷撃パラメータ取得部が、光ファイバ、光検出部及び歪算出部を含み、雷撃パラメータとしてのブレードの歪みを高精度にて計測することができる。

一実施形態では、前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、前記風力発電装置の状態監視システムは、前記複数本のブレードを撮像する撮像装置と、前記複数本のブレードの撮像データを前記撮像装置から受け取り、第２記録期間内における前記撮像データの上書きを繰り返し、該撮像データを一時的に蓄積する第２バッファと、監視情報を外部端末に向けて送信する通信部とを更に備え、前記記憶部は、前記第１トリガ信号に基づいて、前記第２記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記撮像データを前記第２バッファから取得して格納し、前記通信部は、前記監視情報として、前記記憶部に格納された前記撮像データ、前記雷撃の発生時刻、前記発生時刻における前記各ブレードのアジマス角、前記雷撃パラメータ、前記雷撃パラメータに基づいて推定される前記ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される１つ以上を、前記外部端末に向けて送信する。

この構成では、第２バッファが、第２記録期間毎に上書きを繰り返しながら撮像データを蓄積しており、撮像データによって取得された撮像データの全てを蓄積していない。このため、第２バッファの容量は小さくてもよく、風力発電装置の状態監視システムの低価格化が図られる。
また、この構成では、撮像データを外部端末に送信しており、例えば、撮像データを解析することにより、雷撃を受けたブレードを特定することも可能である。

一実施形態では、前記風力発電装置は、タワーと、前記タワー上に配置され、前記ブレードが取り付けられたハブを回転可能に支持するナセルとを備え、前記各ブレードは、該ブレードの先端部から翼根部に向かって翼長方向に延在し、前記雷撃による雷電流を前記先端部から前記翼根部に導く金属層を含み、前記各金属層は、前記ハブから前記ナセルを経由して前記タワーの根元まで延びる一つの電流経路に電気的に接続され、前記雷撃パラメータ取得部は、前記タワーに取り付けられ、前記電流経路を流れる電流を検出する電流センサを含む。

この構成では、タワーに取り付けられた電流センサによって、簡単な構成にて、雷電流を検出することができる。
一方、この構成では、撮像データを解析することによって、着雷ブレードを特定することも可能である。

一実施形態では、前記少なくとも一本のブレードを撮像する撮像装置と、前記撮像装置によって取得された前記ブレードの画像から、前記ブレードの塗装の被覆率を算出する被覆率算出部とを更に備える。
この構成では、ブレードの塗装の被覆率を監視することができる。例えば、塗装の剥がれによる空力性能の低下や強度低下の有無を把握することができる。

一実施形態では、前記ブレードの撮像データを前記撮像装置から受け取り、第２記録期間内における前記撮像データの上書きを繰り返し、該撮像データを一時的に蓄積する第２バッファと、前記被覆率算出部によって算出された前記被覆率が閾値を下回ったときに第２トリガ信号を出力する第２トリガ信号出力部と、監視情報を外部端末に向けて送信する通信部とを更に備え、前記記憶部は、前記第２トリガ信号に基づいて、前記第２記録期間の少なくとも一部であって、前記第２トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記撮像データを前記第２バッファから取得して該撮像データを格納し、前記通信部は、前記監視情報として、前記被覆率算出部によって算出された前記被覆率、前記記憶部に格納された前記撮像データ、前記雷撃の発生時刻、前記発生時刻における前記各ブレードのアジマス角、前記雷撃パラメータ、前記雷撃パラメータに基づいて推定される前記ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される１つ以上を、前記外部端末に向けて送信する。

この構成によれば、外部端末が受信した監視情報に基づいて、風力発電装置の状態を的確に把握することができ、もって風力発電装置を適切に運転することができる。

一実施形態では、前記撮像装置は、前記風力発電装置のタワーの下端と該下端から１５ｍ上方の位置との間において、前記タワーに設置される。
この構成によれば、タワーの下端から１５ｍ以下に撮像装置を設置することにより、撮像装置からブレードまでの距離を十分に確保することができ、１つの撮像装置によってブレードの大部分又は全体を撮像することができる。また、タワーの下端から１５ｍ以下に撮像装置を設置することで、撮像装置を容易に設置することができる。

一実施形態では、前記撮像装置は、前記風力発電装置のタワーから５ｍ以内に設置される。
この構成によれば、タワーの外周面から５ｍ以内に撮像装置を設置することで、撮像装置の設置エリアを限定することができ、例えば風力発電装置が洋上に設置されていても、撮像装置の設置場所を確保することができる。

一実施形態では、前記撮像装置のために設けられるウォッシャ、ワイパ、及び、ヒータからなる群から選択される１つ以上を更に備える。
この構成によれば、ウォッシャやワイパにより撮像装置に付着した汚れや水滴等が除去され、ヒータにより雪や霜等の付着が防止されるので、撮像装置が、常に鮮明なブレードの画像を撮像データとして取得することができる。このため、天候や設置環境に左右されずに、撮像データに基づいて、ブレードの損傷状態を正確に推定することができる。

一実施形態では、前記ブレードに対し赤外線を照射する赤外線照射装置を更に備え、
前記撮像装置は前記赤外線に対して感度を有する。
この構成によれば、赤外線照射装置がブレードに対し赤外線を照射し、撮像装置が赤外線に対して感度を有するので、夜間であってもブレードを撮影することができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置の状態監視方法は、少なくとも１本のブレードを有する風力発電装置の状態監視方法であって、前記少なくとも１本のブレードへの雷撃の程度を示す少なくとも一つの雷撃パラメータを取得するステップと、前記雷撃パラメータを第１バッファに送り、第１記録期間内における前記雷撃パラメータに関するデータの上書きを繰り返し、該データを一時的に前記第１バッファに蓄積するステップと、前記雷撃パラメータが閾値を超えたときに第１トリガ信号を出力するステップと、前記第１トリガ信号に基づいて、前記第１記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記雷撃パラメータに関するデータを前記第１バッファから取得し、該データを記憶部に格納するステップと、前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以前の第１期間に対応した第１データに基づいて、前記雷撃パラメータの基準値を推定するステップと、前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以降の第２期間に対応した第２データに基づき、前記基準値を考慮して、前記少なくとも１本のブレードの損傷状態を推定するステップとを備える。

この風力発電装置の状態監視方法では、第１バッファが、第１記録期間毎に上書きを繰り返しながら雷撃パラメータを蓄積しており、雷撃パラメータの全てを蓄積していない。このため、第１バッファの容量は小さくてもよく、風力発電装置の状態を低コストにて監視することができる。

そして、この風力発電装置の状態監視方法では、雷撃パラメータが閾値を超えて第１トリガ信号が出力されたときに、記憶部が、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における雷撃パラメータに関するデータを第１バッファから取得して格納し、基準値推定部が、記憶部に記憶されている第１トリガ信号の出力以前の第１期間に対応した第１データに基づいて基準値を推定し、損傷状態推定部が、第１トリガ信号の出力以降の第２期間に対応した第２データに基づいて、基準値を考慮して、ブレードの損傷状態を推定しており、これにより、ブレードの損傷状態を正確に推定することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡単な構成にて、風力発電装置のブレードの雷撃による損傷状態を正確に推定可能な風力発電装置の状態監視システム及び状態監視方法を提供することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る風力発電装置の状態監視システムの適用対象である風力発電装置の概略的な構成を示す側面図であり、（ｂ）は、図１の風力発電装置のロータ周辺の構造を概略的に示す図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムの構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムの機能的な構成を説明するための概略的なブロック図である。 図４の上段は、図３中の第１バッファに格納されているデータを説明するための図であり、図４の下段は、図３中の記憶部に格納されているデータを説明するための図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムが実行する状態監視方法の手順を説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係る風力発電装置の状態監視システムの適用対象である風力発電装置の概略的な構成を示す側面図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムの機能的な構成を説明するための概略的なブロック図である。 図８の上段は、図７中の第２バッファに格納されている撮像データを説明するための図であり、図８の下段は、図７中の記憶部に格納されている撮像データを説明するための図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムの機能的な構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態に係る撮像装置の付属設備を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 一実施形態の風力発電装置の状態監視システムにおける雷撃パラメータ取得部の構成を説明するための概略的なブロック図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る風力発電装置の状態監視システムが適用された風力発電装置１０の概略的な構成を示す側面図である。
風力発電装置１０は、基礎１２に立設されるタワー１４と、タワー１４の上端に設置されるナセル１６と、ロータ１８とを備えている。ロータ１８は、ナセル１６に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド（ハブ）２０と、ロータヘッド２０に取り付けられる少なくとも１本以上の風車翼（ブレード）２１とを備えている。一実施形態では、風力発電装置１０は３本の風車翼２１を有している。

風力によってロータ１８が回転すると風力発電装置１０は電力を発生し、風力発電装置１０に接続された電力系統に電力を供給する。なお、風力発電装置１０は、陸上及び洋上のいずれにも設置可能である。

図１（ｂ）は、ロータ１８周辺の構造を概略的に示す図である。
幾つかの実施形態では、風力発電装置１０の各風車翼２１は、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、又は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等からなる中空の翼本体２２と、翼本体２２の表面に積層された箔状又はメッシュ状の金属層２３とを有する。金属層２３は、各風車翼２１の先端側から翼根元側まで延び、翼根元側に嵌合された導電性の放電リング２４に電気的に接続されている。

放電リング２４は、シャフト２５から放射状に延びるスポーク状の導電部材２６によって、導電性のシャフト２５と電気的に接続され、シャフト２５を介して導電性のナセル１６と電気的に接続されている。ナセル１６は、導電性のタワー１４と電気的に接続されている。従って、金属層２３、放電リング２４、ナセル１６及びタワー１４は、風車翼２１の先端からタワー１４の下端まで延在する電流経路（接地線）２８を構成しており、金属層２３はダウンコンダクタとしての機能を有する。
なお、各風車翼２１は、ダウンコンダクタとして、風車翼２１内を延びる導線を有していてもよい。

図２は、一実施形態の風力発電装置の状態監視システム（以下、単に状態監視システムともいう）の概略的な構成を説明するためのブロック図である。
状態監視システムは、風車翼２１に対する雷撃の発生を検知して、雷撃による風車翼２１の損傷状態を推定可能であり、更に、検知結果及び推定結果を、外部に向けて通知可能である。

放電リング２４とナセル１６との間の電流経路２８の部位には、雷撃を検知するためのセンサとして、電流センサ３０が取り付けられている。一実施形態では、３つの風車翼２１に対応して存在する電流経路２８の３つの並列な部位に、３つの電流センサ３０が取り付けられている。より詳しくは、３つの導電部材２６に１つずつ電流センサ３０が取り付けられている。電流センサ３０は、例えば、ロゴウスキーコイルや電流トランスデューサである。

電流センサ３０は、電流測定装置３２に電気的に接続されている。電流測定装置３２は、電流センサ３０のドライバ又は信号処理装置であり、電流センサ３０の出力信号に基づいて、金属層２３を流れる電流の大きさ（電流値）を求めることができる。なお上記した状態監視システムでは、電流測定装置３２は、電流センサ３０毎に、即ち金属層２３毎に、電流値を求めることができる。

電流測定装置３２は、状態監視装置３４に電気的に接続されている。状態監視装置３４は、例えば、中央演算処理装置、メモリ、記憶装置及び入出力装置等からなるコンピュータによって構成される。
状態監視装置３４は、電流センサ３０及び電流測定装置３２によって取得された金属層２３を流れる電流に基づいて、風車翼２１の損傷状態を推定し、通信網３６を介して、外部端末３８に向けて送信する。外部端末３８は、例えば、ウインドファームの中央制御室に設置された端末である。端末通信網３６は、例えば携帯電話のデータ通信網やインターネットである。
なお、電流測定装置３２及び状態監視装置３４は、例えばナセル１６内に配置される。

図３は、電流センサ３０及び電流測定装置３２とともに、状態監視装置３４の機能的な構成を概略的に示すブロック図である。
なお、上記した状態監視システムでは、雷撃の程度を示す雷撃パラメータとして、雷電流が用いられる。雷撃パラメータは、風車翼２１の損傷状態の推定に用いられる。このため、雷電流を測定するための電流センサ３０及び電流測定装置３２を一括して雷撃パラメータ取得部４０と称する。

状態監視装置３４は、機能でみたとき、入出力部４２、第１バッファ４４、第１トリガ信号出力部４６、記憶部４８、基準値推定部５０、損傷状態推定部５２、データベース５４、通信部５６、運転可否判定部５８を有する。
入出力部４２は、マシン−マシンインターフェースであり、電流測定装置３２が出力した電流値が入出力部４２に入力される。入出力部４２に入力された電流値は、第１バッファ４４に一時的に蓄積（格納）される。

第１バッファ４４はリングバッファであり、揮発性又は不揮発性のメモリによって構成される。リングバッファは、予め設定された一定期間（以下、第１記録期間という）毎に上書きを繰り返しながら、つまり、格納してから第１記録期間が経過した過去のデータを消去しながら、新しいデータを連続的に格納し続ける。換言すれば、第１バッファ４４は、現時点から第１記録期間だけ過去に遡った時点から、現時点までのデータを常に格納している。
なお、上記した状態監視システムでは、３つの電流センサ３０に対応して、第１バッファ４４は３つのリングバッファによって構成されている。

第１トリガ信号出力部４６は、第１バッファ４４に格納された電流値を読み出し、電流値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する。第１トリガ信号出力部４６は、電流値が閾値を超えたときに、第１トリガ信号を生成して出力する。
記憶部４８は、例えばハードディスク等の不揮発性の記憶装置によって構成され、第１トリガ信号出力部４６が出力した第１トリガ信号をトリガとして、第１バッファ４４に一時的に格納されている電流値のデータが読み出され、記憶部４８に格納される。

記憶部４８に格納されるデータは、第１バッファ４４に格納されている電流値のデータのうち、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間に亘るデータである。従って、記憶部４８に格納されるデータは、第１トリガ信号の出力以前の期間（以下、第１期間という）に対応する電流値のデータ（以下、第１データという）と、第１トリガ信号の出力以降の期間（以下、第２期間という）に対応する電流値のデータ（以下、第２データという）である。

ここで、図４の上段は、第１バッファ４４に記憶されている電流値のデータを示しており、図４の下段は、記憶部４８に格納されている電流値のデータ、即ち、第１データ及び第２データを示している。図４に示したように、第１バッファ４４に格納されているデータの少なくとも一部が、第１トリガ信号の出力時点及びその前後を含む適当な期間（ウインドウ）だけ取り出されて、記憶部４８に格納される。

基準値推定部５０は、記憶部４８に記憶されている第１データに基づいて、基準値を推定する。上記した状態監視システムでは、基準値は、第１データの平均値であり、第１トリガ信号が出力される直前の電流値のバックグランドレベルに相当する。なお、電流値のバックグランドレベルを正確に算出するために、第１データのうち、第１トリガ信号の出力時点の直前に存在する、雷電流の立ち上がり部分を除いて、基準値を算出してもよい。

損傷状態推定部５２は、記憶部４８に記憶されている第２データに基づき、基準値推定部５０によって推定された基準値を考慮して、風車翼２１の損傷状態を推定する。
上記した状態監視システムでは、損傷状態推定部５２は、電流値から基準値を差し引いて得られる差を時間積分した値、即ち、金属層２３を流れた電荷量を演算により求める。なお、電荷量は、第１トリガ信号の出力直前の電荷量を含んでいてもよく、この場合の電荷量は、図４の下段のハッチングを付した領域の面積に相当する。

そして、損傷状態推定部５２は、求めた電荷量に基づいて、風車翼２１の損傷状態を推定する。上記した状態監視システムでは、雷撃パラメータとしての電荷量と、風車翼２１に発生する損傷状態との相関関係を示す相関関係情報がデータベース５４に予め格納され、状態監視装置３４の記憶装置に登録されている。損傷状態推定部５２は、電荷量をデータベース５４に当てはめて、損傷状態を推定することができる。すなわち、算出した電荷量でデータベース５４を検索し、電荷量に対応付けられた損傷状態の情報を読み出すことにより、損傷状態を推定することができる。

通信部５６は、損傷状態推定部５２によって推定された風車翼２１の損傷状態を、監視情報として、外部端末３８に向けて送信するように構成されている。なお、上記した状態監視システムでは、風車翼２１毎に雷撃パラメータとして電流値を取得しており、複数本の風車翼２１のうちから、雷撃を受けた風車翼２１を特定することができる。このため、雷撃を受けた風車翼２１の識別情報を、風力発電装置１０の識別情報とともに監視情報に含ませて、外部端末３８に向けて送信することができる。また、第１トリガ信号の出力時刻を、雷撃を受けた時刻として、監視情報に含ませることができ、風車翼２１のアジマス角も監視情報に含ませることができる。

運転可否判定部５８は、損傷状態推定部５２によって推定された風車翼２１の損傷状態に基づいて、風力発電装置１０の運転の可否を判定する。そして、通信部５６は、運転可否判定部５８の判定結果も、監視情報として送信することができる。なお、風車翼２１の損傷状態と風力発電装置１０の運転の可否との間には相関関係があるため、データベース５４に当該相関関係も含ませておけば、運転可否判定部５８は、損傷状態をデータベース５４に当てはめることにより、運転可否を判定することができる。
なお上記した状態監視システムでの運転可否の判定には、作動中の風力発電装置１０の運転を継続しても良いか否かを判定することも含まれる。

図５は、一実施形態の風力発電装置の状態監視システムが実行する、風力発電装置の状態監視方法（以下、単に状態監視方法ともいう）の概略的な手順を示している。
図５に示す状態監視方法は、雷撃パラメータ取得工程Ｓ１０、雷撃パラメータ蓄積工程Ｓ２０、第１トリガ信号出力工程Ｓ３０、データ格納工程Ｓ４０、基準値推定工程Ｓ５０、損傷状態推定工程Ｓ６０、運転可否判定工程Ｓ７０、及び、監視情報送信工程Ｓ８０を有する。

雷撃パラメータ取得工程Ｓ１０では、雷撃パラメータ取得部４０としての電流センサ３０及び電流測定装置３２によって、雷撃パラメータとして、各金属層２３を流れる電流値が略連続的に測定される。
雷撃パラメータ蓄積工程Ｓ２０では、雷撃パラメータ取得工程Ｓ１０にて得られた雷撃パラメータが、第１バッファ４４に第１記録期間毎に上書きを繰り返しながら格納される。なお、上記状態監視システムでは、第１バッファ４４が、３つの電流センサ３０に対応して設けられた３つのリングバッファによって構成され、３つの電流センサ３０の各々によって得られた電流値が、第１バッファ４４の対応するリングバッファに格納される。

第１トリガ信号出力工程Ｓ３０では、雷撃パラメータ蓄積工程Ｓ２０で第１バッファ４４に格納された電流値のデータが読み出され、閾値と比較される。電流値が閾値を超えると、第１トリガ信号が出力される。なお、第１トリガ信号は、リングバッファ毎に生成・出力される。

データ格納工程Ｓ４０では、第１トリガ信号をトリガとして、第１バッファ４４に格納されたデータのうち、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間のデータが読み出され、記憶部４８に格納される。上記した状態監視システムでは、３つのリングバッファのうち、第１トリガ信号の出力に関与したリングバッファのデータが記憶部４８に格納される。この場合、記憶部４８に格納されるデータには、閾値を超える電流値を検出した電流センサ３０に対応したリングバッファの識別情報、或いは、対応する風車翼２１の識別情報が付与される。或いは、リングバッファに対応して、記憶部４８の格納領域を複数の領域に区画しておき、電流値を検出した電流センサ３０に対応して記憶部４８の格納領域を使い分けてもよい。

基準値推定工程Ｓ５０では、データ格納工程Ｓ４０で記憶部４８に格納されたデータのうち、第１トリガ信号の出力以前の第１期間に対応する第１データに基づいて、基準値が推定される。上記した状態監視システムでは、基準値として推定されるのは、電流値のバックグランドレベルであり、第１データの時間平均である。

損傷状態推定工程Ｓ６０では、記憶部４８に格納されているデータのうち、第１トリガ信号の出力以降の第２期間に対応する第２データに基づき、基準値推定工程Ｓ５０で推定された基準値を考慮して、風車翼２１の損傷状態が推定される。上記した状態監視システムでは、第２データとしての電流値から基準値を差し引いて得られる差の時間積分値が求められ、当該時間積分値に基づいて損傷状態が推定される。時間積分値は、電流センサ３０を流れた電荷量に相当する。
上記した状態監視システムでは、データベース５４に、電荷量と風車翼２１の損傷状態の相関関係が登録されており、データベース５４に電荷量を当てはめることにより、損傷状態が推定される。

運転可否判定工程Ｓ７０では、損傷状態推定工程Ｓ６０で推定された風車翼２１の損傷状態に基づいて、風力発電装置１０の運転の可否が判定される。上記した状態監視システムでは、データベース５４に、風車翼２１の損傷状態と風力発電装置１０の運転可否の相関関係が登録されており、データベース５４内の相関関係情報に電荷量を当てはめることにより、風力発電装置１０の運転可否を判定することができる。

監視情報送信工程Ｓ８０では、監視情報が外部端末３８に向けて送信される。上記した状態監視システムでは、監視情報は、風力発電装置１０の識別情報、損傷状態推定工程Ｓ６０で推定された風車翼２１の損傷状態、風車翼２１の識別情報、運転可否判定工程Ｓ７０で判定された風力発電装置１０の運転可否情報、及び、第１トリガ信号の出力時刻を含む。

上述した一実施形態の風力発電装置の状態監視システムでは、第１バッファ４４が、第１記録期間毎に上書きを繰り返しながら雷撃パラメータを蓄積しており、雷撃パラメータ取得部４０によって取得された雷撃パラメータの全てを蓄積しているわけではない。このため、第１バッファの容量は小さくてもよく、風力発電装置の状態監視システムの低価格化が図られる。

そして、この風力発電装置の状態監視システムでは、雷撃パラメータが閾値を超えて第１トリガ信号が出力されたときに、記憶部４８が、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における雷撃パラメータに関するデータを第１バッファ４４から取得して格納し、基準値推定部５０が、記憶部４８に記憶されている第１トリガ信号の出力以前の第１期間に対応した第１データに基づいて基準値を推定し、損傷状態推定部５２が、第１トリガ信号の出力以降の第２期間に対応した第２データに基づいて、基準値を考慮して、風車翼２１の損傷状態を推定しており、これにより、風車翼２１の損傷状態を正確に推定することができる。
ここで、「基準値を考慮」するとは、基準値が無視可能な場合において、基準値を用いずに第２データから直接的に損傷状態を推定することが許容されるとの判断を下すことも含む。このような判断が下された場合、第２データから直接的に損傷状態が推定される。

上述した実施形態によれば、第２データの雷撃パラメータと基準値との差に基づいて損傷状態を推定することにより、風車翼２１の損傷状態を正確に推定することができる。

上述した実施形態によれば、雷電流の積分値に基づいて損傷状態を推定することにより、風車翼２１の損傷状態を推定することができる。この際、第２データの雷撃パラメータと基準値との差から雷電流を求め、該雷電流の積分値を算出することにより、正確な積分値が算出されており、損傷状態を正確に推定することができる。

上述した実施形態によれば、第２データの雷撃パラメータと基準値との差に基づいて正確に算出された雷電流の積分値を相関情報に当てはめて損傷状態をすることにより、風車翼２１の損傷状態を正確且つ容易に推定することができる。

上述した実施形態によれば、雷撃パラメータが各風車翼２１について取得され、雷撃パラメータが閾値を超えた風車翼２１について第１トリガ信号が出力されるので、複数本の風車翼２１が有るときでも、雷撃を受けた風車翼２１を特定することができるとともに、その損傷状態を把握することができる。

金属層２３を流れる雷撃電流を直接的に計測することは、風車翼２１の設計によっては困難な場合があるが、上述した一実施形態によれば、放電リング２４とナセル１６との間の電流経路２８の部位における電流を電流センサ３０によって検出することで、風車翼２１を流れる雷撃電流を検出することができる。

上述した実施形態によれば、外部端末３８が受信した監視情報に基づいて、風力発電装置１０の状態を的確に把握することができ、もって風力発電装置１０を適切に運転することができる。

図６は、他の一実施形態の風力発電装置の状態監視システムが適用された風力発電装置１０を概略的に示す側面図である。なお、以下の実施形態の説明においては、先に説明した実施形態と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

上記した状態監視システムの状態監視システムは、電流センサ３０に代えて、タワー１４の根元を囲むように設けられたロゴウスキーコイルからなる電流センサ６０を有している。電流センサ６０は、電流経路のうち、タワー１４の根元の部位で雷電流を測定可能である。
なお、上述した実施形態において、電流センサ３０に加えて電流センサ６０を設置してもよい。この場合、電流センサ６０によって、全雷電流を確認的に測定することができる。

また、上記した状態監視システムの状態監視システムは、風車翼２１の大部分又は全部を撮影可能な少なくとも１台の撮像装置６２を有している。上記した状態監視システムでは、撮像装置６２はデジタルビデオカメラであり、風車翼２１の撮像データ（動画データ）を取得可能である。

撮像装置６２は、例えば、スチールベルト等によってタワー１４に固定されたブラケットに支持されている。撮像装置６２の設置高さは、例えば、タワー１４の下端から１５ｍ以内の範囲内にある。また、撮像装置６２のタワー１４の外周面からの水平方向距離は、例えば、５ｍ以内の範囲内にある。

図７は、電流センサ６０、電流測定装置３２及び撮像装置６２とともに、状態監視装置６４の機能的な構成を概略的に示している。上記した状態監視システムでは、電流センサ６０及び電流測定装置３２が、電撃パラメータ取得部６６を構成している。

状態監視装置６４は、不揮発性又は揮発性のメモリからなる第２バッファ６８を更に有する。撮像装置６２によって取得された撮像データは、入出力部４２に入力され、第２バッファ６８に格納される。上記した状態監視システムでは、第２バッファ６８は、所定の期間（第２記録期間）毎に、格納しているデータの上書きを繰り返すリングバッファによって構成されている。

記憶部４８は、第１トリガ信号が出力されたときに、第２バッファ６８に格納されている撮像データのうち、第１トリガ信号の出力時点及びその前後を含む期間の撮像データを受け取って格納する。つまり、記憶部４８は、雷撃パラメータを格納する領域に加えて、撮像データを格納する領域を有する。
ここで、図８の上段は、第２バッファ６８に格納されている撮像データを概略的に示し、図８の下段は、記憶部４８に格納されている撮像データを概略的に示している。
上記した状態監視システムでは、通信部５６によって外部端末３８に送信される監視情報に、記憶部４８に格納されている撮像データが含まれる。

上述した風力発電装置の状態監視システムでは、第２バッファ６８が、第２記録期間毎に上書きを繰り返しながら撮像データを蓄積しており、撮像データによって取得された撮像データの全てを蓄積していない。このため、第２バッファ６８の容量は小さくてもよく、風力発電装置の状態監視システムの低価格化が図られる。

また、上述した状態監視システムでは、図８の下段に示したような、第１トリガ信号の出力時点の前後の期間に撮影された撮像データを外部端末３８に送信しており、例えば、撮像データを解析することにより、複数の風車翼２１のうちから雷撃を受けた風車翼２１を特定することも可能である。

更に、上述した状態監視システムでは、タワー１４の下端から１５ｍ以下に撮像装置６２を設置することにより、撮像装置６２から風車翼２１までの距離を十分に確保することができ、１つの撮像装置６２によって風車翼２１の大部分又は全体を撮像することができる。また、タワー１４の下端から１５ｍ以下に撮像装置６２を設置することで、撮像装置６２を容易に設置することができる。
また更に、上述した状態監視システムでは、タワー１４の外周面から５ｍ以内に撮像装置６２を設置することで、撮像装置６２の設置エリアを限定することができ、例えば風力発電装置１０が洋上に設置されていても、撮像装置６２の設置場所を確保することができる。

一実施形態として、状態監視装置６４は、記憶部４８に格納されている撮像データ、即ち、第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間に撮影された撮像データに基づいて、雷撃を受けた風車翼２１を特定する画像解析部７０を更に有していてもよい。この場合、特定された風車翼２１の識別情報を監視情報に含ませることができる。

図９は、他の一実施形態の状態監視装置７２の機能的な構成を概略的に示しており、状態監視装置７２の画像解析部７０は、風車翼２１の塗装の被覆率を算出する機能を有していてもよい。そして、状態監視装置７２は、画像解析部７０によって求められた被覆率が所定の閾値を下回ったときに、第２トリガ信号を出力する第２トリガ信号出力部７４を有している。

記憶部４８は、第２トリガ信号が出力されたときに、第２バッファ６８に格納されている撮像データのうち、第２トリガ信号の出力時点の前後を含む期間のデータを格納するように構成されている。即ち、記憶部４８には、第１トリガ信号が出力されたときにデータを格納する領域に加えて、第２トリガ信号が出力されたときにデータを格納する領域が設けられている。

そして、通信部５６は、第１トリガ信号とは別に、第２トリガ信号をトリガとして監視情報を送信し、監視情報に被覆率を含ませる。
この構成によれば、風車翼２１の塗装の被覆率を監視することができる。例えば、塗装の剥がれによる空力性能の低下や強度低下の有無を把握することができる。

一実施形態では、図６に示したように、風車翼２１に対し赤外線を照射する赤外線照射装置７６が設置され、撮像装置６２として、赤外線に感度を有するビデオカメラが使用される。
この構成によれば、赤外線照射装置７６が風車翼２１に対し赤外線を照射し、撮像装置６２が赤外線に対して感度を有するので、夜間であっても風車翼２１を撮影することができる。

一実施形態では、図１０に示したように、撮像装置６２のために、ウォッシャ７８、ワイパ８０及びヒータ８２のうち一つ以上が設けられる。ウォッシャ７８は、洗浄液を吹き付けることによって、撮像装置６２又は撮像装置６２を覆うカバーを洗浄する。ワイパ８０は、撮像装置６２又は撮像装置６２を覆うカバーに付いた汚れや水滴等を払拭し、ヒータ８２は、撮像装置６２又は撮像装置６２を覆うカバーに、雪や露等が付くことを防止する。

この構成によれば、ウォッシャ７８やワイパ８０により撮像装置６２や撮像装置６２のカバーに付着した汚れや水滴等が除去され、ヒータ８２により雪や霜等の付着が防止されるので、撮像装置６２が、常に鮮明な風車翼２１の画像を撮像データとして取得することができる。このため、天候や設置環境に左右されずに、撮像データに基づいて、風車翼２１の損傷状態を正確に推定することができる。
なお、赤外線照射装置７６に代えて、可視光を照射する照明装置を用いることも可能である。

一実施形態では、雷撃パラメータとして、風車翼２１の歪みが用いられる。図１１は、風車翼２１の歪みを測定するための雷撃パラメータ取得部８４の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部８４は、複数の光ファイバ８６を有する。各光ファイバ８６は翼長方向に沿って各風車翼２１の略全長に亘って設けられている。信号処理装置としての光ファイバ測定装置８８は、各光ファイバ８６に入射するように光を出射し、その散乱光を検出するようになっている。

例えば、光ファイバ測定装置８８は、光ファイバ８６に入射した光の後方散乱光の減少から光ファイバ８６の歪み算出するＯＴＤＲ方式であってもよいし、光ファイバ８６に入射した光のブリルアン散乱光の周波数シフトから光ファイバ８６の歪みを算出するＢＯＴＤＲ方式であってもよい。
なお、光ファイバ測定装置８８は、光ファイバ８６の透過光の光量変化から光ファイバ８６の歪みを算出するＭＤＭ方式やＯＳＭＯＳ方式の計測器であってもよい。

そして、状態監視装置９０は、光ファイバ測定装置８８によって計測された歪みの値を、雷撃パラメータとして処理する。
この構成では、雷撃による風車翼２１が歪むことにより、雷撃の発生を検知し、歪み量によって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。特に、雷撃パラメータ取得部８４が、光ファイバ、光検出部及び歪算出部を含み、雷撃パラメータとしての風車翼２１の歪みを高精度にて計測することができる。なお、状態監視装置９０は、雷電流に代えて、歪みの値を雷撃パラメータとして採用してもよく、雷撃電流及び歪みの値の両方を電撃パラメータとして採用してもよい。

一実施形態では、電撃パラメータとして、風車翼２１の温度が用いられる。図１２は、風車翼２１の温度を測定するための雷撃パラメータ取得部９２の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部９２は、例えば熱電対からなる複数の温度センサ９４を有する。温度センサ９４は、各風車翼２１に取り付けられており、信号処理装置としての温度測定装置９６は、温度センサ９４の出力信号に基づいて、各風車翼２１の温度を算出する。

状態監視装置９８は、温度測定装置９６によって計測された各風車翼２１の温度の値を雷撃パラメータとして処理する。この構成では、雷撃による温度上昇により、雷撃の発生を検知し、温度上昇量によって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。
なお、状態監視装置９８は、雷電流や歪みに代えて、温度の値を雷撃パラメータとして単独で採用してもよく、雷電流及び歪みのうち一方又は両方とともに電撃パラメータとして採用してもよい。

一実施形態では、電撃パラメータとして、風車翼２１の振動が用いられる。図１３は、風車翼２１の振動を測定するための雷撃パラメータ取得部１００の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部１００は、例えば加速度センサからなる複数の振動センサ１０２を有する。振動センサ１０２は、各風車翼２１に取り付けられており、信号処理装置としての振動測定装置１０４は、振動センサ１０２の出力信号に基づいて、各風車翼２１の振動を算出する。

状態監視装置１０６は、振動測定装置１０４によって計測された各風車翼２１の振動の値を雷撃パラメータとして処理する。この構成では、雷撃による振動により、雷撃の発生を検知し、振動量によって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。
なお、状態監視装置１０６は、雷電流、歪み及び温度に代えて、振動を雷撃パラメータとして単独で採用してもよく、雷電流、歪み及び温度のうちいずれか一つ以上とともに電撃パラメータとして採用してもよい。
一実施形態では、１つの振動センサ１０２をロータヘッド２０に設置し、雷撃パラメータとして、ロータヘッド２０の振動を検出してもよい。

一実施形態では、電撃パラメータとして、風車翼２１に生じたショックパルスが用いられる。図１４は、ショックパルスを測定するための雷撃パラメータ取得部１０８の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部１０８は、例えば圧電素子からなる複数のショックパルスセンサ１１０を有する。ショックパルスセンサ１１０は、各風車翼２１に取り付けられており、信号処理装置としてのショックパルス測定装置１１２は、ショックパルスセンサ１１０の出力信号に基づいて、各風車翼２１で生じたショックパルスを算出する。

状態監視装置１１４は、ショックパルス測定装置１１２によって計測された各風車翼２１のショックパルスの値を雷撃パラメータとして処理する。この構成では、雷撃により生じたショックパルスにより、雷撃の発生を検知し、ショックパルスの大きさによって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。

なお、状態監視装置１１４は、雷電流、歪み、温度及び振動に代えて、ショックパルスを雷撃パラメータとして単独で採用してもよく、雷電流、歪み、温度及び振動のうちいずれか一つ以上とともに電撃パラメータとして採用してもよい。
一実施形態では、１つのショックパルスセンサ１１０をロータヘッド２０に設置し、ロータヘッド２０の振動を検出してもよい。

一実施形態では、電撃パラメータとして、風力発電装置１０周辺での音量が用いられる。図１５は、風力発電装置１０周辺での音量を測定するための雷撃パラメータ取得部１１６の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部１１６は、マイクロフォン１１８を有し、マイクロフォン１１８は、例えば、図６も併せて参照すると、スチールベルト等によってタワー１４に固定されたブラケットによって支持されている。信号処理装置としての音響測定装置１２０は、マイクロフォン１１８の出力信号に基づいて、風力発電装置１０周辺の音量を算出する。

状態監視装置１２２は、音響測定装置１２０によって計測された音量の値を雷撃パラメータとして処理する。この構成では、雷撃により生じる音により、雷撃の発生を検知し、音量によって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。
なお、状態監視装置１０６は、雷電流、歪み、温度、振動及びショックパルスに代えて、音量を雷撃パラメータとして単独で採用してもよく、雷電流、歪み、温度、振動及びショックパルスのうちいずれか一つ以上とともに電撃パラメータとして採用してもよい
一実施形態では、複数のマイクロフォン１１８を設置してもよい。

一実施形態では、電撃パラメータとして、風車翼２１の内部の圧力（内圧）が用いられる。図１６は、風車翼２１の内圧を測定するための雷撃パラメータ取得部１２４の構成を概略的に示している。
雷撃パラメータ取得部１２４は圧力センサ１２６を有し、圧力センサ１２６は、各風車翼２１の内部に形成された気密性の高い空洞内に設置されている。信号処理装置としての圧力測定装置１２８は、圧力センサ１２６の出力信号に基づいて、各風車翼２１の振動を算出する。

状態監視装置１３０は、圧力測定装置１２８によって計測された各風車翼２１の内圧の値を雷撃パラメータとして処理する。この構成では、雷撃による空洞内の圧力上昇により、雷撃の発生を検知し、圧力の変化量によって、雷撃による風車翼２１の損傷状態を検知することができる。
なお、状態監視装置１３０は、雷電流、歪み、温度、振動、ショックパルス、及び、音量に代えて、圧力を雷撃パラメータとして単独で採用してもよく、雷電流、歪み、温度、振動、ショックパルス、及び、音量のうちいずれか一つ以上とともに電撃パラメータとして採用してもよい。

一実施形態では、状態監視システムは、図１７に示したように、風車翼２１の外部の圧力を測定する外部圧力センサ１３２を更に備えていてもよい。外部圧力センサ１３２は例えば、ロータヘッド２０の内部のような、圧力が外気圧に等しい場所に設置される。
この場合、状態監視装置１３０は、風車翼２１の内部の圧力と外部の圧力との差の時間変化を監視し、該時間変化に異常を発見することにより、風車翼２１におけるピンホールの発生を検知することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、上記実施形態に改良や変形を加えた形態や、これら形態を組み合わせた形態も含む。

１０ 風力発電装置
１４ タワー
１６ ナセル
１８ ロータ
２０ ロータヘッド（ハブ）
２１ 風車翼（ブレード）
２２ 翼本体
２３ 金属層
２４ 放電リング
２５ シャフト
２６ 導電部材
２８ 電流経路
３０ 電流センサ
３２ 電流測定装置
３４ 状態監視装置
３８ 外部端末
４０ 雷撃パラメータ取得部
４４ 第１バッファ
４６ 第１トリガ信号出力部
４８ 記憶部
５０ 基準値推定部
５２ 損傷状態推定部
５４ データベース
５６ 通信部
５８ 運転可否判定部

Claims (20)

1. 少なくとも１本のブレードを有する風力発電装置の状態監視システムであって、
   前記少なくとも１本のブレードへの雷撃の程度を示す少なくとも一つの雷撃パラメータを取得する雷撃パラメータ取得部と、
   前記雷撃パラメータを前記雷撃パラメータ取得部から受け取り、第１記録期間内における前記雷撃パラメータに関するデータの上書きを繰り返し、該データを一時的に蓄積する第１バッファと、
   前記雷撃パラメータが閾値を超えたときに第１トリガ信号を出力する第１トリガ信号出力部と、
   前記第１トリガ信号に基づいて、前記第１記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記雷撃パラメータに関するデータを前記第１バッファから取得し、該データを格納する記憶部と、
   前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以前の第１期間に対応した第１データに基づいて、前記雷撃パラメータの基準値を推定する基準値推定部と、
   前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以降の第２期間に対応した第２データに基づき、前記基準値を考慮して、前記少なくとも１本のブレードの損傷状態を推定する損傷状態推定部とを備えることを特徴とする風力発電装置の状態監視システム。
2. 前記損傷状態推定部は、前記第２データの前記雷撃パラメータと前記基準値との差に基づいて前記損傷状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
3. 前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記ブレードを流れる電流を含み、
   前記損傷状態推定部は、前記雷撃によって前記ブレードに生じた雷電流を前記差から求め、該雷電流の時間積分値を算出し、該時間積分値に基づいて前記損傷状態を推定することを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
4. 前記ブレードを流れる電流の時間積分値と前記ブレードの損傷状態との相関関係を示す相関情報を格納したデータベースを更に備え、
   前記損傷状態推定部は、前記差から求めた前記雷電流の前記時間積分値を前記データベースに格納された前記相関情報に当てはめて前記損傷状態を推定し、推定された前記損傷状態に基づいて前記風力発電装置の運転可否を判断することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置の状態監視システム。
5. 前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、
   前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記雷撃パラメータ取得部によって各ブレードについて取得され、
   前記第１バッファは、各ブレードについて前記第１記録期間内における前記データを一時的に蓄積し、
   前記第１トリガ信号出力部は、前記複数本のブレードのうち、前記雷撃パラメータが閾値を超えたブレードについて前記第１トリガ信号を出力し、
   前記記憶部は、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記期間内の前記データを前記第１バッファから取得して格納し、
   前記基準値推定部は、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記第１データに基づいて前記基準値を推定し、
   前記損傷状態推定部は、前記基準値を考慮して、前記第１トリガ信号が出力されたブレードに関する前記第１データ及び、前記第１トリガ信号が出力されたブレードの前記損傷状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
6. 前記各ブレードは、該ブレードの先端部から翼根部に向かって翼長方向に延在し、前記雷撃による雷電流を前記先端部から前記翼根部に導く金属層を含み、
   前記金属層が、前記ブレードの前記翼根部に設けられた放電リングに電気的に接続され、該放電リングが、前記ハブに固定された通電部を介して前記風力発電装置のナセルに電気的に接続され、前記金属層から前記ナセルに至る前記雷電流の電流経路が形成されており、
   前記雷撃パラメータ取得部は、各ブレードの前記電流経路のうち前記放電リングと前記ナセルとの間の部位における電流を検出する電流センサを含むことを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置の状態監視システム。
7. 前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、
   前記雷撃の発生時刻、前記複数本のブレードのうち前記雷撃を受けた着雷ブレードの識別情報、前記発生時刻における前記着雷ブレードのアジマス角、前記着雷ブレードに関する前記雷撃パラメータ、前記着雷ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される一つ以上の監視情報を外部端末に送信する通信部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
8. 前記少なくとも一つの雷撃パラメータは、前記ブレードにおける雷電流、前記ブレードの内圧、前記ブレードの歪み、前記ブレードの温度、前記ブレード又は前記ブレードを含むロータの振動、前記ブレード又は前記ロータのショックパルス測定信号、及び、前記風力発電装置周辺における音響信号の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
9. 前記ブレードに取り付けられ、前記雷撃パラメータとしての前記ブレードの内圧を計測する圧力センサと、前記ブレードの外部の圧力を計測する圧力センサと、前記ブレードの内圧と前記ブレードの外部の圧力の差圧変化を計算する信号処理部とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
10. 前記雷撃パラメータ取得部は、前記ブレードに取り付けられ、前記雷撃パラメータとしての前記ブレードの歪みを計測する歪みセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
11. 前記雷撃パラメータ取得部は、前記ブレードに埋め込まれた光ファイバと、前記光ファイバに向けて光を出射する光源と、前記光ファイバに入射した前記光の散乱光又は透過光を検出する光検出部と、前記散乱光又は前記透過光に基づいて前記歪みを算出する歪み算出部とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の風力発電装置の状態監視システム。
12. 前記少なくとも１本のブレードは、前記風力発電装置のハブに取り付けられた複数本のブレードを含み、
    前記風力発電装置の状態監視システムは、
    前記複数本のブレードを撮像する撮像装置と、
    前記複数本のブレードの撮像データを前記撮像装置から受け取り、第２記録期間内における前記撮像データの上書きを繰り返し、該撮像データを一時的に蓄積する第２バッファと、
    監視情報を外部端末に向けて送信する通信部とを更に備え、
    前記記憶部は、前記第１トリガ信号に基づいて、前記第２記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記撮像データを前記第２バッファから取得して格納し、
    前記通信部は、前記監視情報として、前記記憶部に格納された前記撮像データ、前記雷撃の発生時刻、前記発生時刻における前記各ブレードのアジマス角、前記雷撃パラメータ、前記雷撃パラメータに基づいて推定される前記ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される１つ以上を、前記外部端末に向けて送信することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
13. 前記風力発電装置は、タワーと、前記タワー上に配置され、前記ブレードが取り付けられたハブを回転可能に支持するナセルとを備え、
    前記各ブレードは、該ブレードの先端部から翼根部に向かって翼長方向に延在し、前記雷撃による雷電流を前記先端部から前記翼根部に導く金属層を含み、
    前記各金属層は、前記ハブから前記ナセルを経由して前記タワーの根元まで延びる一つの電流経路に電気的に接続され、
    前記雷撃パラメータ取得部は、前記タワーに取り付けられ、前記電流経路を流れる電流を検出する電流センサを含むことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
14. 前記少なくとも一本のブレードを撮像する撮像装置と、
    前記撮像装置によって取得された前記ブレードの画像から、前記ブレードの塗装の被覆率を算出する被覆率算出部とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の状態監視システム。
15. 前記ブレードの撮像データを前記撮像装置から受け取り、第２記録期間内における前記撮像データの上書きを繰り返し、該撮像データを一時的に蓄積する第２バッファと、
    前記被覆率算出部によって算出された前記被覆率が閾値を下回ったときに第２トリガ信号を出力する第２トリガ信号出力部と、
    監視情報を外部端末に向けて送信する通信部とを更に備え、
    前記記憶部は、前記第２トリガ信号に基づいて、前記第２記録期間の少なくとも一部であって、前記第２トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記撮像データを前記第２バッファから取得して該撮像データを格納し、
    前記通信部は、前記監視情報として、前記記憶部に格納された前記撮像データ、前記雷撃の発生時刻、前記発生時刻における前記各ブレードのアジマス角、前記雷撃パラメータ、前記雷撃パラメータに基づいて推定される前記ブレードの損傷状態、及び、前記風力発電装置の運転可否情報からなる群から選択される１つ以上を、前記外部端末に向けて送信することを特徴とする請求項１４に記載の風力発電装置の状態監視システム。
16. 前記撮像装置は、前記風力発電装置のタワーの下端と該下端から１５ｍ上方の位置との間において、前記タワーに設置されることを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
17. 前記撮像装置は、前記風力発電装置のタワーから５ｍ以内に設置されることを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
18. 前記撮像装置のために設けられるウォッシャ、ワイパ、及び、ヒータからなる群から選択される１つ以上を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
19. 前記ブレードに対し赤外線を照射する赤外線照射装置を更に備え、
    前記撮像装置は前記赤外線に対して感度を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置の状態監視システム。
20. 少なくとも１本のブレードを有する風力発電装置の状態監視方法であって、
    前記少なくとも１本のブレードへの雷撃の程度を示す少なくとも一つの雷撃パラメータを取得するステップと、
    前記雷撃パラメータを第１バッファに送り、第１記録期間内における前記雷撃パラメータに関するデータの上書きを繰り返し、該データを一時的に前記第１バッファに蓄積するステップと、
    前記雷撃パラメータが閾値を超えたときに第１トリガ信号を出力するステップと、
    前記第１トリガ信号に基づいて、前記第１記録期間の少なくとも一部であって、前記第１トリガ信号の出力時点の前後を含む期間における前記雷撃パラメータに関するデータを前記第１バッファから取得し、該データを記憶部に格納するステップと、
    前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以前の第１期間に対応した第１データに基づいて、前記雷撃パラメータの基準値を推定するステップと、
    前記記憶部に格納された前記データのうち前記第１トリガ信号の出力時点以降の第２期間に対応した第２データに基づき、前記基準値を考慮して、前記少なくとも１本のブレードの損傷状態を推定するステップとを備えることを特徴とする風力発電装置の状態監視方法。

Images