JP2009203873A - 飛来物検知システム、風力発電装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【目的】 風力発電装置において、バードストライクを効率的に減らす飛来物検知システムを提供する。
【構成】 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置における風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムである。前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段と、 回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手段と、 前記撮影手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、 そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、 その検出手段の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電装置に対して近づいてくる飛来物（主に鳥類）がある場合に、その飛来物がブレードに衝突する事態を回避する技術、およびそれに関連する技術に関する。

近年、単機あたりの出力を向上させるため、風力発電装置は大型化している。一般的な大型の風力発電装置は、高さ３０〜８０メートル程度のタワーに設置され、そのような風力発電装置のブレードは２０〜５０メートルであるので、最高位は地上から１３０メートルにも達する。
このような高さは、当該風力発電装置が設置された場所の近隣に生息する鳥類（猛禽類など）の飛行高さ、渡り鳥の巡航飛行の高さに達する場合もある。そして、飛行する鳥類は高速で回転するブレードを視認しにくいためか、ブレードに衝突して絶命する事故（バードストライク）が発生している。

バードストライクや飛来物の衝突事故を防止するための技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特開２００６−１２５２６５号公報

この特許文献１に開示される風力発電装置は、音波または電磁波の受発信によって風上前方の飛来物を検知可能な飛来物検知装置と、回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備える。飛来物が接近してきたと判断した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するのである。

特許文献１に開示される技術には、以下のような問題があった。
まず、音波または電磁波の受発信での飛来物検知であるので、音速が限界であり、カメラなどによる画像データ取得に比べて、処理スピードが遅い。
また、音波または電磁波の受発信を実行するための装置を採用すると、設備コストおよび運用コストが膨大に膨らんでしまう。超音波の発射角度が限られているため、音波または電磁波の受発信が数多く必要となるからである。その場合には、制御に係るシステムの大型化、メンテナンスの複雑化などが伴うこととなってしまう。
更に、ウィンドファームのように、風力発電装置が多数設置されていると、探査しなければならない領域が広がり、多くのハードウェアが必要となってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置において、音波または電磁波の受発信を行わずに探査の処理速度を向上できる技術を提供することである。

ここで、請求項１から請求項６に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知システムを提供することにある。
また、請求項７から請求項８に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供することにある。
また、請求項９から請求項１３に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知または風力発電装置の制御プログラムを提供することにある。

図中の記号を括弧書きとして，各請求項による上記課題の解決手段を提示する。
（請求項１）
請求項１記載の発明は、 地上に立設させたタワー(13)、そのタワー(13)に固定されたナセル(11)、およびそのナセル(11)に対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレード(12)を備えた風力発電装置(10)における風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムに係る。
すなわち、前記ナセル(11)における反ブレード(12)側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段(20)と、 回転するブレード(12)が撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段(20)が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手段と、 前記撮影手段(20)が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、 そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、 その検出手段の検出結果を風力発電装置(10)に出力する検出結果出力手段と、を備えた飛来物検知システムである。

（用語説明）
「撮影手段」とは、たとえば、デジタルデータへの変換が容易な撮影装置が一般的である。「Ｃ−ＭＯＳセンサ」を採用すると、ＣＣＤ素子よりも露光時間の制御が容易であり、飛行速度の速い鳥類の画像を捉えるのに適している。また、曇天などで自然光が不足している場合にも、ＣＣＤ素子よりも適している。
「モノクロ撮影」とすると、カラーのＣ−ＭＯＳセンサよりも約３倍の感度を引き出せる。例えば、ローノイズでダイナミックレンジを採用した高感度、５００ｆｐｓの高速度での静止画撮影が可能なモノクロのＣ−ＭＯＳセンサであれば、曇天時における３０ｆｐｓ程度のシャッター速度での撮影が可能となる。
「飛来物」とは、鳥類などの生き物の他、風に飛ばされてくる物体を含む。
「飛来物検知システム」とは、撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を確認するシステムである。風力発電装置は発電効率を最大とするために風上を向くようにしている。
「検出結果」は、風力発電装置の運転制御に用いられる。たとえば、ブレード(12)を「回転停止ポジション」へ変更すべき制御信号を出力するためのトリガとして用いられる。

「回転停止ポジション」とは、ブレードが風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレードの回転を停止させる場合も含む。回転の減速制御手段としては、ブレード全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード形状とピッチ角とを選択させるとともに停止時にはブレード先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
なお、風力発電装置はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間が掛かるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。

（作用）
風力発電装置が稼働している場合、ブレード(12)は、風上に向いており、撮影手段(20)も風上を向いている。回転するブレード(12)が風上の撮影領域を遮らないタイミングにて、撮影制御手段が撮影手段(20)を制御し、撮影手段(20)が当該撮影領域を撮影する。 撮影手段(20)が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工をデータ加工手段が実行し、加工された加工データから検出手段が飛来物を検出する。その検出結果は、検出結果出力手段が風力発電装置(10)に出力する。
検出手段が飛来物を探知した場合には、たとえば、風力発電装置におけるブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する。その結果、ブレードの回転は停止または十分な減速をする。 停止または十分な減速をしているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。
風上以外の方向から飛来物が飛来する確率はきわめて低い一方、撮影手段は必ず風上を向くのでブレードに飛来物が衝突する確率を合理的に低めることとなる。撮影手段の設置数が少なくて済むからである。

（請求項２）
請求項２記載の発明もまた、地上に立設させたタワー(13)、そのタワー(13)に固定されたナセル(11)、およびそのナセル(11)に対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレード(12)を備えた風力発電装置(10)における風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムに係る。 請求項１に記載の飛来物検知システムとの相違は、請求項１に係る撮影制御手段を備えず、代わりに撮影データ取得手段を備える点である。
すなわち、 前記ナセル(11)における反ブレード(12)側に風上側を撮影領域とする撮影手段(20)を備えるとともに、 その撮影手段(20)が取得した撮影画像から回転するブレード(12)が撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手段と、 その撮影データ取得手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、 そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、 その検出手段の検出結果を風力発電装置(10)に出力する検出結果出力手段と、を備えた飛来物検知システムである。

（作用）
風力発電装置が稼働している場合、ブレード(12)は、風上に向いており、撮影手段(20)も風上を向いている。そして、撮影手段(20)が風上の撮影領域を撮影する。
撮影データ取得手段は、その撮影手段(20)が取得した撮影画像から、回転するブレード(12)が撮影領域を遮る画像を省く。取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工をデータ加工手段が実行し、加工された加工データから検出手段が飛来物を検出する。その検出結果は、検出結果出力手段が風力発電装置(10)に出力する。
その出力を得た風力発電装置の作用については、請求項１の作用と同様であるので省略する。

（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の飛来物検知システムを限定したものである。
すなわち、前記のデータ加工手段は、複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換するオプティカルフロー処理を含むこととしたことを特徴とする。

（用語説明）
「オプティカルフロー処理」とは、たとえば、毎秒３０フレーム程度のレートで連続する画像列に対して、各画素が次フレームにおけるどこに移動したかを判定計測する処理方法である。注目画素(a notice pixel)と、その注目画素に隣接したり近傍にある近傍画素(neighboring pixels)からなるブロック領域の設定法は、経験値などから割り出した一定のものを使用する場合と、変化に応じて変動させられる場合とがある。

（作用）
オプティカルフロー処理によれば、飛来物がなければ画面は白いままであり、飛来物のように動きのあるものがあれば、速度場表示が可能である。したがって、きわめて簡単に飛来物の検出が可能である。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の飛来物検知システムを限定したものであり、 前記の撮影手段は、複数の撮影装置を備えたことを特徴とする。

（用語説明）
「複数の撮影装置」は、それぞれ撮影のタイミングが異なる。また、撮影領域も異なる。したがって、一方の撮影装置によって得られた撮影データを他方の撮影装置の撮影データによって補正、補完することで、飛来物の位置情報を正確に割り出す、といった使い方が可能となる。
なお、撮影装置が複数であることは、一つの風力発電装置に対して複数を意味するだけでなく、たとえば、隣接する二つの風力発電装置にそれぞれ一つずつ設けることによって複数であることをも含む。

（請求項５）
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の飛来物検知システムを限定したものであり、 前記の撮影制御手段は、風力発電装置からの発電出力信号を用いて撮影制御を実行することとしたことを特徴とする。

（用語説明）
「発電出力信号」とは、以下のようなものである。すなわち、風力発電装置は交流電源となるので、発電としての出力の電圧を測定すると時系列で変化する（サインカーブに類似する）。その電圧変化からブレードの位置が割り出せるので、ブレードが撮影領域を遮るタイミングには撮影手段による撮影を行わないように制御することが可能となる。

（請求項６）
請求項６記載の発明は、請求項１に記載の飛来物検知システムを限定したものであり、 前記の撮影制御手段は、風力発電装置におけるブレードの位置信号を用いて撮影制御を実行することとしたことを特徴とする。
「ブレードの位置信号」は、たとえばブレードの根本付近に磁石を固定し、その磁石と反応するホール素子をナセル側に配置することで、位置信号を得ることができる。また、ブレードの裏面に反射板を固定しておき、撮影手段に発光手段と受光手段とを備えておけば、位置信号を得ることができる。

（請求項７）
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の飛来物検知システムを備えた風力発電装置に係り、 飛来物検知システムにおける検出結果出力手段の検出結果に応じて、ブレードの回転を制御するブレード制御手段を備える。

（請求項８）
請求項８記載の発明は、請求項２に記載の飛来物検知システムを備えた風力発電装置に係り、 飛来物検知システムにおける検出結果出力手段の検出結果に応じて、ブレードの回転を制御するブレード制御手段を備える。

（請求項９）
請求項９記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置に対し、前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段を用いて風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知プログラムに係る。
そのプログラムは、 回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手順と、 その撮影制御手順による制御にて前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、 その撮影手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、 そのデータ加工手順によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、 その検出手順の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手順と、を飛来物検知システムの制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。

（請求項１０）
請求項１０記載の発明は、地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置に対し、前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段を用いて風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知プログラムに係る。
そのプログラムは、 前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、 その撮影手順にて取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手順と、 その撮影データ取得手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、 そのデータ加工手順にて加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、 その検出手順の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手順と、を飛来物検知システムの制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。

（請求項１１）
請求項１１記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置を制御するコンピュータプログラムに係る。
そのプログラムは、 回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手順と、 その撮影制御手順による制御にて前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、 その撮影手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、 そのデータ加工手順によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、 その検出手順の検出結果を出力する検出結果出力手順と、 その検出結果出力手順による検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手順と、を風力発電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。

（請求項１２）
請求項１２記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置を制御するコンピュータプログラムに係る。
そのプログラムは、 前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、 その撮影手順にて取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手順と、 その撮影データ取得手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、 そのデータ加工手順にて加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、 その検出手順の検出結果を出力する検出結果出力手順と、 その検出結果出力手順による検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手順と、を風力発電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。

（請求項１３）
請求項１３記載の発明は、請求項９から請求項１２のいずれかに記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、 前記のデータ加工手順では、複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換するオプティカルフロー処理手順を含むことを特徴とする。

請求項９から請求項１３に係るコンピュータプログラムをチップ化し、飛来物検知システムの制御装置、または風力発電装置の制御装置とすることもできる。
また、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。

ここで、請求項１から請求項６に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知システムを提供することができた。
また、請求項７から請求項８に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供することができた。
また、請求項９から請求項１３に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知または風力発電装置の制御プログラムを提供することができた。

本願発明の実施の形態について、図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図８である。図１は第一の実施形態を示す概念図であり、図２はハードウェア構成図である。図３は、撮影制御の手法の一例を示す説明図である。図４から図７は、他の実施形態を示すハードウェア構成図である。図８は、運転制御の一例を示すフローチャートである。

（図１）
図１は、風力発電装置１０と、撮影手段２０との位置関係を示している。
風力発電装置１０は、地上に立設させたタワー１３、そのタワー１３に固定されたナセル１１、およびそのナセル１１に対してハブを介して回転自在に固定された三枚のブレード１２を備えている。そして、図１[Ａ]に示すように、ナセル１１の上面における反ブレード１２側には、風上側を撮影領域とする撮影手段２０を固定している。

撮影手段２０は、風力発電装置１０の風上を撮影するためにレンズを前方に向けている。ブレード１２の位置が図１[Ｂ]の状態であれば風上の撮影が可能であるが、図１[Ｃ]の状態であると、撮影領域をブレード１２の一枚が遮ってしまう。そこで、撮影制御手段を備えることによって、ブレード１２によって遮られない撮影を実行するのである。

（図２）
図２には、飛来物検知システムと、風力発電装置とを図示している。
風力発電装置の発電出力信号入手手段が発電出力信号を飛来物検知システムの撮影制御手段に送る。発電出力信号を受信した撮影制御手段は、撮影制御信号を撮影手段に出力し、撮影を制御する。すなわち、回転するブレード１２が風上の撮影領域を遮らないタイミングにて、撮影手段２０が風力発電装置の風上における撮影領域を撮影する。撮影の制御については、図３を用いて後述する。

撮影手段２０が撮影データを取得したら、その撮影データは、データ加工手段に送られる。データ加工手段は、飛来物の検知に適したデータ加工を実行する。具体的には、例えば，複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換するオプティカルフロー処理を実行することになる。たとえば毎秒３０フレーム程度のレートで連続する画像列に対して、各画素が次フレームにおけるどこに移動したかを判定計測する。それによって飛来物のように動きのあるものがあれば、速度場表示が可能である。

加工された加工データからは、検出手段が飛来物を検出する。速度場の表示が所定以上の大きさであれば、飛来物であると自動認識される。更に、その速度場による表示ベクトルが風力発電装置に向かっていると判断された場合には、風力発電装置のブレード制御手段に、検出結果出力手段がブレード制御信号を出力する。
たとえば、ブレード１２を回転停止ポジションに変更するように制御する。その結果、ブレード１２の回転は停止または十分な減速をする。 停止または十分な減速をしているブレード１２であれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレード１２はハブから放射状に３枚固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレード１２に衝突する確率を低めることができる。
風上以外の方向から飛来物が飛来する確率はきわめて低い一方、撮影手段２０は必ず風上を向くので、ブレード１２に飛来物が衝突する確率を合理的に低めることとなる。撮影手段２０の設置数が少なくて済むからである。

（図３）
図３は、風力発電装置の発電機の出力信号に基づいて、ブレード１２の回転位置を認識し、撮影手段２０の撮影時間を制御するためのトリガ信号を出力する様子を示している。
風力発電装置は交流電源となるので、発電としての出力の電圧を測定すると時系列で変化する（サインカーブに類似する）。その電圧変化からブレードの位置が割り出せるので、ブレードが撮影領域を遮るタイミングには撮影手段による撮影を行わないように、撮影手段へのトリガ信号を出力する。ただし、撮影手段にはトリガ信号に対する作動の遅れがあるので、その遅れ時間を考慮したトリガ信号でなければならない。

（図４）
図４に示すのは、第二の実施形態である。図２に示した第一の実施形態との相違点は、以下の点である。
すなわち、第一の実施形態が撮影手段に対する撮影のタイミングを制御した。これに対して、第二の実施形態では、撮影を連続して行う代わりに、ブレードが撮影されてしまう画像を削除する不要データ削除手段を飛来物検知システム内に備えている。
その不要データ削除手段は、第一の実施形態と同じように、発電出力信号入手手段から発電出力信号を受け取り、その信号データと撮影データとの時間から、不要データを特定するための不要データ特定用信号を、データ加工手段に対して出力するのである。これによって、第一の実施形態と同様の効果が得られる。

（図５）
図５に示すのは、第三の実施形態である。図２や図４に示した実施形態との相違点は、以下の点である。
すなわち、第一および第二の実施形態は風力発電装置の発電出力信号入手手段からの発電出力信号を用いて、撮影手段を制御し、あるいはデータ加工手段から不要なデータを削除した。一方の第三の実施形態では、不要なデータは、過去の撮影データを蓄積した撮影データベースから比較用データなどをデータ加工手段が取得し、不要データを削除するのである。
これによれば、風力発電装置からのデータが不要となる、というメリットがある。ただし、演算処理に時間が掛かるというデメリットがある。

第一から第三の実施形態は、それぞれ独立しているとすることもできるが、それぞれを組み合わせた実施形態を提供することも可能である。たとえば、平常時には第一の実施形態とし、風力発電装置に異常があった場合などに第三の実施形態に切り替える、といった形態は好ましい。

（図６）
図６には、第四の実施形態を示す。第四の実施形態は、一つの風力発電装置に二つの撮影手段を備えたものである。すなわち、風上に向かってナセル１１の左側に第一カメラ２１を、ナセル１１の右側に第二カメラ２２を固定している。
二つの撮影手段２１，２２を備え、それぞれの撮影データを複合的に（ステレオ的に）用いることによって、風の進行方向の測定誤差、飛来物の飛行速度などの測定誤差を軽減することができる。

（図７）
図７には、第五の実施形態を示す。第五の実施形態は、隣り合う二つの風力発電装置に、それぞれ一つずつ撮影手段を備え、それらの撮影手段の撮影データを複合的に用いるものである。第四の実施形態に比べて風の進行方向に直角となる平面方向の距離を稼げるので、風の進行方向の測定誤差を減らすことができる。また、風力発電装置が多数設置されるウィンドファームにおける撮影手段の総数を、飛来物検知能力を低下させることなく抑制することができる。

図示は省略するが、飛来物検知システムが検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備えてもよい。そして、前述のブレード角度制御手段は、その予想到達時間に達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することとしてもよい。飛来物の接近を検知して回転停止と判断した場合は、ブレード角度制御手段がブレード角度を変更してブレードの回転を停止するために必要な時間（たとえば３秒前後）を確保する。

（図８）
図８を用いて更に詳しく説明する。図８に示すのは、制御の一例を示すフローチャートである。
風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する。ここで、飛来物検知システムが風上に飛来物を検知しなければ、運転を継続する。
ここで、飛来物を検知したとする。すると、飛来物を連続的に探査することにより、飛来物に関するデータを所定時間記憶したり、直前のデータと比較演算したりする。そして、飛来物が接近してきた場合には、飛行速度Ｖやその距離Ｘから飛来物の到達予測時間を算出し、ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジション（フェザリング）に変更するように制御する。そして、飛来物の到達予測時間前にブレードの回転を停止させる。
なお、以上のような制御プログラムは、ブレードの制御装置に組み込まれる。

停止しているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。飛来物検知システムは，接近したか否かを判断するので、飛来物を一旦検知したが接近しないと判断されれば、衝突の可能性が少なく、発電を無駄に停止させずに済む。

飛来物検知システムとしては、撮影およびオプティカルフロー処理に基づいて飛来物の存在を確認する装置のみではなく、音波または電磁波を発振してその反射波を捉えることによって飛来物の存在を確認する装置、または熱感知装置を併用することもできる。
熱感知装置を採用すると、鳥類などの生き物のように、周囲よりも温度が高い飛来物しか検知できないが、夜間や吹雪などの悪天候時には、音波や電磁波を発信する飛来物検知システムよりも飛来物の検知が正確に行えるという利点がある。

なお、前記の飛来物検知システムは、超音波の発射角度が限られているため、風上に対して発射する。このため、風向風速計と連動して風上を向くナセルに内蔵されている。
風向風速計の測定によって、風速の測定値が所定以上である場合には、ブレードの角度などを制御して突風に伴うブレードの破損事故を未然に回避することが可能となる。

本願発明は、風力発電装置および飛来物検知システムの製造業、風力発電装置または飛来物検知システムの保守メンテナンス業、飛来物検知システムのためのソフトウェア開発業などにおいて、利用可能性がある。

第一の実施形態を示す概念図である。 第一の実施形態を示すハードウェア構成図である。 撮影制御の手法の一例を示す説明図である。 第二の実施形態を示すハードウェア構成図である。 第三の実施形態を示すハードウェア構成図である。 第四の実施形態を示すハードウェア構成図である。 第四の実施形態のバリエーションを示すハードウェア構成図である。 運転制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 風力発電装置 １１ ナセル
１２ ブレード １３ タワー
２０ 撮影手段 ２１ 第一カメラ
２２ 第二カメラ

Claims (13)

1. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置における風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムであって、
   前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段と、
   回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手段と、
   前記撮影手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、
   そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、
   その検出手段の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手段と、を備えた飛来物検知システム。
2. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置における風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムであって、
   前記ナセルにおける反ブレード側に風上側を撮影領域とする撮影手段を備えるとともに、
   その撮影手段が取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手段と、
   その撮影データ取得手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、
   そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、
   その検出手段の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手段と、を備えた飛来物検知システム。
3. 前記のデータ加工手段は、複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換するオプティカルフロー処理を含むこととした請求項１または請求項２のいずれかに記載の飛来物検知システム。
4. 前記の撮影手段は、複数の撮影装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の飛来物検知システム。
5. 前記の撮影制御手段は、風力発電装置からの発電出力信号を用いて撮影制御を実行することとした請求項１に記載の飛来物検知システム。
6. 前記の撮影制御手段は、風力発電装置におけるブレードの位置信号を用いて撮影制御を実行することとした請求項１に記載の飛来物検知システム。
7. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置であって、
   前記ナセルにおける反ブレード側に風上側を撮影領域とする撮影手段と、
   回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手段と、
   前記撮影手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、
   そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、
   その検出手段の検出結果を出力する検出結果出力手段と、
   その検出結果出力手段の検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手段と、
   を備えたことを特徴とする風力発電装置。
8. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置であって、
   前記ナセルにおける反ブレード側に風上側を撮影領域とする撮影手段を備えるとともに、
   その撮影手段が取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手段と、
   その撮影データ取得手段が取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手段と、
   そのデータ加工手段によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手段と、
   その検出手段の検出結果を出力する検出結果出力手段と、
   その検出結果出力手段の検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手段と、
   を備えたことを特徴とする風力発電装置。
9. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置に対し、前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段を用いて風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知プログラムであって、
   そのプログラムは、 回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手順と、
   その撮影制御手順による制御にて前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、
   その撮影手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、
   そのデータ加工手順によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、
   その検出手順の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手順と、を飛来物検知システムの制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
10. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置に対し、前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段を用いて風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知プログラムであって、
    そのプログラムは、 前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、
    その撮影手順にて取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手順と、
    その撮影データ取得手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、
    そのデータ加工手順にて加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、
    その検出手順の検出結果を風力発電装置に出力する検出結果出力手順と、を飛来物検知システムの制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
11. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置を制御するコンピュータプログラムであって、
    そのプログラムは、 回転するブレードが撮影領域を遮らないタイミングで前記撮影手段が撮影可能であるように撮影を制御する撮影制御手順と、
    その撮影制御手順による制御にて前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、
    その撮影手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、
    そのデータ加工手順によって加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、
    その検出手順の検出結果を出力する検出結果出力手順と、
    その検出結果出力手順による検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手順と、を風力発電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
12. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、風上からの飛来物を検知可能な飛来物検知システムを備えた風力発電装置を制御するコンピュータプログラムであって、
    そのプログラムは、 前記ナセルにおける反ブレード側に備えられた風上側を撮影領域とする撮影手段が撮影する撮影手順と、
    その撮影手順にて取得した撮影画像から回転するブレードが撮影領域を遮る画像を省く撮影データ取得手順と、
    その撮影データ取得手順にて取得した撮影データを用いて飛来物の検知に適したデータ加工を実行するデータ加工手順と、
    そのデータ加工手順にて加工された加工データから飛来物を検出する検出手順と、
    その検出手順の検出結果を出力する検出結果出力手順と、
    その検出結果出力手順による検出結果に応じてブレードの回転を制御するブレード制御手順と、を風力発電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
13. 前記のデータ加工手順では、複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換するオプティカルフロー処理手順を含むこととした請求項９から請求項１２のいずれかに記載のコンピュータプログラム。

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