WO2011114877A1 - 風力発電所の監視システム - Google Patents
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- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Definitions
- the present invention relates to a wind power plant monitoring system, and more particularly to a wind power plant monitoring system in which a plurality of wind power generators are installed.
- a wind power plant (hereinafter also referred to as “wind farm”) in which a plurality of wind power generators are erected is attracting attention.
- a blade for converting wind power into rotational force and a nacelle for storing the converter for converting the rotational force into electric power are disposed at a high place on the support (for example, several tens of meters above the ground).
- the nacelle is rotatably supported on the support column and is configured to rotate according to the wind direction.
- Each wind power generator is provided with a plurality of bearings for a main shaft, a gearbox, a generator, a blade, and the like. And if a bearing breaks, the function as a wind power generator may stop. Therefore, a bearing monitoring device that monitors the state of the bearing is known.
- JP 2006-105956 A discloses an abnormality diagnosis device that diagnoses an abnormality of a rotating component such as a bearing without disassembling a device in which the rotating component such as a bearing is incorporated. (See Patent Document 1).
- the bearing monitoring device When the bearing monitoring device is disposed in the nacelle and data is transmitted to a remote monitoring server provided on the ground, as described above, in the wind turbine generator, the nacelle is disposed at a high position on the support column. Wireless data transmission is more effective than wiring signal lines in the columns.
- wireless data transmission For wireless data transmission, the use of a wireless LAN is inexpensive and simple. However, the data transmission distance by wireless LAN is not so large, and in a wide-area wind farm where a large number of wind power generators are installed at intervals of several hundred meters, there is a possibility that data cannot be transmitted from each wind power generator to the monitoring server on the ground There is.
- the antenna used for data transmission is preferably a directional antenna that has a long data transmission distance and is inexpensive.
- the data is transmitted to the ground monitoring server, data relay point, etc. by changing the communication direction of the directional antenna according to the rotation of the nacelle. There is also a problem that it becomes impossible.
- an object of the present invention is to remotely transfer data of a bearing monitoring device provided in a nacelle of each wind power generator in a wind farm including a plurality of wind power generators. Is stably transmitted wirelessly to the monitoring server.
- the monitoring system is a wind farm monitoring system, and includes a plurality of wind power generation devices and a transmission device.
- the transmission device is for wirelessly transmitting data obtained in the plurality of wind turbine generators to a remote monitoring server.
- Each wind power generator includes a blade, a nacelle, a support, a bearing monitoring device, and a communication device.
- the blade converts wind power into rotational force.
- the nacelle stores a conversion device for converting rotational force into electric power.
- the support column rotatably supports the blade and the nacelle at a high place.
- the bearing monitoring device is provided in the nacelle for monitoring the state of a bearing provided in the wind power generator.
- the communication device is for wireless communication with another adjacent wind power generator.
- Each wind power generator further receives the data obtained in the bearing monitor of the wind power generator and the data of the bearing monitor of another wind power generator received by the communication device from another adjacent wind power generator.
- the communication device By transmitting to the communication device, the data of the bearing monitoring device in each wind power generator is collected in the transmission device. Then, the transmission device wirelessly transmits the collected data to the monitoring server.
- the transmission device is disposed in the nacelle of the wind power generator closest to the monitoring server among the plurality of wind power generators.
- the transmission device includes a directional antenna and a rotary table.
- the directional antenna is for transmitting collected data to the monitoring server.
- the rotary table rotates according to the rotation of the nacelle so as to maintain the communication direction of the directional antenna in the direction of the monitoring server.
- the transmission device includes a plurality of directional antennas for transmitting the collected data to the monitoring server.
- the plurality of directional antennas are arranged in different communication directions so that data collected from at least one of the plurality of directional antennas is transmitted to the monitoring server even when the nacelle rotates.
- the transmission device includes an antenna for connecting to a wireless telephone network.
- the collected data is transmitted from the antenna to the monitoring server via the wireless telephone network.
- the wind farm monitoring system further includes another support column.
- the other support column is disposed adjacent to any of the plurality of wind turbine generators and has a height equivalent to that of the adjacent wind turbine generator. Then, the transmission device is disposed on the other support column.
- the transmission device is disposed on a support column directly below the nacelle of the wind power generator closest to the monitoring server among the plurality of wind power generators.
- the transmission device includes a directional antenna for transmitting the collected data to the monitoring server.
- the transmission device includes an antenna for connecting to a wireless telephone network.
- the collected data is transmitted from the antenna to the monitoring server via the wireless telephone network.
- the communication device includes an omnidirectional antenna. More preferably, the omnidirectional antenna is disposed in the nacelle of the wind turbine generator.
- the omnidirectional antenna is disposed on a support column directly under the nacelle of the wind power generator.
- the communication device includes a directional antenna and a rotary table.
- the directional antenna is for communicating with another adjacent wind power generator.
- the turntable rotates according to the rotation of the nacelle so as to maintain the communication direction of the directional antenna in the direction of another adjacent wind power generator.
- each wind power generator further includes a sensor for detecting the state of the bearing.
- the bearing monitoring device executes a calculation for determining the state of the bearing based on the detection data of the sensor.
- a communication apparatus transmits the calculation result in a bearing monitoring apparatus to other adjacent wind power generators.
- each wind turbine generator further acquires data obtained in the bearing monitoring device of the wind turbine generator and data of the bearing monitoring device in other wind turbine generators received wirelessly from other adjacent wind turbine generators.
- the data of the bearing monitoring device in each wind turbine generator is collected in the transmitter. Then, the collected data is wirelessly transmitted to the monitoring server by the transmission device.
- the data of the bearing monitor provided in the nacelle of each wind turbine generator can be stably transmitted to a remote monitor server by radio.
- FIG. 1 is an overall view of a wind farm to which a monitoring system according to Embodiment 1 of the present invention is applied. It is the figure which showed the structure of the wind power generator shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a transmission device illustrated in FIG. 2. It is a 1st figure for demonstrating operation
- FIG. 4 is a functional block diagram of a rotation control unit shown in FIG. 3. It is a functional block diagram regarding the data processing of the bearing monitoring in the wind power generator 11 shown in FIG. It is a functional block diagram regarding the data processing of the bearing monitoring in the wind power generator 10 shown in FIG.
- FIG. It is the figure which showed schematically the structure of the wind power generator in Embodiment 2.
- FIG. It is a figure for demonstrating data transmission when a nacelle rotates. It is the figure which showed schematically the structure of the wind power generator in Embodiment 3.
- FIG. It is a general view of the wind farm to which the monitoring system by Embodiment 4 is applied. It is a general view of the wind farm to which the monitoring system by Embodiment 5 is applied. It is a general view of the wind farm to which the monitoring system by Embodiment 6 is applied. It is the figure where the communication apparatus was installed in the tower right under the nacelle.
- FIG. 1 is an overall view of a wind farm to which a monitoring system according to Embodiment 1 of the present invention is applied.
- the wind farm 1 includes a plurality of wind power generators 10 and 11.
- Each wind power generator 10, 11 generates power using wind power.
- the wind turbine generator 11 is the closest to a remote monitoring server 12 (described later) among the plurality of wind turbine generators provided in the wind farm 1, and includes a transmission device that transmits data transmission to the monitoring server 12. Except for this point, the configuration is the same as that of the other wind turbine generator 10.
- the heights of the wind power generators 10 and 11 are the same, and the wind power generators 10 and 11 are arranged in the wind farm 1 with an interval of, for example, several hundred meters from adjacent wind power generators.
- a blade for converting wind power into rotational force, and a nacelle for storing a speed increaser, a generator, and the like for converting the rotational force into electric power are high places on a tower (post). (For example, several tens of meters above the ground).
- the blade and the nacelle are rotatably supported on the tower, and the yaw angle is controlled according to the wind direction.
- Each of the wind turbine generators 10 and 11 is provided with a plurality of bearings (for example, rolling bearings) in the main shaft, the speed increaser, the generator, and the like that receive the rotational force from the blades.
- Sensors (vibration sensors, temperature sensors, etc.) for detecting the state of the bearing such as the main shaft are installed in the nacelle of each of the wind turbine generators 10 and 11, and the bearings are based on the detection values from the sensors.
- a bearing monitoring device is installed to monitor the condition.
- each of the wind turbine generators 10 and 11 is further provided with a communication device for communicating with another adjacent wind turbine generator using a wireless LAN.
- a communication device for communicating with another adjacent wind turbine generator using a wireless LAN.
- IEEE802.11a, 11b, 11g, or the like is used as a wireless LAN communication standard.
- each of the wind power generators 10 and 11 is arranged with an interval of, for example, several hundred meters from an adjacent wind power generator, so that each of the wind power generators 10 and 11 communicates with the entire wind farm 1. Although it is impossible, it can communicate with the adjacent wind power generator. In the wind farm 1, bearing monitoring data obtained in each wind power generator 10 is collected in the wind power generator 11 through the adjacent wind power generators one after another.
- the wind power generator 11 is the closest to the monitoring server 12 among the plurality of wind power generators installed on the wind farm 1.
- the wind power generator 11 is provided with a transmitter for transmitting data wirelessly to a remote monitoring server 12 provided on the ground. Then, the wind turbine generator 11 wirelessly transmits the collected data of each wind turbine generator 10 and the data obtained in the wind turbine generator 11 to the monitoring server 12.
- FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the wind power generator 11 shown in FIG.
- the configuration of each wind turbine generator 10 shown in FIG. 1 is the same as that of the wind turbine generator 11 except that the wind turbine generator 11 includes a transmitter 84 (described later).
- the configuration of the device 11 will be described.
- wind power generator 11 includes main shaft 20, blade 30, speed increaser 40, generator 50, main shaft bearing (hereinafter simply referred to as “bearing”) 60, and vibration.
- a sensor 70, a bearing monitoring device 80, a communication device 82, and a transmission device 84 are included.
- a part of the main shaft 20, the speed increaser 40, the generator 50, the bearing 60, the vibration sensor 70, the bearing monitoring device 80, the communication device 82 and the transmission device 84 are stored in the nacelle 90, and the nacelle 90 is placed on the tower 100. It is supported rotatably.
- the main shaft 20 enters the nacelle 90 and is connected to the input shaft of the speed increaser 40 and is rotatably supported by the bearing 60.
- the main shaft 20 transmits the rotational force generated by the blade 30 receiving wind force to the input shaft of the speed increaser 40.
- the blade 30 is provided at the tip of the main shaft 20, converts wind force into a rotational force, and transmits it to the main shaft 20.
- the bearing 60 is fixed in the nacelle 90 and supports the main shaft 20 in a freely rotatable manner.
- the bearing 60 is configured by a rolling bearing, and is configured by, for example, a self-aligning roller bearing, a tapered roller bearing, a cylindrical roller bearing, or a ball bearing. These bearings may be single row or double row.
- the vibration sensor 70 is fixed to the bearing 60.
- the vibration sensor 70 detects the vibration of the bearing 60 and outputs the detected value to the bearing monitoring device 80.
- the vibration sensor 70 is constituted by, for example, an acceleration sensor using a piezoelectric element.
- the speed increaser 40 is provided between the main shaft 20 and the generator 50, and increases the rotational speed of the main shaft 20 to output to the generator 50.
- the speed increaser 40 is configured by a gear speed increasing mechanism including a planetary gear, an intermediate shaft, a high speed shaft, and the like.
- a plurality of bearings that rotatably support a plurality of shafts are also provided in the speed increaser 40.
- the generator 50 is connected to the output shaft of the speed increaser 40 and generates power by the rotational force received from the speed increaser 40.
- the generator 50 is constituted by, for example, an induction generator.
- a bearing that rotatably supports the rotor is also provided in the generator 50.
- the bearing monitoring device 80 is provided in the nacelle 90 and receives a vibration detection value of the bearing 60 from the vibration sensor 70. And the bearing monitoring apparatus 80 determines the state of the bearing 60 based on the received detection value. For example, the bearing monitoring device 80 performs calculation of the effective value of the vibration waveform of the bearing 60, frequency analysis of the vibration waveform, and the like, and determines the state of the bearing 60 based on the size and transition of the calculation results. Then, the bearing monitoring device 80 outputs the determination result of the state of the bearing 60 to the transmission device 84.
- the communication device 82 is a device for communicating with a communication device provided in the nacelle of the adjacent wind power generator 10 by a wireless LAN.
- the communication device 82 includes an omnidirectional antenna whose communication direction is not specified.
- the communication device 82 may be a so-called omnidirectional antenna having an omnidirectional pattern only in a specific plane. Thereby, even if the nacelle 90 rotates according to a wind direction, each wind power generator 10,11 can communicate with the adjacent wind power generator.
- the communication device 82 receives the determination result of the state of the bearing 60 in each wind power generation device 10 transmitted from at least one adjacent wind power generation device 10, and outputs the received data to the transmission device 84. Note that communication from the communication device 82 to the transmission device 84 may be wired or wireless.
- the transmission device 84 transmits the data of each wind power generation device 10 received by the communication device 82 and the data of the wind power generation device 11 itself received from the bearing monitoring device 80 to the remote monitoring server 12 (FIG. 1) provided on the ground. Transmit by radio.
- the transmission device 84 includes a directional antenna having a long data transmission distance in order to transmit data from the wind turbine generator 11 to the remote monitoring server 12. Further, since there is an altitude difference between the nacelle 90 provided on the tower 100 and the monitoring server 12 on the ground, the directional antenna is tilted so as to face the receiving antenna of the monitoring server 12.
- the nacelle 90 rotates in accordance with the wind direction
- the transmission device 84 is provided with a rotation mechanism for directing the directional antenna toward the monitoring server 12 even when the nacelle 90 rotates. It is done.
- FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the transmission device 84 shown in FIG.
- transmission device 84 includes a directional antenna 91, a rotary table 92, and a rotation control unit 93.
- the directional antenna 91 is provided on the rotary table 92.
- the directional antenna 91 is connected to the receiving antenna of the ground monitoring server 12. Tilt to face each other.
- the rotary table 92 is rotatably provided on the rotation control unit 93 and is driven by the rotation control unit 93.
- the rotation control unit 93 controls the rotation table 92 according to the yaw angle of the nacelle 90 so that the directional antenna 91 can face the receiving antenna of the monitoring server 12 and data communication is possible even when the nacelle 90 rotates. Control the rotation angle.
- FIG. 4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the rotary table 92 shown in FIG. Referring to FIG. 4, it is assumed that the yaw angle of nacelle 90 is controlled so that monitoring server 12 is located behind nacelle 90 (blade 30 is in front of nacelle 90). In this state, the rotation angle of the turntable 92 is controlled at a rotation position where the directional antenna 91 is tilted rearward of the nacelle 90 so that the directional antenna 91 of the transmission device 84 faces the reception antenna 13 of the monitoring server 12.
- the turntable 92 of the transmission device 84 also rotates according to the yaw angle of the nacelle 90, and the rotation angle of the turntable 92 is controlled to a rotation position where the directional antenna 91 tilts forward of the nacelle 90.
- the rotation angle of the turntable 92 according to the yaw angle of the nacelle 90 so that the directional antenna 91 of the transmission device 84 always faces the reception antenna 13 of the monitoring server 12. Is controlled.
- FIG. 6 is a functional block diagram of the rotation control unit 93 shown in FIG.
- rotation control unit 93 includes a rotation angle calculation unit 110 and a drive control unit 120.
- the rotation angle calculation unit 110 determines the yaw angle of the nacelle 90 and the rotation angle of the rotary table 92 (FIG. 3) so that the directional antenna 91 (FIG. 3) of the transmission device 84 always faces the reception antenna 13 of the monitoring server 12.
- the rotation angle command value of the rotation table 92 is calculated based on the yaw angle command value ⁇ used in the yaw control unit 130 that controls the yaw angle of the nacelle 90, using a map associated with.
- the rotation angle command value of the rotation table 92 may be calculated based on a signal from the sensor.
- the drive control unit 120 generates a command for driving the rotation table 92 so that the rotation angle of the rotation table 92 matches the rotation angle command value of the rotation table 92 calculated by the rotation angle calculation unit 110. Then, the rotary table 92 is driven based on the drive command generated by the drive control unit 120.
- FIG. 7 is a functional block diagram relating to bearing monitoring data processing in the wind turbine generator 11 shown in FIG.
- bearing monitoring device 80 includes a signal processing unit 140 and a determination unit 150.
- the signal processing unit 140 receives a detected value of vibration of the bearing 60 from the vibration sensor 70, and executes signal processing for determining the state of the bearing based on the detected value.
- the signal processing unit 140 calculates an effective value of the vibration waveform of the bearing 60 and executes an FFT operation process for performing frequency analysis of the vibration waveform.
- the determination unit 150 determines the state of the bearing 60 based on the data signal-processed by the signal processing unit 140. As an example, the determination unit 150 compares the data received from the signal processing unit 140 with a predetermined threshold, and if the data received from the signal processing unit 140 exceeds the threshold, the bearing 60 is abnormal. Is determined to have occurred. Then, the determination unit 150 outputs a determination result indicating the state of the bearing 60 to the transmission device 84.
- the transmission device 84 receives the determination result of the state of the bearing 60 in the wind power generator 11 from the determination unit 150, and transmits the received determination result to the remote monitoring server 12 (FIG. 1) wirelessly.
- the transmission device 84 also receives the determination result of the bearing state in each of the other wind turbine generators 10 received by the communication device 82 from the communication device 82 and transmits the received determination result to the monitoring server 12.
- each wind turbine generator 10 shown in FIG. 1 is the same as that of the wind turbine generator 11 except that the transmitter 84 included in the wind turbine generator 11 is not provided.
- FIG. 8 is a functional block diagram relating to bearing monitoring in each wind turbine generator 10 shown in FIG.
- determination unit 150 outputs a determination result indicating the state of bearing 60 to communication device 82.
- the communication apparatus 82 receives the determination result of the state of the bearing 60 in this wind power generator 10 from the determination part 150, and transmits the received determination result to other adjacent wind power generators 10 by radio.
- the communication device 82 receives the determination result of the bearing state in each of the other wind power generators 10 from the other wind power generators 10, and further transmits the received determination result to the other wind power generators 10.
- each wind power generation device 10 obtains data obtained in the bearing monitoring device 80 of the wind power generation device 10 and data of the bearing monitoring device 80 in the other wind power generation device 10 received from another adjacent wind power generation device 10. Furthermore, the data of the bearing monitoring device 80 in each wind power generation device 10 is collected in the wind power generation device 11 by sequentially transmitting to other wind power generation devices 10.
- the wind turbine generator 11 is provided with a transmitter 84 for transmitting data to a remote monitoring server 12 provided on the ground. And the data of each wind power generator 10 collected in the wind power generator 11 and the data obtained in the bearing monitoring device 80 of the wind power generator 11 are transmitted from the transmitter 84 to the remote monitoring server 12 by radio.
- the data of the bearing monitoring apparatus 80 provided in the nacelle 90 of each wind power generator 10 and 11 are used as a remote monitoring server. 12 can be stably transmitted by radio.
- data is transmitted using the directional antenna 91 from the transmitter 84 provided in the nacelle 90 of the wind power generator 11 to the remote monitoring server 12 provided on the ground. Then, by providing the transmission device 84 with the rotary table 92 and the rotation control unit 93, the directional antenna 91 and the reception antenna 13 of the monitoring server 12 are kept facing each other even when the nacelle 90 is rotated. Therefore, according to the first embodiment, data can be stably transmitted from the wind turbine generator 11 to the monitoring server 12 even if the nacelle 90 rotates.
- a directional antenna capable of long-distance transmission is used for data transmission from the wind turbine generator 11 to the remote monitoring server 12. And in said Embodiment 1, in order to enable the data transmission from the wind power generator 11 to the monitoring server 12 even if the nacelle 90 of the wind power generator 11 rotates, according to rotation of the nacelle 90.
- a rotating table 92 that rotates is provided, and a directional antenna 91 is provided on the rotating table 92.
- a plurality of directional antennas are provided in place of the rotary table 92 in order to enable data transmission to the monitoring server 12 even when the nacelle 90 of the wind power generator 11 is rotated.
- FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the wind turbine generator according to the second embodiment.
- the figure which looked at the inside of the nacelle 90 of the wind power generator 11 from the upper direction of the nacelle 90 is shown.
- a plurality of directional antennas 91-1 to 91-4 are provided in nacelle 90 of wind power generator 11.
- the directional antennas 91-1 to 91-4 constitute a transmission device that transmits data from the wind power generator 11 to the monitoring server 12.
- four directional antennas 91 are provided.
- -1 to 91-4 are provided, but the number of directional antennas is not limited to this.
- the directional antennas 91-1 to 91-4 are fixed in the nacelle 90 so that the data transmission direction faces the outside of the nacelle 90.
- the monitoring server 12 is located on the right side of the nacelle 90, and data is transmitted to the monitoring server 12 from the directional antennas 91-1 and 91-2 disposed on the right side of the nacelle 90.
- the directional antennas 91-3 and 91-4 disposed on the left side of the nacelle 90 are provided. To the monitoring server 12.
- the other configuration of the wind turbine generator 11 according to the second embodiment is the same as that of the wind turbine generator 11 according to the first embodiment shown in FIG. .
- a plurality of directional antennas for transmitting data from the wind turbine generator 11 to the remote monitoring server 12 are provided. Therefore, according to the second embodiment, even if the nacelle 90 of the wind power generator 11 is rotated depending on the wind direction, the monitoring server 12 is stably supplied from any one of the directional antennas 91-1 to 91-4 provided. Data can be transmitted.
- the transmission device that transmits data from the wind power generator 11 to the remote monitoring server 12 is provided in the nacelle 90 of the wind power generator 11, but in this third embodiment, A transmission device is disposed in the tower 100 immediately below the nacelle 90 of the wind turbine generator 11.
- FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the wind turbine generator according to the third embodiment.
- wind turbine generator 11 according to Embodiment 3 includes a transmitter 84 ⁇ / b> A instead of transmitter 84 in the configuration of wind generator 11 shown in FIG. 2.
- the transmitting device 84A is provided in the tower 100 immediately below the nacelle 90.
- the table 102 is provided immediately below the nacelle 90 of the tower 100, and the transmission device 84 ⁇ / b> A is installed on the table 102.
- Data transmission from the nacelle 90 to the transmission device 84A is performed via the signal line 94, but wireless communication may also be used for data transmission here.
- the transmitting device 84A includes a directional antenna 91. Since the transmission device 84A is provided in the tower 100 that does not rotate, the transmission device 84A does not include the rotation table 92 and the rotation control unit 93 in the transmission device 84 shown in FIG.
- the directional antenna 91 is fixed to the tower 100 so as to face the reception antenna 13 of the monitoring server 12.
- the rotation mechanism that rotates the directional antenna 91 of the transmission device 84A according to the rotation of the nacelle 90 is provided. It is not necessary to provide a plurality of directional antennas.
- the wind power generator 11 is provided with a directional antenna for data transmission, and data is directly transmitted from the wind power generator 11 to the monitoring server 12 on the ground.
- a radio telephone network (such as a mobile phone network or a satellite telephone network) is used for data transmission from the wind power generator 11 to the monitoring server 12.
- FIG. 12 is an overall view of a wind farm to which the monitoring system according to the fourth embodiment is applied.
- a wind farm 1A includes a wind power generator 11A in place of the wind power generator 11 in the configuration of the wind farm 1 shown in FIG.
- the wind turbine generator 11 ⁇ / b> A includes an antenna (not shown) for accessing the access point 210 of the mobile phone network 200.
- the wind power generator 11A accesses the access point 210 of the mobile phone network 200, and the bearing monitoring data of each wind power generator 10 collected in the wind power generator 11A and the bearing monitor data obtained in the wind power generator 11A are portable. It is transmitted to the monitoring server 12 via the telephone network 200.
- data is transmitted from the wind power generator 11A to the monitoring server 12 via the mobile phone network 200.
- the wind power generator is connected via a satellite phone network (not shown). Data may be transmitted from 11A to the monitoring server 12.
- the fourth embodiment even if there is a distance between the wind farm 1A and the monitoring server 12 such that data cannot be transmitted from the wind power generator 11A to the monitoring server 12 using the directional antenna.
- the data can be transmitted from the wind power generator 11 ⁇ / b> A to the monitoring server 12.
- FIG. 13 is an overall view of a wind farm to which the monitoring system according to the fifth embodiment is applied.
- the wind farm 1B includes a wind power generator 10 instead of the wind power generator 11 in the configuration of the wind farm 1 shown in FIG. 1, and further includes a tower 100A and a transmitter 84B.
- the tower 100A is erected adjacent to the one closest to the monitoring server 12 among the plurality of wind power generators 10 provided in the wind farm 1B.
- the height of the tower 100 ⁇ / b> A is equivalent to that of the adjacent wind power generator 10.
- the transmitter 84B is fixedly installed in the upper part of the tower 100A.
- the transmission device 84B receives the data of each wind power generation device 10 from the adjacent wind power generation device 10, and transmits the received data to the monitoring server 12 on the ground. Since the transmission device 84B is provided near the nacelle 90 of the adjacent wind power generation device 10 by being provided in the upper portion of the tower 100A, the transmission device 84B is not used as a reception antenna for receiving data from the adjacent wind power generation device 10. A directional antenna can be used.
- the transmission device 84B since the transmission device 84B is provided in the tower 100A that does not rotate, the transmission device 84B includes a rotation mechanism that rotates a directional antenna for transmitting data to the monitoring server 12 according to the rotation of the nacelle, or a plurality of directivities. It is not necessary to provide an antenna, and it is only necessary to have one directional antenna so as to face the monitoring server 12 on the ground.
- the bearing monitoring data obtained in each wind power generator 10 can be stably transmitted to the monitoring server 12 without considering the rotation of the nacelle 90.
- a transmission device is separately provided on the tower as in the fifth embodiment, and a radio telephone network is used for data transmission from the transmission device to the remote monitoring server 12.
- FIG. 14 is an overall view of a wind farm to which the monitoring system according to the sixth embodiment is applied.
- a wind farm 1C includes a transmission device 84C instead of the transmission device 84B in the configuration of the wind farm 1B shown in FIG.
- the transmitting device 84C includes an antenna (not shown) for accessing the access point 210 of the mobile phone network 200. Then, the transmission device 84C accesses the access point 210 of the cellular phone network 200, and the bearing monitoring data of each wind turbine generator 10 received from the adjacent wind turbine generator 10 is transmitted to the monitoring server 12 via the cellular phone network 200. Is done.
- data may be transmitted from the transmitter 84C to the monitoring server 12 via a satellite telephone network (not shown) instead of the mobile telephone network 200.
- the bearing monitoring data obtained in each wind power generator 10 can be stably transmitted to the monitoring server 12.
- the communication device 82 is provided in the nacelle 90 of each wind power generation device 10. However, as shown in FIG. A communication device 82 may be installed. Further, in this case, since the tower 100 does not rotate, it is possible to use a directional antenna in the communication device 82. Note that data transmission between the nacelle 90 and the communication device 82 is performed via the signal line 95, but wireless communication may also be used for data transmission here.
- the vibration sensor 70 is installed in the bearing 60 of the main shaft 20 and the bearing monitoring device 80 monitors the state of the bearing 60.
- the state of other bearings used may be monitored by the bearing monitoring device 80.
- Various sensors such as a temperature sensor, a sensor for measuring the amount of iron powder in lubricating oil or grease, and an AE sensor (acoustic emission sensor) are installed on the bearing together with or in place of the vibration sensor 70. You may monitor the state of a bearing with the bearing monitoring apparatus 80 using the detected value from these sensors.
- the tower 100 corresponds to an example of the “post” in the present invention
- the tower 100A corresponds to an example of “another post” in the present invention.
- 1,1A-1C wind farm 10, 11, 11A wind power generator, 12 monitoring server, 13 receiving antenna, 20 spindles, 30 blades, 40 speed increaser, 50 generator, 60 bearings, 70 vibration sensors, 80 bearing monitoring Device, 82 communication device, 84, 84A-84C transmission device, 90 nacelle, 91, 91-1-91-4 directional antenna, 92 rotating table, 93 rotation control unit, 94, 95 signal line, 100, 100A tower, 102 table, 110 rotation angle calculation unit, 120 drive control unit, 130 yaw control unit, 140 signal processing unit, 150 determination unit, 200 mobile phone network, 210 access point.
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Abstract
各風力発電装置(10,11)において軸受の状態が判定される。各風力発電装置(10)が、当該風力発電装置(10)において得られる判定データ、および隣接の他の風力発電装置(10)から無線により受信した他の風力発電装置(10)の判定データをさらに他の風力発電装置(10)へ無線により送信することによって、各風力発電装置(10)の判定データが風力発電装置(11)に収集される。風力発電装置(11)は、その収集されたデータおよび風力発電装置(11)において得られる判定データを監視サーバ(12)へ無線により送信する。
Description
この発明は、風力発電所の監視システムに関し、特に、複数の風力発電装置が立設される風力発電所の監視システムに関する。
環境に配慮した発電設備として、複数の風力発電装置が立設された風力発電所(以下「ウィンドファーム」とも称する。)が注目されている。各風力発電装置においては、風力を回転力に変換するブレードおよびその回転力を電力に変換するための変換装置を格納するナセルが支柱上の高所(たとえば地上数十メートル)に配設される。ナセルは、支柱上において回動自在に支持され、風向きに応じて回動するように構成されている。
各風力発電装置には、主軸や増速機、発電機、ブレード等において複数の軸受が設けられている。そして、軸受が破損すると、風力発電装置としての機能が停止し得る。そこで、軸受の状態を監視する軸受監視装置が知られている。たとえば、特開2006-105956号公報(特許文献1)には、軸受等の回転部品が組み込まれた装置を分解することなく、軸受等の回転部品の異常を診断する異常診断装置が開示されている(特許文献1参照)。
軸受監視装置をナセルに配設して、地上に設けられる遠隔の監視サーバへデータを送信する場合、上述のように、風力発電装置においてはナセルが支柱上の高所に配設されるので、支柱内に信号線を配線するよりも無線によるデータ伝送が有効である。
無線によるデータ伝送には、無線LANの利用が安価かつ簡便である。しかしながら、無線LANによるデータ伝送距離はそれ程大きくなく、数百メートルの間隔で多数の風力発電装置が設置される広域のウィンドファームでは、各風力発電装置から地上の監視サーバへデータを伝送できない可能性がある。
また、データ伝送に使用するアンテナには、データ伝送距離が長く安価な指向性アンテナが望ましい。しかしながら、上述のように、ナセルは風向きによって支柱上で回動するため、ナセルの回動に応じて指向性アンテナの通信方向が変化することにより地上の監視サーバやデータ中継地等へデータを伝送できなくなるという問題もある。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の風力発電装置を備えるウィンドファームにおいて、各風力発電装置のナセルに設けられる軸受監視装置のデータを遠隔の監視サーバへ無線により安定的に伝送することである。
この発明によれば、監視システムは、ウィンドファームの監視システムであって、複数の風力発電装置と、送信装置とを備える。送信装置は、複数の風力発電装置において得られるデータを遠隔の監視サーバへ無線により送信するためのものである。各風力発電装置は、ブレードと、ナセルと、支柱と、軸受監視装置と、通信装置とを含む。ブレードは、風力を回転力に変換する。ナセルは、回転力を電力に変換するための変換装置を格納する。支柱は、ブレードおよびナセルを高所において回動自在に支持する。軸受監視装置は、ナセル内に設けられ、当該風力発電装置に設けられる軸受の状態を監視するためのものである。通信装置は、隣接する他の風力発電装置と無線通信するためのものである。各風力発電装置が、当該風力発電装置の軸受監視装置において得られるデータおよび隣接の他の風力発電装置から通信装置により受信した他の風力発電装置の軸受監視装置のデータをさらに他の風力発電装置へ通信装置により送信することによって、各風力発電装置における軸受監視装置のデータが送信装置に収集される。そして、送信装置は、その収集されたデータを監視サーバへ無線により送信する。
好ましくは、送信装置は、複数の風力発電装置のうち監視サーバに最も近い風力発電装置のナセル内に配設される。
さらに好ましくは、送信装置は、指向性アンテナと、回転テーブルとを含む。指向性アンテナは、収集されたデータを監視サーバへ送信するためのものである。回転テーブルは、指向性アンテナの通信方向を監視サーバの方向に維持するように、ナセルの回動に応じて回転する。
また、好ましくは、送信装置は、収集されたデータを監視サーバへ送信するための複数の指向性アンテナを含む。そして、複数の指向性アンテナは、ナセルが回動しても複数の指向性アンテナの少なくとも1つから収集されたデータが監視サーバへ送信されるように、互いに異なる通信方向に配設される。
また、好ましくは、送信装置は、無線電話網に接続するためのアンテナを含む。そして、収集されたデータは、アンテナから無線電話網を介して監視サーバへ送信される。
好ましくは、ウィンドファームの監視システムは、もう1つの支柱をさらに備える。もう1つの支柱は、複数の風力発電装置のいずれかに隣接して配置され、その隣接する風力発電装置と同等の高さを有する。そして、送信装置は、そのもう1つの支柱上に配設される。
また、好ましくは、送信装置は、複数の風力発電装置のうち監視サーバに最も近い風力発電装置のナセル直下における支柱に配設される。
さらに好ましくは、送信装置は、収集されたデータを監視サーバへ送信するための指向性アンテナを含む。
また、好ましくは、送信装置は、無線電話網に接続するためのアンテナを含む。そして、収集されたデータは、アンテナから無線電話網を介して監視サーバへ送信される。
好ましくは、通信装置は、無指向性アンテナを含む。
さらに好ましくは、無指向性アンテナは、当該風力発電装置のナセル内に配設される。
さらに好ましくは、無指向性アンテナは、当該風力発電装置のナセル内に配設される。
また、好ましくは、無指向性アンテナは、当該風力発電装置のナセル直下における支柱に配設される。
好ましくは、通信装置は、指向性アンテナと、回転テーブルとを含む。指向性アンテナは、隣接する他の風力発電装置と通信するためのものである。回転テーブルは、指向性アンテナの通信方向を隣接する他の風力発電装置の方向に維持するように、ナセルの回動に応じて回転する。
好ましくは、各風力発電装置は、軸受の状態を検出するためのセンサをさらに含む。軸受監視装置は、センサの検出データに基づいて軸受の状態判定を行なうための演算を実行する。そして、通信装置は、軸受監視装置における演算結果を隣接する他の風力発電装置へ送信する。
この発明においては、各風力発電装置が、当該風力発電装置の軸受監視装置において得られるデータ、および隣接の他の風力発電装置から無線により受信した他の風力発電装置における軸受監視装置のデータをさらに他の風力発電装置へ無線により送信することによって、各風力発電装置における軸受監視装置のデータが送信装置に収集される。そして、その収集されたデータが送信装置によって監視サーバへ無線により送信される。
したがって、この発明によれば、複数の風力発電装置を備えるウィンドファームにおいて、各風力発電装置のナセルに設けられる軸受監視装置のデータを遠隔の監視サーバへ無線により安定的に伝送することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図1を参照して、ウィンドファーム1は、複数の風力発電装置10,11を備える。各風力発電装置10,11は、風力を用いて発電する。風力発電装置11は、ウィンドファーム1に設けられる複数の風力発電装置のうち、遠隔の監視サーバ12(後述)に最も近いものであり、監視サーバ12へデータ送信を送信する送信装置を備えている点を除いて、他の風力発電装置10の構成と同じである。
図1は、この発明の実施の形態1による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図1を参照して、ウィンドファーム1は、複数の風力発電装置10,11を備える。各風力発電装置10,11は、風力を用いて発電する。風力発電装置11は、ウィンドファーム1に設けられる複数の風力発電装置のうち、遠隔の監視サーバ12(後述)に最も近いものであり、監視サーバ12へデータ送信を送信する送信装置を備えている点を除いて、他の風力発電装置10の構成と同じである。
各風力発電装置10,11の高さは同等であり、ウィンドファーム1内において、各風力発電装置10,11は、隣接の風力発電装置とたとえば数百メートルの間隔をあけて配設される。
各風力発電装置10,11において、風力を回転力に変換するブレード、およびその回転力を電力に変換するための増速機や発電機等を格納するナセルは、タワー(支柱)上の高所(たとえば地上数十メートル)に設置される。ブレードおよびナセルは、タワー上に回動自在に支持され、風向きに応じてヨー角が制御される。
各風力発電装置10,11には、ブレードから回転力を受ける主軸や増速機、発電機等において、複数の軸受(たとえば転がり軸受)が設けられている。そして、各風力発電装置10,11のナセル内には、主軸等の軸受の状態を検出するためのセンサ(振動センサや温度センサ等)が設置されるとともに、センサからの検出値に基づいて軸受の状態を監視するための軸受監視装置が設置される。
また、各風力発電装置10,11には、隣接する他の風力発電装置と無線LANにより通信するための通信装置がさらに設けられる。無線LANの通信規格としては、たとえば、IEEE802.11aや11b,11g等が用いられる。上述のように、各風力発電装置10,11は、隣接の風力発電装置とたとえば数百メートルの間隔をあけて配置されるので、各風力発電装置10,11は、ウィンドファーム1全域の通信はできないけれども、隣接する風力発電装置とは通信可能である。そして、このウィンドファーム1においては、各風力発電装置10において得られる軸受監視用のデータが隣接の風力発電装置を次々と介して風力発電装置11に収集される。
風力発電装置11は、ウィンドファーム1に立設された複数の風力発電装置の中で監視サーバ12に最も近いものである。風力発電装置11には、地上に設けられる遠隔の監視サーバ12へ無線によりデータを送信するための送信装置が設けられる。そして、風力発電装置11は、収集された各風力発電装置10のデータおよび風力発電装置11において得られるデータを監視サーバ12へ無線により送信する。
図2は、図1に示した風力発電装置11の構成を示した図である。なお、図1に示した各風力発電装置10の構成は、風力発電装置11が送信装置84(後述)を備えている点を除いて風力発電装置11と同じであるので、以下では、風力発電装置11の構成について説明する。
図2を参照して、風力発電装置11は、主軸20と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸用軸受(以下、単に「軸受」と称する。)60と、振動センサ70と、軸受監視装置80と、通信装置82と、送信装置84とを含む。主軸20の一部、増速機40、発電機50、軸受60、振動センサ70、軸受監視装置80、通信装置82および送信装置84は、ナセル90に格納され、ナセル90は、タワー100上に回動自在に支持される。
主軸20は、ナセル90内に進入して増速機40の入力軸に接続され、軸受60によって回転自在に支持される。主軸20は、ブレード30が風力を受けることによって発生する回転力を増速機40の入力軸へ伝達する。ブレード30は、主軸20の先端に設けられ、風力を回転力に変換して主軸20に伝達する。
軸受60は、ナセル90内において固設され、主軸20を回転自在に支持する。軸受60は、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調心ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。振動センサ70は、軸受60に固設される。振動センサ70は、軸受60の振動を検出し、その検出値を軸受監視装置80へ出力する。振動センサ70は、たとえば、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。
増速機40は、主軸20と発電機50との間に設けられ、主軸20の回転速度を増速して発電機50へ出力する。一例として、増速機40は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機40内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機50は、増速機40の出力軸に接続され、増速機40から受ける回転力によって発電する。発電機50は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機50内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
軸受監視装置80は、ナセル90内に設けられ、軸受60の振動の検出値を振動センサ70から受ける。そして、軸受監視装置80は、その受けた検出値に基づいて軸受60の状態を判定する。たとえば、軸受監視装置80は、軸受60の振動波形の実効値算出や振動波形の周波数分析等を行ない、それらの演算結果の大きさや推移等に基づいて軸受60の状態を判定する。そして、軸受監視装置80は、軸受60の状態の判定結果を送信装置84へ出力する。
通信装置82は、隣接する風力発電装置10のナセル内に設けられる通信装置と無線LANにより通信するための装置である。この通信装置82は、通信方向が特定されない無指向性アンテナを含む。なお、通信装置82は、特定の平面のみにおいて無指向性のパターンをもつ、いわゆる全方向性アンテナであってもよい。これにより、各風力発電装置10,11は、風向きに応じてナセル90が回動しても、隣接する風力発電装置と通信することができる。そして、通信装置82は、隣接する少なくとも1つの風力発電装置10から送信される、各風力発電装置10における軸受60の状態の判定結果を受信し、受信したデータを送信装置84へ出力する。なお、通信装置82から送信装置84への通信は、有線でも無線でもよい。
送信装置84は、通信装置82によって受信された各風力発電装置10のデータ、および軸受監視装置80から受ける風力発電装置11自体のデータを、地上に設けられる遠隔の監視サーバ12(図1)へ無線により送信する。送信装置84は、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へデータを送信するために、データ伝送距離が長い指向性アンテナを含む。また、タワー100上に設けられるナセル90と地上の監視サーバ12との間には高度差があるので、上記指向性アンテナは、監視サーバ12の受信アンテナと対向するように傾けられる。
ここで、上述のように、ナセル90は風向きに応じて回動するところ、送信装置84には、ナセル90が回動しても指向性アンテナを監視サーバ12へ向けさせるための回転機構が設けられる。
図3は、図2に示した送信装置84の構成を概略的に示した図である。図3を参照して、送信装置84は、指向性アンテナ91と、回転テーブル92と、回転制御部93とを含む。指向性アンテナ91は、回転テーブル92上に設けられる。そして、上述のように、この送信装置84が設けられるナセル90と監視サーバ12(図1)との間には高度差があるので、指向性アンテナ91は、地上の監視サーバ12の受信アンテナと対向するように傾けられる。
回転テーブル92は、回転制御部93上に回転自在に設けられ、回転制御部93によって駆動される。回転制御部93は、ナセル90が回動しても指向性アンテナ91が監視サーバ12の受信アンテナと対向してデータ通信が可能となるように、ナセル90のヨー角に応じて回転テーブル92の回転角を制御する。
図4,図5は、図3に示した回転テーブル92の動作を説明するための図である。図4を参照して、ナセル90の後方(ブレード30をナセル90の前方とする。)に監視サーバ12が位置するようにナセル90のヨー角が制御されているものとする。この状態においては、送信装置84の指向性アンテナ91が監視サーバ12の受信アンテナ13に対向するように、指向性アンテナ91がナセル90の後方に傾く回転位置に回転テーブル92の回転角が制御される。
図5を参照して、風向きが変わったことにより、ナセル90の向きが反転したものとする。そうすると、ナセル90のヨー角に応じて送信装置84の回転テーブル92も回転し、指向性アンテナ91がナセル90の前方に傾く回転位置に回転テーブル92の回転角が制御される。このように、ナセル90が回動しても、送信装置84の指向性アンテナ91が監視サーバ12の受信アンテナ13に常時対向するように、ナセル90のヨー角に応じて回転テーブル92の回転角が制御される。
図6は、図3に示した回転制御部93の機能ブロック図である。図6を参照して、回転制御部93は、回転角演算部110と、駆動制御部120とを含む。回転角演算部110は、送信装置84の指向性アンテナ91(図3)が監視サーバ12の受信アンテナ13と常時対向するようにナセル90のヨー角と回転テーブル92(図3)の回転角とが対応付けられたマップ等を用いて、ナセル90のヨー角を制御するヨー制御部130において用いられるヨー角指令値θに基づいて回転テーブル92の回転角指令値を算出する。なお、ヨー角がセンサ等により検出される場合には、そのセンサからの信号に基づいて回転テーブル92の回転角指令値を算出してもよい。
駆動制御部120は、回転角演算部110により算出された回転テーブル92の回転角指令値に回転テーブル92の回転角が一致するように、回転テーブル92を駆動するための指令を生成する。そして、この駆動制御部120により生成された駆動指令に基づいて回転テーブル92が駆動される。
図7は、図1に示した風力発電装置11における軸受監視のデータ処理に関する機能ブロック図である。図7を参照して、軸受監視装置80は、信号処理部140と、判定部150とを含む。信号処理部140は、軸受60の振動の検出値を振動センサ70から受け、その検出値に基づいて軸受の状態を判定するための信号処理を実行する。一例として、信号処理部140は、軸受60の振動波形の実効値を算出したり、振動波形の周波数分析を行なうためのFFT演算処理を実行したりする。
判定部150は、信号処理部140によって信号処理されたデータに基づいて、軸受60の状態を判定する。一例として、判定部150は、信号処理部140から受けるデータを予め定められたしきい値と比較し、信号処理部140から受けるデータがしきい値を超えている場合には、軸受60に異常が発生しているものと判定する。そして、判定部150は、軸受60の状態を示す判定結果を送信装置84へ出力する。
送信装置84は、この風力発電装置11における軸受60の状態の判定結果を判定部150から受け、その受けた判定結果を遠隔の監視サーバ12(図1)へ無線により送信する。また、送信装置84は、通信装置82によって受信された他の各風力発電装置10における軸受状態の判定結果も通信装置82から受け、その受けた判定結果を監視サーバ12へ送信する。
なお、上述のように、図1に示した各風力発電装置10の構成は、風力発電装置11が備える送信装置84を備えていない点を除いて風力発電装置11と同じである。
図8は、図1に示した各風力発電装置10における軸受監視に関する機能ブロック図である。図8を参照して、各風力発電装置10においては、判定部150は、軸受60の状態を示す判定結果を通信装置82へ出力する。そして、通信装置82は、この風力発電装置10における軸受60の状態の判定結果を判定部150から受け、その受けた判定結果を隣接の他の風力発電装置10へ無線により送信する。また、通信装置82は、他の各風力発電装置10における軸受状態の判定結果を他の風力発電装置10から受信し、その受信した判定結果をさらに他の風力発電装置10へ送信する。
以上のように、この実施の形態1においては、各風力発電装置10,11に通信装置82が設けられる。そして、各風力発電装置10が、当該風力発電装置10の軸受監視装置80において得られるデータ、および隣接の他の風力発電装置10から受信した他の風力発電装置10における軸受監視装置80のデータをさらに他の風力発電装置10へ次々と送信することによって、各風力発電装置10における軸受監視装置80のデータが風力発電装置11に収集される。風力発電装置11には、地上に設けられる遠隔の監視サーバ12へデータを送信するための送信装置84が設けられる。そして、風力発電装置11に収集された各風力発電装置10のデータ、および風力発電装置11の軸受監視装置80において得られるデータが送信装置84から遠隔の監視サーバ12へ無線により送信される。
したがって、この実施の形態1によれば、複数の風力発電装置10,11を備えるウィンドファーム1において、各風力発電装置10,11のナセル90に設けられる軸受監視装置80のデータを遠隔の監視サーバ12へ無線により安定的に伝送することができる。
また、この実施の形態1においては、風力発電装置11のナセル90に設けられる送信装置84から地上に設けられる遠隔の監視サーバ12へ指向性アンテナ91を用いてデータが送信される。そして、送信装置84に回転テーブル92および回転制御部93が設けられることにより、ナセル90が回動しても指向性アンテナ91と監視サーバ12の受信アンテナ13との対向が維持される。したがって、この実施の形態1によれば、ナセル90が回動しても風力発電装置11から監視サーバ12へ安定してデータを伝送することができる。
[実施の形態2]
上述のように、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へのデータ伝送には、長距離伝送可能な指向性アンテナが用いられる。そして、上記の実施の形態1では、風力発電装置11のナセル90が回動しても風力発電装置11から監視サーバ12へのデータ伝送を可能とするために、ナセル90の回動に応じて回転する回転テーブル92が設けられ、回転テーブル92上に指向性アンテナ91を設けるものとした。
上述のように、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へのデータ伝送には、長距離伝送可能な指向性アンテナが用いられる。そして、上記の実施の形態1では、風力発電装置11のナセル90が回動しても風力発電装置11から監視サーバ12へのデータ伝送を可能とするために、ナセル90の回動に応じて回転する回転テーブル92が設けられ、回転テーブル92上に指向性アンテナ91を設けるものとした。
この実施の形態2では、風力発電装置11のナセル90が回動しても監視サーバ12へのデータ伝送を可能とするために、回転テーブル92に代えて複数の指向性アンテナが設けられる。
図9は、実施の形態2における風力発電装置の構成を概略的に示した図である。なお、この図9では、風力発電装置11のナセル90の内部をナセル90の上方から見た図が示される。図9を参照して、風力発電装置11のナセル90内には、複数の指向性アンテナ91-1~91-4が設けられる。この指向性アンテナ91-1~91-4は、風力発電装置11から監視サーバ12へのデータの送信を行なう送信装置を構成するものであり、この図9では、一例として4つの指向性アンテナ91-1~91-4が設けられているが、指向性アンテナの数はこれに限られるものではない。
各指向性アンテナ91-1~91-4は、データの送信方向がナセル90の外部を向くようにナセル90内において固設される。この図9では、ナセル90の右側に監視サーバ12が位置しており、ナセル90の右側に配設された指向性アンテナ91-1,91-2から監視サーバ12へデータが送信される。
また、図10に示すように、ナセル90が回動してナセル90の左側に監視サーバ12が位置する場合には、ナセル90の左側に配設された指向性アンテナ91-3,91-4から監視サーバ12へデータが送信される。
なお、特に説明は行なわないが、この実施の形態2における風力発電装置11のその他の構成は、図2に示した実施の形態1における風力発電装置11の送信装置84を除く部分と同じである。
以上のように、この実施の形態2においては、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へデータを送信するための指向性アンテナが複数設けられる。したがって、この実施の形態2によれば、風力発電装置11のナセル90が風向きによって回動しても、複数設けられた指向性アンテナ91-1~91-4のいずれかから監視サーバ12へ安定してデータを送信することができる。
[実施の形態3]
実施の形態1,2では、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へデータを送信する送信装置は、風力発電装置11のナセル90内に設けられるものとしたが、この実施の形態3では、風力発電装置11のナセル90の直下におけるタワー100に送信装置が配設される。
実施の形態1,2では、風力発電装置11から遠隔の監視サーバ12へデータを送信する送信装置は、風力発電装置11のナセル90内に設けられるものとしたが、この実施の形態3では、風力発電装置11のナセル90の直下におけるタワー100に送信装置が配設される。
図11は、実施の形態3における風力発電装置の構成を概略的に示した図である。なお、この図11では、風力発電装置11をナセル90の側方から見た図が示される。図11を参照して、実施の形態3における風力発電装置11は、図2に示した風力発電装置11の構成において、送信装置84に代えて送信装置84Aを含む。
送信装置84Aは、ナセル90の直下におけるタワー100に設けられる。たとえば、タワー100のナセル90直下にテーブル102が設けられ、テーブル102上に送信装置84Aが設置される。ナセル90から送信装置84Aへのデータ伝送は、信号線94を介して行なわれるものとするが、ここのデータ伝送にも無線通信を用いてもよい。
送信装置84Aは、指向性アンテナ91を含む。送信装置84Aは、回動しないタワー100に設けられるので、この送信装置84Aは、図3に示した送信装置84における回転テーブル92および回転制御部93を備えていない。そして、指向性アンテナ91は、監視サーバ12の受信アンテナ13と対向するようにタワー100に固設される。
以上のように、この実施の形態3によれば、回動しないタワー100に送信装置84Aを設置したので、送信装置84Aの指向性アンテナ91をナセル90の回動に応じて回転させる回転機構を備えたり、複数の指向性アンテナを備えたりする必要がない。
[実施の形態4]
上記の各実施の形態1~3では、風力発電装置11にデータ送信用の指向性アンテナが設けられ、風力発電装置11から地上の監視サーバ12へ直接データが送信される。この実施の形態4では、風力発電装置11から監視サーバ12へのデータ伝送に無線電話網(携帯電話網や衛星電話網等)が用いられる。
上記の各実施の形態1~3では、風力発電装置11にデータ送信用の指向性アンテナが設けられ、風力発電装置11から地上の監視サーバ12へ直接データが送信される。この実施の形態4では、風力発電装置11から監視サーバ12へのデータ伝送に無線電話網(携帯電話網や衛星電話網等)が用いられる。
図12は、実施の形態4による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図12を参照して、ウィンドファーム1Aは、図1に示したウィンドファーム1の構成において、風力発電装置11に代えて風力発電装置11Aを備える。風力発電装置11Aは、携帯電話網200のアクセスポイント210へアクセスするための図示されないアンテナを含む。
そして、風力発電装置11Aは、携帯電話網200のアクセスポイント210へアクセスし、風力発電装置11Aに収集された各風力発電装置10の軸受監視データおよび風力発電装置11Aにおいて得られる軸受監視データが携帯電話網200を介して監視サーバ12へ送信される。
なお、上記においては、携帯電話網200を介して風力発電装置11Aから監視サーバ12へデータが伝送されるものとしたが、携帯電話網200に代えて図示されない衛星電話網を介して風力発電装置11Aから監視サーバ12へデータを伝送してもよい。
以上のように、この実施の形態4によれば、指向性アンテナを用いて風力発電装置11Aから監視サーバ12へデータを送信できないほどウィンドファーム1Aと監視サーバ12との間に距離があっても、風力発電装置11Aから監視サーバ12へデータを伝送することができる。
[実施の形態5]
図13は、実施の形態5による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図13を参照して、ウィンドファーム1Bは、図1に示したウィンドファーム1の構成において、風力発電装置11に代えて風力発電装置10を備え、タワー100Aおよび送信装置84Bをさらに備える。
図13は、実施の形態5による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図13を参照して、ウィンドファーム1Bは、図1に示したウィンドファーム1の構成において、風力発電装置11に代えて風力発電装置10を備え、タワー100Aおよび送信装置84Bをさらに備える。
タワー100Aは、ウィンドファーム1Bに設けられる複数の風力発電装置10の中で監視サーバ12に最も近いものに隣接して立設される。タワー100Aの高さは、隣接する風力発電装置10と同等である。そして、タワー100Aの上部に送信装置84Bが固設される。
送信装置84Bは、各風力発電装置10のデータを隣接の風力発電装置10から受信し、その受信したデータを地上の監視サーバ12へ送信する。送信装置84Bは、タワー100Aの上部に設けられることにより隣接の風力発電装置10のナセル90に近接して配置されるので、隣接の風力発電装置10からデータを受信するための受信アンテナには無指向性アンテナを用いることができる。
また、送信装置84Bは、回動しないタワー100Aに設けられるので、監視サーバ12へデータを送信するための指向性アンテナをナセルの回動に応じて回転させる回転機構を備えたり、複数の指向性アンテナを備えたりする必要はなく、地上の監視サーバ12に対向するように指向性アンテナを1つ有していればよい。
以上のように、この実施の形態5によっても、ナセル90の回動を考慮することなく、各風力発電装置10において得られる軸受監視データを監視サーバ12へ安定して送信することができる。
[実施の形態6]
この実施の形態6では、実施の形態5と同様にタワー上に送信装置が別途設けられ、送信装置から遠隔の監視サーバ12へのデータ伝送に無線電話網が用いられる。
この実施の形態6では、実施の形態5と同様にタワー上に送信装置が別途設けられ、送信装置から遠隔の監視サーバ12へのデータ伝送に無線電話網が用いられる。
図14は、実施の形態6による監視システムが適用されるウィンドファームの全体図である。図14を参照して、ウィンドファーム1Cは、図13に示したウィンドファーム1Bの構成において、送信装置84Bに代えて送信装置84Cを備える。
送信装置84Cは、携帯電話網200のアクセスポイント210へアクセスするための図示されないアンテナを含む。そして、送信装置84Cは、携帯電話網200のアクセスポイント210へアクセスし、隣接の風力発電装置10から受信した各風力発電装置10の軸受監視データが携帯電話網200を介して監視サーバ12へ送信される。
なお、上述のように、携帯電話網200に代えて図示されない衛星電話網を介して送信装置84Cから監視サーバ12へデータを伝送してもよい。
以上のように、この実施の形態6によっても、各風力発電装置10において得られる軸受監視データを監視サーバ12へ安定して送信することができる。
なお、上記の各実施の形態1~6においては、各風力発電装置10のナセル90内に通信装置82が設けられるものとしたが、図15に示すように、ナセル90の直下におけるタワー100に通信装置82を設置してもよい。また、この場合においては、タワー100は回動しないので、通信装置82において指向性アンテナを用いることも可能である。なお、ナセル90と通信装置82とのデータ伝送は、信号線95を介して行なわれるものとするが、ここのデータ伝送にも無線通信を用いてもよい。
また、上記の各実施の形態においては、主軸20の軸受60に振動センサ70を設置し、軸受監視装置80は、軸受60の状態を監視するものとしたが、増速機や発電機等に用いられるその他の軸受の状態を軸受監視装置80によって監視してもよい。また、振動センサ70とともに、または振動センサ70に代えて、温度センサや、潤滑油やグリース中の鉄粉量を計測するセンサ、AEセンサ(アコースティックエミッションセンサ)等、各種センサを軸受に設置し、これらのセンサからの検出値を用いて軸受監視装置80により軸受の状態を監視してもよい。
なお、上記において、タワー100は、この発明における「支柱」の一実施例に対応し、タワー100Aは、この発明における「もう1つの支柱」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A~1C ウィンドファーム、10,11,11A 風力発電装置、12 監視サーバ、13 受信アンテナ、20 主軸、30 ブレード、40 増速機、50 発電機、60 軸受、70 振動センサ、80 軸受監視装置、82 通信装置、84,84A~84C 送信装置、90 ナセル、91,91-1~91-4 指向性アンテナ、92 回転テーブル、93 回転制御部、94,95 信号線、100,100A タワー、102 テーブル、110 回転角演算部、120 駆動制御部、130 ヨー制御部、140 信号処理部、150 判定部、200 携帯電話網、210 アクセスポイント。
Claims (14)
- 複数の風力発電装置(10,11)と、
前記複数の風力発電装置において得られるデータを遠隔の監視サーバ(12)へ無線により送信するための送信装置(84)とを備え、
前記複数の風力発電装置の各々は、
風力を回転力に変換するブレード(30)と、
前記回転力を電力に変換するための変換装置を格納するナセル(90)と、
前記ブレードおよび前記ナセルを高所において回動自在に支持する支柱(100)と、
前記ナセル内に設けられ、当該風力発電装置に設けられる軸受の状態を監視するための軸受監視装置(80)と、
隣接する他の風力発電装置と無線通信するための通信装置(82)とを含み、
前記複数の風力発電装置の各々が、当該風力発電装置の軸受監視装置において得られるデータおよび隣接の他の風力発電装置から前記通信装置により受信した他の風力発電装置の軸受監視装置のデータをさらに他の風力発電装置へ前記通信装置により送信することによって、前記複数の風力発電装置の各々における軸受監視装置のデータが前記送信装置に収集され、
前記送信装置は、その収集されたデータを前記監視サーバへ無線により送信する、風力発電所の監視システム。 - 前記送信装置は、前記複数の風力発電装置のうち前記監視サーバに最も近い風力発電装置のナセル内に配設される、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記送信装置は、
前記収集されたデータを前記監視サーバへ送信するための指向性アンテナ(91)と、
前記指向性アンテナの通信方向を前記監視サーバの方向に維持するように、前記ナセルの回動に応じて回転する回転テーブル(92)とを含む、請求項2に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記送信装置は、前記収集されたデータを前記監視サーバへ送信するための複数の指向性アンテナ(91-1~91-4)を含み、
前記複数の指向性アンテナは、前記ナセルが回動しても前記複数の指向性アンテナの少なくとも1つから前記収集されたデータが前記監視サーバへ送信されるように、互いに異なる通信方向に配設される、請求項2に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記送信装置は、無線電話網に接続するためのアンテナを含み、
前記収集されたデータは、前記アンテナから前記無線電話網を介して前記監視サーバへ送信される、請求項2に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記複数の風力発電装置のいずれかに隣接して配置され、その隣接する風力発電装置と同等の高さを有するもう1つの支柱(100A)をさらに備え、
前記送信装置(84C)は、前記もう1つの支柱上に配設される、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記送信装置(84A)は、前記複数の風力発電装置のうち前記監視サーバに最も近い風力発電装置のナセル直下における支柱に配設される、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記送信装置は、前記収集されたデータを前記監視サーバへ送信するための指向性アンテナ(91)を含む、請求項6または請求項7に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記送信装置は、無線電話網に接続するためのアンテナを含み、
前記収集されたデータは、前記アンテナから前記無線電話網を介して前記監視サーバへ送信される、請求項6または請求項7に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記通信装置は、無指向性アンテナを含む、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記無指向性アンテナは、当該風力発電装置のナセル内に配設される、請求項10に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記無指向性アンテナは、当該風力発電装置のナセル直下における支柱に配設される、請求項10に記載の風力発電所の監視システム。
- 前記通信装置は、
隣接する他の風力発電装置と通信するための指向性アンテナと、
前記指向性アンテナの通信方向を前記隣接する他の風力発電装置の方向に維持するように、前記ナセルの回動に応じて回転する回転テーブルとを含む、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。 - 前記複数の風力発電装置の各々は、前記軸受の状態を検出するためのセンサ(70)をさらに含み、
前記軸受監視装置は、前記センサの検出データに基づいて前記軸受の状態判定を行なうための演算を実行し、
前記通信装置は、前記軸受監視装置における演算結果を隣接する他の風力発電装置へ送信する、請求項1に記載の風力発電所の監視システム。
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