風力タービンの監視

風力タービンの状態監視

風力タービンの状態監視は、風力タービンの動作の変化をできるだけ早期に検出することを目的としています。主な目的は、性能低下と経済コストを最小限に抑えるために、障害の発生を予測することです。特定のパラメータを常時監視し、「正常な」運転時に得られるパラメータと比較することで実施されます。

状態監視は風力タービンの駆動系コンポーネントの監視に重点を置いています。DEWESoftはシャフト，ベアリング，ギアボックス，発電機などあらゆる回転機械の状態監視ソリューションを提供しています。

風力タービンの状態監視に最も一般的に使用されるセンサは次のとおりです。

• ベアリングの異常やギヤの歯の異常を検知する加速度センサ
• 過熱を検知する温度センサ
• 圧力センサ
• 回転数センサ - 可変速風力タービンのオーダトラッキング解析
• 発電機の故障を特定するための電流信号を計測する電流クランプ
• オイルベースセンサ - 含水量，破片，粒子濃度を検出

風力タービンの構造健全性モニタリング

基礎，ブレード，タワーなどの構造部品の状態監視は、構造ヘルスモニタリングと呼ばれています。風力タービンの構造部品の故障は、風力タービンの運用コストに大きく影響し、場合によってはタービンの完全な損失（タワーの倒壊）につながることもあります。

洋上風力タービンは、特に過酷な環境（風，波の負荷，応力，腐食）にさらされ、リスクが高くなります。そのためメンテナンスコストを削減し致命的な故障を回避するためには、構造部品のモニタリングを実施することが不可欠です。

風力タービンの構造健全性モニタリングに最も一般的に使用されるセンサは次のとおりです。

• 加速度計 - OMA（動作モード解析）を実行
• ひずみゲージ - 負荷がかかった状態での設計の仮定を検証
• 温度センサ - 特に温度補正のためにひずみゲージと組み合わせる
• 傾斜計 - タワーの安定性を監視
• 風向風速計 - 風速と風向を監視
• 波レーダ - 波の高さを監視

DEWESoftは、風力タービンの構造部品の状態を評価するために必要なすべてのパラメータ（振動，ひずみ，傾斜，温度測定）を監視するためのSHMソリューションを提供します。

風力タービンの振動モニタリング

風力タービンの振動モニタリングは、風力タービンの状態監視において最も一般的に使用される手法です。これは、回転機械の損傷のほとんどが、発生した障害に固有の周波数で、より高い振動レベルとして反映されるためです。

構造健全性モニタリングの場合、発生中の障害を検出するために、振動データを収集して運転モード解析を実行します。幾何学的特性や剛性特性の変化は、モーダル形状，減衰比，固有振動数などのモーダル特性の変化として反映されます。

DEWESoftは、構造物の振動モニタリング用に特別に設計された、データ収録機能を統合した最先端の3軸加速度計（IOLITE-3xMEMS-ACC）を提供しています。収録＆解析ソフトウェアDewesoftXは、幅広い振動計算機能を提供します。運用モード解析の実行や構造物の健全性評価を容易にするために、エクスポートオプションが用意されています。

風力タービンのモニタリング機器

• 加速度および傾斜計測：IOLITEiw-3xMEMS-ACC-INCは、EtherCATインタフェースを備えた3軸MEMS加速度計および静的傾斜計です。風力タービンの振動解析用に8 gの計測範囲を提供します。
• キャビネット：DEWESoftでは、すべての機器にあらかじめ設置したカスタムメイドのキャビネットを提供することができます。
• 産業用PC： 当社製またはサードパーティ製の産業用コンピュータを提供し、設置されたセンサを取得するためにDewesoftXソフトウェアを実行します。電源とUPSもご利用いただけます。
• ケーブル：EtherCATデバイスのデイジーチェン接続には、1本のCAT6ケーブルを使用します。安価なケーブルからハイエンドの堅牢なケーブル (UV 耐性，耐油，耐オゾン，耐水湿，シールド，難燃，煙やその他の酸性ガスの低発煙，ハロゲンフリー) やオフショア認証 (NEK606準拠の耐MUD) ケーブルを提供しています。
• 取付金具：DEWESoftは特注の取付金具やその他のアクセサリを提供できます。
• その他のアクセサリ：ケーブルの折れ曲がりやつぶれを防止するため、ケーブルの引き裂き保護を提供できます。ケーブルトレイがないタワーにケーブルを固定するためのケーブルクランプ（マグネット付き）もご要望に応じて提供します。

監視システムアーキテクチャ

DEWESoftモニタリングシステムは、EtherCATインタフェースを備えた分散型データ収録デバイスをベースにしています。DAQデバイスはデータ通信，電源供給，同期のために1本のケーブルでデイジーチェン接続されます。デバイスはEtherCATスレーブデバイスとして動作し、DewesoftXソフトウェアを実行するPCはEtherCATマスタとして動作します。

DAQデバイスからの生データは、収録＆解析ソフトウェアDewesoftXを実行する計測ユニットによって収録および処理されます。DewesoftX は設定可能なトリガー記録と演算機能を幅広く提供します。データはTCP/IPネットワーク経由でバッチファイルとして工場やクラウドサーバに送信したり、OPC UAプロトコル経由でストリーミングすることができます。

データはクライアントPC上でアクセス，表示，解析したり、時系列データベース（Historian）に保存し、OPC/UA，XCP，Rest APIなどの標準インタフェースを使用してSCADAシステムやクラウドソフトウェアに提供することもできます。まさにインダストリー4.0対応のアーキテクチャです。

同じタワー上のEtherCATデバイスはEtherCATチェーン上で同期され、1usまでの同期が可能です。異なるタワー間のEtherCATデバイスは、ローカルNTPサーバに同期します。両デバイス間の同期はネットワークの遅延に依存しますが、10ms以内と予想されます。より良い同期が必要な場合は、GPS同期オプションも提供しています。

堅牢な分散型データ収録デバイス

DEWESoftは、広い温度範囲（-40～85℃）、大きなストレス下、湿度の高い環境下でも問題なく動作する堅牢なデータ収録システムを提供しています。当社の堅牢なシステムは、IP67の環境保護と100Gの衝撃保護に対応しています。

デバイスは簡単に分散できるため、構造物に設置されたセンサの近くに配置できます。これによりセンサのケーブルが短くなり、信号品質が向上し、ケーブルエラーの可能性とケーブルコストが減少します。DAQシステムは1チャネルまで分散できます。

EtherCAT プロトコルは、大規模な構造物にデバイスを簡単に分散できるようにします。デバイスはノード間で最大50mまで拡張できます。データ，電力，同期には1つの電源が使用されます。これはEtherCATから光ファイバーコンバータを使用してさらに拡張できます。

風力発電所モニタリングのための
柔軟なデータストレージ戦略

収録＆解析ソフトウェアDewesoftXは、データフローの簡単で柔軟な設定を提供します。構造体の近くにローカルにデータを保存することも、OPC UAのような標準インタフェースを使用して、クラウドやデータベースに遠隔地からデータを送信して保存することもできます。データフローの設定方法に制限はありません。

DewesoftXはインストールフリーなので追加費用なしで、デスクトップまたはWebベースのビュークライアントを無制限に接続して、リアルタイムにデータを監視することができます。

時系列データベースストレージ
DEWESoft Historian（ヒストリアン）

Historianソフトウェアパッケージは、長期的なデータ保存のための時系列データベースを提供します。データベースはローカル，リモートサーバ，クラウドのいずれかに配置することができます。このソリューションはInfluxDB時系列データベースオープンソースプロジェクトに基づいています。

Historian は、履歴データに役立ついくつかの機能を提供します。

• 生データと縮小データ：生データは詳細な解析のために常に計測ユニットに保存されますが、Historian はクラウドデータベースに縮小データを長期保存する役割を果たします。
• データの安全性と再送信：計測ハードウェアとデータベース間の接続が失われた場合、データは計測ユニットのローカルに安全に保存され、接続が可能になった時点でデータベースに再送信されます。
• 傾向と解析：履歴データはいつでも Historian データベースから呼び出して読み込むことができ、傾向解析だけでなく詳細な解析や根本原因の特定に使用できます。
  

ケーススタディ洋上風力タービンタワーのモニタリング

多くの洋上風力タービンファーム管理者は、タワーの構造健全性を継続的に監視するための計測技術を導入しています。構造健全性モニタリングの実施には、様々なセンシング技術や手法が使用されています。最も広く使用されているのは、振動ベースの技術で、動作モード解析（OMA）としても知られています。