(57)【要約】  導入が容易な状態監視システム、状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体を提供する。状態監視システム（１）は、取得部（１１）と、生成部（１２）と、を備える。取得部（１１）は、変換装置（４）の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置（２）から、電気信号の波形を表す波形データを取得する。生成部（１２）は、波形データを用いて、変換装置（４）に関する状態を監視するための解析用データを生成する。生成部（１２）は、駆動周波数の値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求める。生成部（１２）は、少なくとも周波数と、特徴量と、駆動周波数との３つの変数を含む、解析用データを生成するように構成されている。
2018139505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視システムであって、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する取得部と、
前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する生成部と、を備え、
前記生成部は、
前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求め、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成するように構成されている
状態監視システム。
【請求項２】
前記生成部は、前記解析用データについて前記駆動周波数を軸に並び替えるソート処理を行うように構成されている
請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項３】
前記解析用データは、前記特徴量を画素値とする画素が、前記周波数と前記駆動周波数とを軸に二次元配置された画像を表示するためのデータである
請求項１又は２に記載の状態監視システム。
【請求項４】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視システムであって、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する判定部を備え、
前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである
状態監視システム。
【請求項５】
前記判定部は、前記解析用データにおいて、前記周波数の値のうち、特定周波数の値に対応する、前記特徴量の値に基づいて、前記変換装置に関する状態を判定するように構成されている
請求項４に記載の状態監視システム。
【請求項６】
前記判定部は、少なくとも前記駆動周波数ｆｘ、前記周波数ｆｙ、及び係数ｎを用いて、所定の関係式で表される前記駆動周波数の値と前記周波数の値との複数の組み合わせに対応する前記特徴量の値が、所定の条件を満たすときの前記係数ｎを特定し、特定された前記係数ｎの値から前記特定周波数を特定するように構成されている
請求項５に記載の状態監視システム。
【請求項７】
前記所定の関係式は、前記電気信号の基準周波数ｆｓ１を更に用いて、
ｆｙ＝ｆｓ１＋ｎ×ｆｘ
で表される
請求項６に記載の状態監視システム。
【請求項８】
前記可動子は、前記駆動周波数にて回転運動するように構成されている
請求項１〜７のいずれか１項に記載の状態監視システム。
【請求項９】
前記可動子は、界磁巻線を有しており、
少なくとも前記界磁巻線の出力を用いて前記駆動周波数の値を求める推定部を更に備える
請求項８に記載の状態監視システム。
【請求項１０】
前記変換装置は、発電設備を構成する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の状態監視システム。
【請求項１１】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視方法であって、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する取得処理と、
前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する生成処理と、を有し、
前記生成処理では、
前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求め、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成する
状態監視方法。
【請求項１２】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視方法であって、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する判定処理を有し、
前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである
状態監視方法。
【請求項１３】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視させるための状態監視プログラムであって、
コンピュータシステムに、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する取得処理と、
前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する生成処理と、を実行させ、
前記生成処理では、
前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求め、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成する
状態監視プログラム。
【請求項１４】
可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視プログラムであって、
コンピュータシステムに、
前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する判定処理を実行させ、
前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである
状態監視プログラム。
【請求項１５】
請求項１１に記載の状態監視方法で生成された前記解析用データを記録する
記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に状態監視システム、状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体に関する。より詳細には、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置の状態を監視するための状態監視システム、状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動センサを用いて、風力発電装置のような発電設備の異常の有無を検知する状態監視システム（風力発電装置の状態監視装置）が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の風力発電装置は、タワーの上部に設置されたナセルと、ブレードが取り付けられた回転体（ロータヘッド）とを有しており、回転体には、ナセルの内部に導入される主軸が接続されている。主軸は、出力軸に発電機が接続される増速機の入力軸に連結されている。【０００３】
特許文献１に記載の状態監視システムは、主軸用の軸受の機械的な振動を検出する振動センサ、及び風力発電装置に生じる機械的な振動を検出する振動センサを備えている。この状態監視システムは、これらの振動センサの出力を用いて、軸受の異常、及びタワーの機械強度（剛性）の低下などを監視する。これらの振動センサは、例えば圧電素子を用いた加速度センサによって構成され、風力発電装置で生じる機械的な振動を検出するために、振動の発生場所の近傍、つまりナセルの内部又はナセルの近傍に設けられる。【０００４】
しかし、上述したような従来の状態監視システムでは、振動センサを、振動の発生場所の近傍に設置する必要がある。したがって、例えば風力発電装置の場合には、ナセルなどの高所に振動センサを設置する必要があるため、振動センサの設置に非常に手間がかかり、状態監視システムの導入の妨げとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７２００６号
【発明の概要】
【０００６】
本開示は上記事由に鑑みてなされており、導入が容易な状態監視システム、状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
第１の態様に係る状態監視システムは、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視システムである。前記状態監視システムは、取得部と、生成部と、を備える。前記取得部は、前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する。前記生成部は、前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する。前記生成部は、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求める。前記生成部は、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成するように構成されている。
【０００８】
第２の態様に係る状態監視システムでは、第１の態様において、前記生成部は、前記解析用データについて前記駆動周波数を軸に並び替えるソート処理を行うように構成されている。
【０００９】
第３の態様に係る状態監視システムでは、第１又は２の態様において、前記解析用データは、前記特徴量を画素値とする画素が、前記周波数と前記駆動周波数とを軸に二次元配置された画像を表示するためのデータである。
【００１０】
第４の態様に係る状態監視システムは、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視システムである。前記状態監視システムは、判定部を備える。前記判定部は、前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する。前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される。前記解析用データは、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである。
【００１１】
第５の態様に係る状態監視システムでは、第４の態様において、前記判定部は、前記解析用データにおいて、前記周波数の値のうち、特定周波数の値に対応する、前記特徴量の値に基づいて、前記変換装置に関する状態を判定するように構成されている。
【００１２】
第６の態様に係る状態監視システムでは、第５の態様において、前記判定部は、所定の関係式で表される前記駆動周波数の値と前記周波数の値との複数の組み合わせに対応する前記特徴量の値が、所定の条件を満たすときの前記係数ｎを特定する。前記所定の関係式は、少なくとも前記駆動周波数ｆｘ、前記周波数ｆｙ、及び係数ｎを用いて表される。前記判定部は、特定された前記係数ｎの値から前記特定周波数を特定するように構成されている。
【００１３】
第７の態様に係る状態監視システムでは、第６の態様において、前記所定の関係式は、前記電気信号の基準周波数ｆｓ１を更に用いて、ｆｙ＝ｆｓ１＋ｎ×ｆｘで表される。
【００１４】
第８の態様に係る状態監視システムでは、第１〜７のいずれかの態様において、前記可動子は、前記駆動周波数にて回転運動するように構成されている。
【００１５】
第９の態様に係る状態監視システムでは、第８の態様において、前記可動子は、界磁巻線を有している。前記状態監視システムは、少なくとも前記界磁巻線の出力を用いて前記駆動周波数の値を求める推定部を更に備える。
【００１６】
第１０の態様に係る状態監視システムでは、第１〜９のいずれかの態様において、前記変換装置は、発電設備を構成する。
【００１７】
第１１の態様に係る状態監視方法は、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視方法である。前記状態監視方法は、取得処理と、生成処理と、を有する。前記取得処理は、前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する。前記生成処理は、前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する。前記生成処理では、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求める。前記生成処理では、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成する。
【００１８】
第１２の態様に係る状態監視方法は、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視するための状態監視方法である。前記状態監視方法は、前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する判定処理を有する。前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される。前記解析用データは、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである。
【００１９】
第１３の態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。前記状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、取得処理と、生成処理と、を実行させる。前記取得処理は、前記変換装置の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置から、前記電気信号の波形を表す波形データを取得する。前記生成処理は、前記波形データを用いて、前記変換装置に関する状態を監視するための解析用データを生成する。前記生成処理では、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求める。前記生成処理では、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含む、前記解析用データを生成する。
【００２０】
第１４の態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数にて周期的に運動する可動子の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。前記状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、前記変換装置の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、前記変換装置に関する状態を判定する判定処理を実行させる。前記解析用データは、前記駆動周波数の値を変化させたときの前記波形データから、周波数分析により、周波数の値と強度又は位相からなる特徴量の値との組み合わせを複数求めて生成される。前記解析用データは、少なくとも前記周波数と、前記特徴量と、前記駆動周波数との３つの変数を含むデータである。
【００２１】
第１５の態様に係る記録媒体は、第１１の態様に係る状態監視方法で生成された前記解析用データを記録する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態１に係る状態監視システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、同上の状態監視システムの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図３Ａは、異常有りの場合の電機子巻線の出力電流の周波数スペクトルを示すグラフである。図３Ｂは、異常無しの場合の電機子巻線の出力電流の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図４】図４Ａは、同上の状態監視システムで生成される二次元のデータセットを示す概念図である。図４Ｂは、同上の状態監視システムで生成される解析用データを示す概念図である。
【図５】図５は、同上の状態監視システムで生成される解析用データを用いて表示される画像の概略図である。
【図６】図６は、回転子の回転数と特定間隔との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、同上の状態監視システムで生成される解析用データを用いて表示される画像の概略図である。
【図８】図８は、同上の側帯波次数ｎと側帯波周波数レベルの和との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、界磁巻線の出力電流の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る状態監視システムの適用例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す適用例における状態監視システムの動作を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
（１）概要
本実施形態に係る状態監視システム１は、図１に示すように、可動子４４２の運動エネルギー（力学的エネルギー）と電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態の監視に用いられる。可動子４４２は、駆動周波数にて周期的な運動を行う。ここでいう「周期的な運動」は、略一定時間間隔で繰り返される運動を意味しており、少なくとも回転及び振動の両方を含んでいる。また、ここでいう「変換装置４に関する状態」は、例えば、変換装置４の異常の有無、変換装置４の動作（稼働）状態、及び変換装置４の寿命等を意味する。さらに、変換装置４に関する状態には、変換装置４そのものの状態だけでなく、例えば、変換装置４と機械的に連結された機構部分等、変換装置４に関連する装置、及び設備等の状態も含む。
【００２４】
この種の変換装置４としては、例えば風の力で風車を回転させる風力発電設備、水の力によって発電用水車を回転させる水力発電設備、蒸気又は燃焼ガスによってタービンを回転させる火力発電設備及び原子力発電設備などがある。他に、地熱発電設備、揚水発電設備、波力発電設備などもある。変換装置４は、可動子４４２が回転運動することで発電する発電設備に限らず、例えば、可動子４４２が振動することで発電する発電設備であってもよい。
【００２５】
また、変換装置４は、可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する機能を有していればよく、可動子４４２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備に限らない。変換装置４は、例えば、電気エネルギーを可動子４４２の運動エネルギーに変換する電動機（モータ）等であってもよい。すなわち、電動機等では、電気エネルギーが与えられることにより、電気エネルギーが可動子４４２の運動エネルギーに変換されて、可動子４４２が周期的な運動を行う。さらに、変換装置４は、可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で双方向に、エネルギーを変換する構成であってもよい。
【００２６】
変換装置４が発電設備であれば、可動子４４２が周期的な運動を行うことによって、変換装置４は電気信号（例えば、交流の電圧信号又は電流信号）を出力する。一方、変換装置４が電動機であれば、変換装置４は電気信号（例えば、駆動電流）が入力されることによって、可動子４４２が周期的な運動を行う。
【００２７】
本実施形態では、状態監視システム１の監視対象となる変換装置４が発電設備である場合を例に説明する。また、この変換装置４において、可動子４４２が、駆動周波数にて回転運動するように構成されている場合を例に説明する。具体的には、変換装置４が、図１に示すような風力発電設備である場合を例示する。
【００２８】
この種の変換装置４は、可動子４４２を回転させて電気エネルギーを発生させるため、可動子４４２に動力を与える可動ブロック４１を備えている。すなわち、可動子４４２は、可変の駆動周波数にて回転運動するように構成された回転子である。ここでいう可動ブロック４１は、回転体４１０（風力発電設備の場合は風車）と、回転体４１０又は可動子４４２の回転に関連する部品（例えば軸、軸受及び増速機４１３など）とを含む。この種の変換装置４においては、可動ブロック４１に含まれる少なくとも１つの部品の経年劣化等に起因して、可動ブロック４１に異常が発生する可能性がある。ここでいう「可動ブロック４１の異常」は、可動ブロック４１に関する異常全般を含んでおり、回転体４１０自体の異常（変形、破損等）の他、例えば主軸４１１（図２参照）、軸受４１２（図２参照）又は増速機４１３（図２参照）などの異常も含んでいる。可動ブロック４１の異常の具体例については、下記「（２．２）可動ブロックの異常」の欄で説明する。そして、可動ブロック４１に異常がある状態で変換装置４が運転を継続すると、損傷の拡大などにより、変換装置４の深刻な損傷につながる可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る状態監視システム１は、一例として、変換装置４における可動ブロック４１の異常の有無を、変換装置４に関する状態として判定することにより、可動ブロック４１の異常の早期の発見を可能とする。状態監視システム１で可動ブロック４１に異常があると判定された場合、ユーザは、変換装置４に深刻な損傷が発生する前に、変換装置４のメンテナンス（点検及び補修を含む）などの対策をとることができる。すなわち、状態監視システム１にて変換装置４の監視がなされることにより、ユーザにおいては、変換装置４の損傷の予兆を検知し、変換装置４に深刻な損傷が発生するより前に適切な対策をとることで、損傷の拡大を防止することなどが可能である。ここでいう「ユーザ」は、例えば変換装置４の運営又は管理を行う事業主であって、企業等の組織であってもよいし、個人であってもよい。
【００３０】
（２）詳細
以下、本実施形態に係る状態監視システム１について詳しく説明する。
【００３１】
（２．１）変換装置について
以下ではまず、本実施形態の状態監視システム１の監視対象である変換装置４について説明する。本実施形態では、上述したように変換装置４が風力発電設備である場合を例示する。
【００３２】
変換装置４は、図２に示すように複数枚のブレード４１５を有する風車を回転体４１０として備えた、プロペラ形の風力発電設備である。この変換装置４は、回転体４１０の他に、回転体４１０を回転可能に保持するナセル４２と、ナセル４２を支持するタワー４３と、を備えている。ナセル４２は、タワー４３の上端部に取り付けられることで、地上数十メートル程度の高所に設置される。変換装置４は、回転体４１０と共に可動ブロック４１を構成する主軸４１１、軸受４１２、増速機４１３、及びブレーキ装置４１４を、ナセル４２内に備えている。さらに、変換装置４は、ナセル４２内に発電機４４を備えている。
【００３３】
図２の例においては、回転体４１０は、複数枚（ここでは３枚）のブレード４１５、及びハブ４１６を有している。複数枚のブレード４１５は、ハブ４１６を中心にして放射状に配置されており、ハブ４１６によって主軸４１１と連結されている。主軸４１１は、ナセル４２内の軸受４１２にて回転可能に保持され、増速機４１３の入力軸に連結されている。増速機４１３の出力軸はブレーキ装置４１４を介して発電機４４に接続されている。これにより、複数枚のブレード４１５が風を受けて回転体４１０が回転すると、回転体４１０の回転が増速機４１３にて増速されて発電機４４へ伝達される。
【００３４】
発電機４４は、固定子４４１（ステータ）と、可動子４４２（ロータ）と、を備えている。図１に示すように、固定子４４１は電機子巻線４５１を有しており、可動子４４２は界磁巻線４５２を有している。可動子４４２は、ブレーキ装置４１４を介して増速機４１３の出力軸に接続されており、増速機４１３の出力軸が回転することにより、固定子４４１に対して可動子４４２が相対的に回転する。電機子巻線４５１は、電機子側電路５４１を介して電力供給路５２に電気的に接続されている。界磁巻線４５２は、界磁側電路５４２及び電力変換器５１を介して電力供給路５２に電気的に接続されている。電力変換器５１は、例えばＢＴＢ（Back To Back）方式のように、双方向型のインバータからなる。
【００３５】
ここで、電機子側電路５４１は、発電機４４と電力供給路５２との間の電路のうち、電力供給路５２における電力変換器５１との接続点から見て電機子巻線４５１側の電路からなる。界磁側電路５４２は、発電機４４と電力供給路５２との間の電路のうち、電力変換器５１から見て界磁巻線４５２側の電路、つまり電力変換器５１と界磁巻線４５２との間の電路からなる。界磁側電路５４２はスリップリングを含んでいる。図１においては、電機子巻線４５１は固定子４４１に含まれることとして、同一の部位に対し固定子の参照符号「４４１」と電機子巻線の参照符号「４５１」とを付している。
【００３６】
本実施形態では一例として、発電機４４は二次励磁誘導発電機（ＤＦＩＧ：Doubly Fed Induction Generator）である。この種の発電機４４は、界磁巻線４５２に流す電流を電力変換器５１にて制御して可変速度運転を行うことで、電力系統７と同じ周波数（例えば５０〔Ｈｚ〕）の交流電圧を電力供給路５２へ出力する。電力変換器５１は、可動子４４２の回転数（回転速度）が同期速度未満である場合（次同期動作）、つまり、すべりが正の値である場合、電力供給路５２から界磁巻線４５２へ電力を供給する。ここでいう「すべり」は、同期速度から可動子４４２の回転数を減算した値を、同期速度で除算した値である。一方、可動子４４２の回転数が同期速度以上である場合（超同期動作）、つまり、すべりが負の値である場合、電力変換器５１は、界磁巻線４５２から電力供給路５２へ電力を供給する。ここでいう「回転数」及び「同期速度」の単位は、いずれも「ｒｐｍ」である。このように、発電機４４においては、すべり周波数の交流電力を界磁巻線４５２に供給する「すべり周波数制御」により、回転体４１０の回転数が一定でなくても、発電周波数を電力系統７と同じ周波数に維持することが可能である。ここでいう「発電周波数」は、変換装置４の出力である電気信号（変換装置４が発電設備であれば、交流の電圧信号又は電流信号）の基準周波数である。
【００３７】
電機子側電路５４１は、タワー４３内を通して、ナセル４２内の発電機４４と、電力供給路５２との間を電気的に接続している。電力変換器５１は、タワー４３の下部においてタワー４３内に設置されている。界磁側電路５４２は、タワー４３内を通して、ナセル４２内の発電機４４と、電力変換器５１との間を電気的に接続している。ここでは、電力系統７としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流を想定しており、電機子巻線４５１及び界磁巻線４５２は各々、三相交流に対応して３個ずつ設けられている。また、電力供給路５２、電機子側電路５４１及び界磁側電路５４２についても、各々、三相交流に対応した三線式の被覆電線からなる。
【００３８】
発電機４４には、電力供給路５２を介して系統連系設備６が電気的に接続されている。これにより、変換装置４で発電された電力は、電力供給路５２を通して系統連系設備６へと送られることになる。言い換えれば、発電機４４には、電力供給路５２を介して系統連系設備６という「負荷」が電気的に接続されている。
【００３９】
系統連系設備６は、変換装置４を電力系統７に連系させるための設備である。ここでは一例として、系統連系設備６はトランス６１を備えている。電力供給路５２はトランス６１の一次巻線に電気的に接続されている。トランス６１の二次巻線は電力系統７に電気的に接続されている。変換装置４の出力（交流電圧）は、電力系統７の電圧及び周波数に合わせて電力系統７に出力される。系統連系設備６は、解列器を含む保護装置を備えていてもよい。
【００４０】
上述した構成の変換装置４においては、可動子４４２が回転すると、系統連系設備６には、電力供給路５２を介して発電機４４から電力（電気エネルギー）が出力される。言い換えれば、変換装置４は、可動ブロック４１から可動子４４２に与えられる動力により可動子４４２が回転し、このときの可動子４４２の運動（回転）エネルギーを電気エネルギーに変換する。ここで、変換装置４は、基準周波数の電気信号（交流の電圧信号又は電流信号）を出力する。基準周波数は、電力系統７と同じ周波数（例えば５０〔Ｈｚ〕）である。
【００４１】
この変換装置４においては、風向き及び風速を計測する風向計及び風速計がナセル４２に設けられており、風向き及び風速に応じた制御を行っている。つまり、変換装置４は、例えばヨー駆動装置にて、風向きに応じてナセル４２を水平面に沿って回転させることにより、風向きに追従して効率的な発電を行う。また、変換装置４は、風速に応じてブレード４１５の取付角（ピッチ角）を変化させることにより、発電機４４の出力（電力）を定格値に制御する。
【００４２】
（２．２）可動ブロックの異常
上記「（２．１）変換装置について」の欄で説明した構成の変換装置４においては、可動ブロック４１に、例えば以下に説明するような異常が生じる可能性がある。
【００４３】
すなわち、変換装置４においては、例えば可動ブロック４１に含まれる部品の経年劣化等に起因して、可動ブロック４１に異常が発生する可能性がある。とくに風力発電設備のように自然エネルギーを利用して回転体４１０が回転する発電設備では、回転体４１０に作用する力の向き及び大きさが変化しやすいため、経年劣化は避けられない問題である。
【００４４】
例えば、下から上に向かって突風が吹いた（吹き上がった）場合、風力発電設備において、回転体４１０には主軸４１１を傾ける向きの力が作用し、主軸４１１が軸受４１２をこじるようにして軸受４１２にストレスが掛かることになる。このようなストレスが繰り返し軸受４１２に掛かることで、軸受４１２が転がり軸受であれば、フレーキングによる損傷を生じることがある。ここでいう「フレーキング」とは、転がり疲れによって転動面又は軌道面に生じる剥離等である。
【００４５】
軸受４１２にフレーキングが生じると、軸受４１２で発生する損失が大きくなるので、変換装置４の発電効率が低下する。それだけでなく、このような状態で変換装置４が運転を継続していると、主軸４１１が傾いてミスアライメントが生じ、例えば増速機４１３の歯車にずれが生じて歯車同士がこすれ、歯車に欠け及び傷等の損傷を生じる可能性がある。このような損傷は、増速機４１３だけでなく、ブレーキ装置４１４及び発電機４４でも生じ得る。
【００４６】
要するに、可動ブロック４１に何らかの異常（例えば軸受４１２のフレーキング）がある状態で、変換装置４が運転していると、変換装置４の発電効率が低下するだけでなく、損傷の拡大などにより、変換装置４の深刻な損傷につながる可能性もある。そこで、本実施形態に係る状態監視システム１は、可動ブロック４１の異常の有無を判定し判定結果をユーザに報知することにより、可動ブロック４１の異常を早期にユーザに認識させる。
【００４７】
（２．３）状態監視システムの構成
次に、状態監視システム１の構成について説明する。
【００４８】
状態監視システム１は、図１に示すように、変換装置４に関する状態を判定する判定装置１０を備えている。本実施形態では一例として、判定装置１０は、可動ブロック４１の異常の有無を、変換装置４に関する状態として判定する。判定装置１０は、変換装置４の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置２から波形データを取得し、この波形データを用いて、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を判定するように構成されている。本実施形態では一例として、計測装置２は、変換装置４の出力する電流信号（出力電流）を、変換装置４の出力である電気信号として計測する。
【００４９】
本実施形態においては、図２に示すように、判定装置１０と計測装置２とは、例えばインターネットなどのネットワーク８に接続されており、互いに通信可能に構成されている。そのため、判定装置１０は、計測装置２からの波形データを、ネットワーク８を介して取得することができる。また、ネットワーク８には、ユーザの管理下にある管理サーバ９１が接続されている。これにより、判定装置１０は、可動ブロック４１の異常の有無の判定結果を、ネットワーク８を介して管理サーバ９１に出力することが可能である。したがって、管理サーバ９１においては、可動ブロック４１の異常の有無の判定結果をユーザに提示することが可能となる。その結果、ユーザは、発電設備に深刻な損傷が発生する前に、発電設備のメンテナンス（点検及び補修を含む）などの対策をとることができる。本実施形態では、ユーザは、変換装置４の運営又は管理を行う事業主であって、企業等の組織であると仮定する。
【００５０】
また、本実施形態では計測装置２は状態監視システム１の構成要素に含まれないこととして説明するが、計測装置２は状態監視システム１の構成要素に含まれていてもよい。同様に、変換装置４は状態監視システム１の構成要素に含まれないこととして説明するが、変換装置４は状態監視システム１の構成要素に含まれていてもよい。すなわち、状態監視システム１は、少なくとも判定装置１０を備えていればよく、計測装置２と変換装置４との少なくとも一方を更に備えていてもよい。
【００５１】
（２．３．１）計測装置について
計測装置２は、図１に示すように、第１センサ２１１、第２センサ２１２及び信号処理部２５を有している。計測装置２は、変換装置４の出力電流（変換装置４の出力である電気信号）を計測し、変換装置４の出力電流の波形を表す波形データを、判定装置１０に対して出力する。
【００５２】
第１センサ２１１及び第２センサ２１２の各々は、例えばＣＴ（Current Transformer）センサなどの電流センサである。第１センサ２１１は、変換装置４のタワー４３（図２参照）内に設置されており、電機子側電路５４１に取り付けられて、電機子側電路５４１に流れる電流を検出する。第２センサ２１２は、変換装置４のタワー４３内に設置されており、界磁側電路５４２に取り付けられて、界磁側電路５４２に流れる電流を検出する。第１センサ２１１及び第２センサ２１２は、いずれも信号処理部２５に電気的に接続されている。ここで、第１センサ２１１及び第２センサ２１２は、それぞれ三相交流に対応した３線式の電機子側電路５４１及び３線式の界磁側電路５４２の少なくとも１本に取り付けられていればよい。例えば、第１センサ２１１は、電機子側電路５４１のいずれか１本にのみ取り付けられていてもよいし、２本又は３本の電機子側電路５４１に取り付けられていてもよい。
【００５３】
信号処理部２５は、第１センサ２１１の出力から、電機子巻線４５１の出力の電流波形を表す波形データ（以下、「電機子側データ」ともいう）を生成する。また、信号処理部２５は、第２センサ２１２の出力から、界磁巻線４５２の出力の電流波形を表す波形データ（以下、「界磁側データ」ともいう）を生成する。計測装置２は、このようにして信号処理部２５で生成した波形データ（電機子側データ及び界磁側データ）を、変換装置４の出力である電気信号の波形を表す波形データとして、判定装置１０に送信するように構成されている。
【００５４】
本実施形態においては、変換装置４の出力には、電機子巻線４５１の出力と、界磁巻線４５２の出力との２系統の出力があるが、単に変換装置４の出力という場合には、電機子巻線４５１の出力を指すこととする。言い換えれば、計測装置２は、電機子巻線４５１の出力（出力電流）を、変換装置４の出力である電気信号として計測するように構成されている。
【００５５】
次に、計測装置２のより具体的な構成について、図２を参照して説明する。
【００５６】
計測装置２は、第１センサ２１１及び第２センサ２１２に加えて、第１通信ユニット２２、第２通信ユニット２３及びゲートウェイ２４を、更に有している。以下では、信号処理部２５（図１参照）の機能は第１通信ユニット２２に含まれていることとする。
【００５７】
第１センサ２１１及び第２センサ２１２は、タワー４３内のうち、電力変換器５１に近いタワー４３下部に設置されている。言い換えれば、第１センサ２１１及び第２センサ２１２は地上付近に設置されている。第１センサ２１１及び第２センサ２１２は、いずれも第１通信ユニット２２と電気的に接続されており、検出結果を第１通信ユニット２２に出力可能に構成されている。第１センサ２１１及び第２センサ２１２としては、種々のセンサを適用可能であるが、例えばクランプ式のセンサ等、電機子側電路５４１及び界磁側電路５４２の接続を解除することなく後付け可能な構成であることが好ましい。
【００５８】
第１通信ユニット２２は、第２通信ユニット２３との間で、互いにデータを伝送可能に構成されている。第１通信ユニット２２と第２通信ユニット２３との間の通信は、例えば免許を必要としない小電力無線（特定小電力無線）等の無線通信であってもよい。この種の小電力無線については、用途等に応じて使用する周波数帯域及び空中線電力などの仕様が各国で規定されている。日本国においては、９２０ＭＨｚ帯又は４２０ＭＨｚ帯の電波を使用する小電力無線が規定されている。ただし、第１通信ユニット２２と第２通信ユニット２３との間の通信方式は、この例に限らず、例えば、通信事業者が提供する３Ｇ（第３世代）回線等の携帯電話網（キャリア網）を用いた通信であってもよいし、有線通信であってもよい。
【００５９】
ゲートウェイ２４は、第２通信ユニット２３と電気的に接続されている。さらに、ゲートウェイ２４は、いわゆるモバイルルータのように、通信事業者が提供する３Ｇ（第３世代）回線等の携帯電話網（キャリア網）を通してネットワーク８（例えばインターネット）に接続する機能を備えている。ただし、ゲートウェイ２４は、この構成に限らず、携帯電話網を介さずにネットワーク８に接続される構成であってもよい。
【００６０】
上述した構成により、計測装置２では、信号処理部２５で生成された波形データ（電機子側データ及び界磁側データ）が、第１通信ユニット２２から第２通信ユニット２３、ゲートウェイ２４、及びネットワーク８を介して、判定装置１０に送信される。また、ゲートウェイ２４は、第１通信ユニット２２から取得（収集）した波形データを保存するデータロガーとしての機能を有している。
【００６１】
計測装置２の動作電力は、電力系統７から供給されていてもよいし、発電設備である変換装置４から供給されていてもよい。
【００６２】
ところで、計測装置２は、定期的に波形データを判定装置１０に出力するように構成されている。計測装置２は、所定の計測周期（例えば４時間）で変換装置４の出力電流の計測を行い、波形データを判定装置１０に出力する。計測周期は、第１センサ２１１及び第２センサ２１２に設けられたタイマにて計時されていてもよいし、ゲートウェイ２４に設けられたタイマにて計時されてもよい。ゲートウェイ２４のタイマで計測周期を計時する場合には、管理サーバ９１にてゲートウェイ２４にアクセスすることにより、計測周期が遠隔で設定（変更）可能となる。
【００６３】
（２．３．２）判定装置について
判定装置１０は、図２に示すように、取得部１１と、生成部１２と、判定部１３と、出力部１４と、記憶部１５と、推定部１６と、を有している。判定装置１０は、計測装置２から波形データを取得部１１にて取得し、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を判定部１３にて判定する。判定装置１０は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータを主構成としており、メモリに記録されたプログラムを、プロセッサで実行することにより、判定装置１０としての機能を実現する。
【００６４】
取得部１１は、計測装置２から、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを取得するように構成されている。本実施形態では、計測装置２で計測される電気信号は変換装置４の出力電流であるので、取得部１１は、計測装置２から、少なくとも変換装置４の出力電流の波形を表す波形データ（電機子側データ）を取得する。ここでは、取得部１１は、ネットワーク８を介して計測装置２のゲートウェイ２４から波形データを取得するように構成されている。取得部１１が取得する波形データは、電流波形に対し圧縮等を除いて加工が施されておらず、電流波形そのものを表す生データである。ここでは、所定時間（例えば数秒から１分程度）に第１センサ２１１又は第２センサ２１２で検出された電流の波形が、１つの波形データを構成する。本実施形態では、波形データは一例として１相につき２００〔Ｋｂｙｔｅ〕程度のｗａｖファイルである。
【００６５】
生成部１２は、取得部１１で取得された波形データを用いて、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を監視するための解析用データを生成する。生成部１２で生成される解析用データは、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、データセットである。ここでいう「周波数ｆｙ」及び「特徴量Ｓｚ」は、波形データを周波数分析して求まる変数である。ここでいう「特徴量Ｓｚ」は、強度Ｉｚ（信号強度）又は位相である。本実施形態では、特徴量Ｓｚが強度Ｉｚである場合を例示する。すなわち、波形データが周波数分析されることにより、周波数ｆｚの値と特徴量Ｓｚ（ここでは強度Ｉｚ）の値との組み合わせが求まる。また、ここでいう「駆動周波数ｆｘ」は、可動子４４２が行う周期的な運動の周波数を表しており、本実施形態のように可動子４４２が回転運動を行う場合には、可動子４４２の回転数に相当する。つまり、可動子４４２の回転数Ｒａ〔ｒｐｍ〕は駆動周波数ｆｘ〔Ｈｚ〕の定数倍（６０倍）であるため、「Ｒａ＝６０×ｆｘ」の関係式が成立する。
【００６６】
生成部１２は、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と、特徴量Ｓｚ（ここでは強度Ｉｚ）の値と、の組み合わせを複数求め、解析用データを生成する。具体的には、生成部１２は、変換装置４の出力電流の波形を表す波形データ（電機子側データ）に対して、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）等のフーリエ変換を施すことにより、出力電流の周波数スペクトルを求める。生成部１２は、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの複数の波形データの各々について、周波数スペクトルを求めることにより、解析用データを生成する。生成部１２での解析用データの生成のアルゴリズムについては、「（２．４．１）生成フェーズ」の欄で詳しく説明する。
【００６７】
判定部１３は、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を、生成部１２で生成された解析用データから判定するように構成されている。判定部１３は、生成部１２で生成された解析用データを解析し、判定条件に従って、可動ブロック４１の異常の有無を判定する。判定部１３での判定のアルゴリズムについては、「（２．４．２）判定フェーズ」の欄で詳しく説明する。
【００６８】
出力部１４は、判定部１３の判定結果を出力する。出力部１４は、ネットワーク８を介して管理サーバ９１へ判定結果を送信するように構成されている。出力部１４が出力する判定結果は、少なくとも変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を表すデータであり、例えば、異常の発生箇所、異常のレベル（異常の度合い）、及び対策などを表すデータを含んでいてもよい。ここでいう判定結果の出力には、判定結果の提示（例えば、表示、音声出力及び印刷等）及び通知などを含む。
【００６９】
記憶部１５は、取得部１１で取得された波形データを複数記憶する。ここでいう複数の波形データは、１つの第１センサ２１１（又は第２センサ２１２）で複数回検出して得られた複数の波形データであってもよいし、複数の第１センサ２１１（又は第２センサ２１２）の出力から得られた複数の波形データであってもよい。さらに、複数の第１センサ２１１（又は第２センサ２１２）で複数回計測することによって得られた複数の波形データであってもよい。第１センサ２１１（又は第２センサ２１２）が複数ある例については、「（２．６）状態監視システムの適用例」の欄で説明する。
【００７０】
推定部１６は、変換装置４における可動子４４２の回転数（駆動周波数ｆｘ）を求めるように構成されている。すなわち、変換装置４においては、可動子４４２の回転数（回転速度）は一定ではなく、例えば風速などによって変化する。変換装置４によっては、可動子４４２の回転数を監視する回転数モニタが付設されている場合もあるが、回転数モニタが無くても、推定部１６は、可動子４４２の回転数を推定することが可能である。
【００７１】
本実施形態では、推定部１６は、少なくとも界磁巻線４５２の出力を用いて可動子４４２の回転数を求めるように構成されている。つまり、推定部１６は、可動子４４２の回転数の推定に、少なくとも、取得部１１で取得された波形データのうち界磁巻線４５２の出力の電流波形を表す波形データ（界磁側データ）を用いる。さらに、推定部１６は、界磁巻線４５２の出力に加えて電機子巻線４５１の出力を用いて、可動子４４２の回転数を求めるように構成されている。つまり、推定部１６は、可動子４４２の回転数の推定に、界磁側データだけでなく、電機子巻線４５１の出力の電流波形を表す波形データ（電機子側データ）も用いる。推定部１６での可動子４４２の回転数の推定のアルゴリズムについては、「（２．４．３）回転数推定アルゴリズム」の欄で詳しく説明する。
【００７２】
上述した構成により、判定装置１０では、計測装置２から取得した波形データを用いて、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を判定することができ、その判定結果を管理サーバ９１に出力できる。したがって、管理サーバ９１においては、変換装置４に関する状態の判定結果をユーザに提示することが可能となる。その結果、ユーザは、変換装置４に深刻な損傷が発生する前に、変換装置４のメンテナンス（点検及び補修を含む）などの対策をとることができる。
【００７３】
ただし、判定装置１０は、変換装置４が運転中である場合に限って、判定結果を出力するように構成されていてもよい。変換装置４が運転中か否かの判断は、例えば、判定装置１０にて、計測装置２から取得した波形データに基づいて行われる。変換装置４において所定の最低電力値以上の電力が生成されている状態にあれば、判定装置１０は、変換装置４が運転中であると判断する。変換装置４が運転中でなければ、判定装置１０は、変換装置４に関する状態の有無の判定を行わず、例えば、変換装置４に関する状態の判定ができないことを表す情報を出力する。
【００７４】
ところで、判定装置１０は、判定部１３で用いられる判定条件として、デフォルトで規定されている所定の条件を適用してもよいし、随時更新される条件を適用してもよい。判定条件が随時更新される場合、例えば、判定部１３は、記憶部１５に記憶された複数の波形データに基づいて判定条件を更新する。言い換えれば、判定部１３での判定のためのアルゴリズムは、機械学習により自動的に変更されることになる。多数の波形データが記憶部１５に記憶されている場合には、これら多数の波形データ、いわゆるビッグデータに基づいて、判定条件が自動的に更新されてもよい。
【００７５】
（２．４）状態監視システムの動作
本実施形態に係る状態監視システム１の動作は、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する生成フェーズと、解析用データから変換装置４に関する状態を判定する判定フェーズと、に大別できる。そこで、以下では、状態監視システム１の動作を、生成フェーズと判定フェーズとに分けて説明する。
【００７６】
（２．４．１）生成フェーズ
まず、解析用データを生成する生成フェーズについて説明する。
【００７７】
ここでは、変換装置４の出力電流の波形を表す波形データ（電機子側データ）に対する生成部１２での高速フーリエ変換により、図３Ａ及び図３Ｂに例示するような周波数スペクトルが得られた場合を想定する。図３Ａ及び図３Ｂでは、横軸が周波数ｆｙ（Ｈｚ）、縦軸が強度Ｉｚ（成分の大きさ）を表しており、図３Ａが異常無しの場合（つまり正常の場合）、図３Ｂが異常有りの場合を表している。
【００７８】
図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、可動ブロック４１に異常が生じると、変換装置４の出力電流の波形には何らかの変化が生じるため、周波数スペクトルにも変化が生じる。そこで、判定部１３は、周波数スペクトルの変化を検出することにより、異常の有無を判定することが可能である。
【００７９】
異常が生じると周波数スペクトルには種々の変化が生じるが、本発明者らは、異常が生じると少なくとも１つの特定周波数の成分に変化が現れる、という知見を得た。すなわち、変換装置４の出力電流においては、少なくとも１つの特定周波数の成分に、可動ブロック４１の異常に起因した特徴的な変化が現れる。ここでいう「特定周波数」は、一例として、周波数ｆｙ軸上で基準周波数に対して可動子４４２の回転数に応じた間隔（以下、「特定間隔」ともいう）で並ぶ周波数である。ここでいう「間隔」は、周波数スペクトル上での周波数ｆｙ同士の間隔であるから、２つの周波数ｆｙ同士の間隔は、２つの周波数ｆｙ間の差分値に相当する。基準周波数は、変換装置４が出力する交流電圧の周波数（図３Ａ及び図３Ｂの例では５０〔Ｈｚ〕）であって、電力系統７と同じ周波数である。
【００８０】
図３Ａ及び図３Ｂの例では、周波数ｆｙ軸（横軸）上において、強度Ｉｚが最大となる基準周波数ｆｓ１（５０〔Ｈｚ〕）を中心として、基準周波数ｆｓ１及び４つの特定周波数ｆ１〜ｆ４が特定間隔Ｆｉ１で並んでいる。周波数ｆｙ軸（横軸）上において、基準周波数ｆｓ１の高周波側には、２つの特定周波数ｆ１，ｆ２が特定間隔Ｆｉ１で並ぶように配置されている（ｆ１＜ｆ２）。また、周波数ｆｙ軸（横軸）上において、基準周波数ｆｓ１の低周波側には、２つの特定周波数ｆ３，ｆ４が特定間隔Ｆｉ１で並ぶように配置されている（ｆ３＞ｆ４）。言い換えれば、特定周波数ｆ１と、基準周波数ｆｓ１及び特定間隔Ｆｉ１との間には「ｆ１＝ｆｓ１＋Ｆｉ１」の関係が成り立つ。同様に、特定周波数ｆ２と、基準周波数ｆｓ１及び特定間隔Ｆｉ１との間には「ｆ２＝ｆｓ１＋２×Ｆｉ１」の関係が成り立つ。また、特定周波数ｆ３と、基準周波数ｆｓ１及び特定間隔Ｆｉ１との間には「ｆ３＝ｆｓ１−Ｆｉ１」の関係が成り立つ。同様に、特定周波数ｆ４と、基準周波数ｆｓ１及び特定間隔Ｆｉ１との間には「ｆ４＝ｆｓ１−２×Ｆｉ１」の関係が成り立つ。
【００８１】
そして、特定周波数ｆ１〜ｆ４に着目すると、図３Ａに示すような異常無し（正常）の場合に比べて、図３Ｂに示すような異常有りの場合に、各々の成分の強度Ｉｚが大きくなっている。つまり、図３Ｂの例では、周波数スペクトルは、特定周波数ｆ１〜ｆ４の各々において極大となる。そのため、図３Ｂに示すように、周波数スペクトルにおいては、基準周波数ｆｓ１を中心に特定間隔Ｆｉ１で複数の極大点が生じることになる。
【００８２】
周波数ｆｙ軸上で基準周波数ｆｓ１に対して可動子４４２の回転数に応じた間隔（特定間隔Ｆｉ１）で並ぶ少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分に、可動ブロック４１の異常に起因した特徴的な変化が現れることは、実験によって確認されている。さらに、このことは数学的にも説明できる。要するに、変換装置４の可動ブロック４１に異常が生じた場合、可動子４４２の回転には周期的な角速度変化が生じると考えられ、変換装置４の出力電流には、周期的な歪み（基準周波数ｆｓ１の理想的な正弦波に対する「ずれ」）が生じると考えられる。ここでいう「歪み」の周期は、可動子４４２の回転数に応じた周期である。したがって、出力電流の周期的な歪みを「信号」、基準周波数ｆｓ１の理想的な正弦波を「搬送波」とみなせば、搬送波を信号によって変調した場合と同様に、搬送波（基準周波数ｆｓ１）の高周波側及び低周波側には少なくとも１つの側帯波が生じる。ここで、側帯波の間隔は信号（出力電流の周期的な歪み）の周波数であるので、特定間隔Ｆｉ１は可動子４４２の回転数（駆動周波数ｆｘ）に応じて決まる。側帯波が生じることは、周波数変調又は振幅変調の式から明らかである。
【００８３】
そこで、本実施形態に係る状態監視システム１では、生成部１２は、以下に説明する生成処理を行うことにより、取得部１１にて取得される波形データを用いて、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する。
【００８４】
生成部１２は、まず波形データに、フーリエ変換の周波数分析を施すことにより、周波数スペクトルを求める。ここで、１つの波形データからは、高速フーリエ変換により、図３Ａ及び図３Ｂに例示するような周波数スペクトルが１つ得られる。周波数スペクトルは、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせを複数含むデータである。すなわち、周波数スペクトルは、周波数ｆｙと特徴量Ｓｚとの２つの変数を含む、二次元のデータセットである。
【００８５】
生成部１２は、このような周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせからなる二次元のデータセットを、駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）を変化させたときの波形データから、複数生成する。生成部１２は、駆動周波数ｆｘの値が異なる複数の波形データの各々について周波数分析を行うことにより、複数の周波数スペクトルを生成する。言い換えれば、生成部１２は、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせからなる二次元のデータセットを、様々な駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）について、複数生成する。これにより、生成部１２では、図４Ａに示すように、駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）が異なる少なくとも２つの二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…が生成されることになる。図４Ａでは、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…の各々は、図３Ａ及び図３Ｂと同様の周波数スペクトルを表すグラフ、つまり横軸が周波数ｆｙ、縦軸が強度Ｉｚを表すグラフである。すなわち、図４Ａでは、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせからなる複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…を、グラフにて概念的に表している。
【００８６】
具体的には、生成部１２は、一定期間（例えば、数日間〜数週間）の間に定期的に取得された波形データについて、高速フーリエ変換を施すことにより、複数の周波数スペクトルを得る。このようにして得られる周波数スペクトルの各々が、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせからなる二次元のデータセットである。このとき、生成部１２は、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…の各々について、波形データが得られたときの駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）をラベルとして付加する。駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）は、可動子４４２の回転数を定数倍（１／６０倍）した値であって、可動子４４２の回転数に相当する値である。そのため、ラベルとしての駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）は、可動子４４２の回転数を推定する推定部１６にて、推定可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、生成部１２は、解析用データＤａ１について駆動周波数ｆｘを軸に並び替えるソート処理を行う。すなわち、生成部１２は、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…を、ラベルとしての駆動周波数ｆｘの値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…）が小さい（又は大きい）データから順に並び替える。これにより、生成部１２では、駆動周波数ｆｘの値が小さい（又は大きい）順に並ぶ、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）と強度Ｉｚの値（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…）との組み合わせからなる複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…が生成される。
【００８８】
生成部１２は、これら複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…について、統合することにより、図４Ｂに示すような解析用データＤａ１を生成する。すなわち、図４Ａに示す複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…を、駆動周波数ｆｘごとにプロットしていくことで、図４Ｂに示すように、横軸が駆動周波数ｆｘ、縦軸が周波数ｆｙ、各画素の画素値が強度Ｉｚを表す画像が生成される。このようにして生成される画像は、解析用データＤａ１は、周波数ｆｙと、強度Ｉｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、三次元のデータセット、つまり解析用データＤａ１に相当する。解析用データＤａ１は、三次元のデータセットであって、解析用データＤａ１自体が画像でなくてもよいが、図４Ｂでは、解析用データＤａ１を画像にて概念的に表している。
【００８９】
このようにして生成される解析用データＤａ１の具体例について、図５を参照して説明する。本実施形態では、解析用データＤａ１は、図５に示すように、強度Ｉｚを画素値とする画素が、周波数ｆｙと駆動周波数ｆｘ（回転数）とを軸に二次元配置された画像Ｉｍ１を表示するためのデータ（画像データ）である。図５の例では、画像Ｉｍ１はモノクロ画像であるため、強度Ｉｚを表す画素値は複数階調（例えば２５６階調）の濃淡値（輝度値）である。図５の例では、強度Ｉｚが大きくなる程に、画素値が高く（つまり、明るく）なる。ここで、強度Ｉｚは、周波数分析により得られた値そのものであってもよいし、周波数分析により得られた値に、例えば、対数変換等の処理が施された値であってもよい。
【００９０】
つまり、生成部１２で生成された解析用データＤａ１によれば、図５に例示するような画像Ｉｍ１が表示可能になる。図５では、横軸が図４Ｂの駆動周波数ｆｘから可動子４４２の回転数に変更されているが、可動子４４２の回転数は駆動周波数ｆｘを定数倍（６０倍）した値であるので、図５に示す画像Ｉｍ１自体は図４Ｂに示す解析用データＤａ１（画像）と同一である。要するに、図５に示す画像Ｉｍ１は、横軸が駆動周波数ｆｘに相当する可動子４４２の回転数を表し、縦軸が周波数ｆｙを表し、画素値が強度Ｉｚを表すので、周波数ｆｙ、強度Ｉｚ、及び駆動周波数ｆｘの３つの変数を含む解析用データＤａ１と等価である。
【００９１】
ここで、図５に示す画像Ｉｍ１のうち、画素値が「０」であって黒つぶれした状態にある領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、その駆動周波数ｆｘの値において、二次元のデータセットが取得されなかった部分である。このように、解析用データＤａ１は、所定範囲の駆動周波数ｆｘの全ての値についてデータ（周波数ｆｙ及び強度Ｉｚ）を有していなくてもよい。特に、可動子４４２の回転数が同期速度（図５では、１２００〔ｒｐｍ〕）付近の領域Ｒ３については、敢えて解析用データＤａ１の生成に二次元のデータセットを使用しないことが好ましい。詳しくは「（２．４．３）回転数推定アルゴリズム」の欄で説明するが、この領域Ｒ３については、すべり周波数ｆｃ１の項の符号（＋／−）の特定が難しいためである。
【００９２】
ところで、解析用データＤａ１の基になる複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…は、その全てにおいて駆動周波数ｆｘの値が異なっていることは必須でなく、少なくとも駆動周波数ｆｘの値が異なる２つの二次元のデータセットを含んでいればよい。言い換えれば、解析用データＤａ１の基になる複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…の一部においては、駆動周波数ｆｘの値が重複していてもよい。例えば、本実施形態のように変換装置４が風力発電設備である場合には、可動子４４２の回転数はランダムに変化するので、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…の一部において、駆動周波数ｆｘの値の重複が生じやすい。そして、駆動周波数ｆｘについて、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…が存在する場合には、生成部１２は、例えば、強度Ｉｚについて、平均値、最大値、最頻値、又は中央値等の代表値を採用し、解析用データＤａ１を生成する。具体的には、駆動周波数ｆｘが「Ｘ１」であるときの二次元のデータセットが複数存在する場合、生成部１２は、これら複数の二次元のデータセットの中から、周波数ｆｙの値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）ごとに、強度Ｉｚについての代表値を求める。このようにして求められた代表値が、駆動周波数ｆｘが「Ｘ１」であるときの、周波数ｆｙの各値（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３…）についての強度Ｉｚの値となる。
【００９３】
生成部１２で生成された解析用データＤａ１は、例えば、記憶部１５に一旦記録されることが好ましい。この場合、記憶部１５は、生成部１２にて生成された解析用データを記録する記録媒体を構成する。
【００９４】
（２．４．２）判定フェーズ
次に、解析用データから変換装置４の異常の有無を判定する判定フェーズについて説明する。
【００９５】
本実施形態に係る状態監視システム１では、判定部１３は、以下に説明する判定処理を行うことにより、生成部１２にて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する。
【００９６】
すなわち、判定部１３は、上述したような少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分に基づいて、変換装置４に関する状態（ここでは、可動ブロック４１の異常の有無）を判定する。ここで、特定間隔Ｆｉ１と可動子４４２の回転数とは相関関係にあり、図６に例示するように、可動子４４２の回転数が大きくなると、特定間隔Ｆｉ１も大きくなる。図６では、横軸が可動子４４２の回転数〔ｒｐｍ〕を表し、縦軸が特定間隔〔Ｈｚ〕を表している。
【００９７】
そこで、本実施形態では、判定部１３は、解析用データＤａ１において、周波数ｆｙの値のうち、特定周波数ｆ１〜ｆ４の値に対応する、特徴量（ここでは強度Ｉｚ）の値に基づいて、変換装置４に関する状態を判定する。具体的には、判定部１３は、図５に示すように、解析用データＤａ１を表す画像Ｉｍ１から、可動子４４２の回転数と相関関係のある輝線Ｌ１，Ｌ２を抽出し、これらの輝線Ｌ１，Ｌ２に基づいて変換装置４に関する状態を判定する。図５において、符号「Ｌ１，Ｌ２」は、一点鎖線で囲んだ領域内の輝線を指している。
【００９８】
つまり、輝線Ｌ１，Ｌ２は、発電周波数、つまり出力電流の基準周波数（ここでは５０〔Ｈｚ〕）上の輝線Ｌ０に対して、高周波側及び低周波側に生じた側帯波に相当する。そのため、これらの輝線Ｌ１，Ｌ２は、駆動周波数ｆｘ、基準周波数ｆｓ１、周波数ｆｙ、及び係数ｎを用いて、所定の関係式で表される直線である。ここでいう所定の関係式は、
ｆｙ＝ｆｓ１＋ｎ×ｆｘ・・・（式１）
である。基準周波数の高周波側の輝線Ｌ１は、上記関係式において、「ｎ＝１」としたときの直線である。一方、基準周波数の高周波側の輝線Ｌ２は、上記関係式において、「ｎ＝−１」としたときの直線である。ここで、係数ｎは、特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分（側帯波）の次数に相当する。つまり、輝線Ｌ１は「１次」の側帯波（特定周波数ｆ１）に相当し、輝線Ｌ２は「−１次」の側帯波（特定周波数ｆ３）に相当する。
【００９９】
ところで、本実施形態では、解析用データＤａ１は、図５に示すような画像Ｉｍ１を表示するためのデータであるから、表示装置に画像Ｉｍ１を表示させることにより、人が目視で、変換装置４に関する状態を判定することも可能である。ただし、本実施形態では、以下に説明する処理を行うことにより、判定部１３は、変換装置４に関する状態を自動的に判定する。
【０１００】
判定部１３は、少なくとも駆動周波数ｆｘ、周波数ｆｙ、及び係数ｎを用いて、所定の関係式で表される駆動周波数ｆｘの値と周波数ｆｙの値との複数の組み合わせに対応する強度Ｉｚの値が、所定の条件を満たすときの係数ｎを特定する。そして、判定部１３は、特定された係数ｎの値から特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定する。ここで、所定の関係式は、駆動周波数ｆｘ、周波数ｆｙ、及び係数ｎに加えて、基準周波数ｆｓ１を更に用いて表される上記（式１）である。具体的には、判定部１３は、上記（式１）の係数ｎを、例えば「０」から「０．１」刻みで増加させるように変化（スイープ）させる。
【０１０１】
図７は、解析用データＤａ１を用いて表示される画像Ｉｍ１上に、「ｎ＝１．０」であるときの上記（式１）で表される直線Ｌｎ１と、「ｎ＝１．５」であるときの上記（式１）で表される直線Ｌｎ２を示している。ここで、基準周波数ｆｓ１は５０〔Ｈｚ〕と仮定する。すなわち、判定部１３は、上記（式１）の係数ｎを、例えば「０」から「０．１」刻みで増加させることで、図７の直線Ｌｎ１，Ｌｎ２のような直線が、複数形成されることになる。
【０１０２】
ここで、判定部１３において、特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定するための具体的な手法（所定の条件）は様々である。一例として、判定部１３は、上記（式１）の係数ｎを、例えば「０」から「０．１」刻みで増加させた際、係数ｎごとに強度Ｉｚの値の合計値を算出し、合計値が極大となるときの係数ｎを求めることにより、特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定する。つまり、判定部１３は、直線Ｌｎ１，Ｌｎ２の各々について、直線Ｌｎ１，Ｌｎ２上の画素値（強度Ｉｚの値）の合計値を算出する。判定部１３は、ある係数ｎについて算出された合計値が、その周辺の係数ｎについて算出された合計値より大きく、極大となるときの係数ｎを求める。この例においては、係数ｎを徐々に増加させた際における、係数ｎごとの強度Ｉｚの値の合計値が極大となることが、所定の条件となる。勿論、判定部１３は、係数ｎを徐々に増加させることに限らず、例えば、係数ｎをある値から徐々に減少させた際における、係数ｎごとの強度Ｉｚの値の合計値を算出してもよい。また、他の例として、判定部１３は、係数ｎを徐々に増加させた際における、係数ｎごとの強度Ｉｚの値の合計値を閾値と比較し、合計値が閾値を超えるときの係数ｎを求めてもよい。この場合、係数ｎを徐々に増加させた際における、係数ｎごとの強度Ｉｚの値の合計値が閾値を超えることが、所定の条件となる。さらに、判定部１３は、合計値が極大となり、かつ閾値を超えることを、所定の条件としてもよい。
【０１０３】
すなわち、このようにして算出される合計値は、図８に示すように、側帯波が存在している場合に、その側帯波の次数にてピークを示す。図８では、横軸が係数ｎ（側帯波次数）を表し、縦軸が係数ｎごとに算出された強度Ｉｚの値の合計値（側帯波周波数レベルの和）を表している。図７及び図８の例では、直線Ｌｎ１上に輝線が生じているため、直線Ｌｎ１上の画素値の合計値は極大となる。したがって、少なくとも「１次」（ｎ＝１）の側帯波が存在することが確認される。このようにして求まる係数ｎにより、側帯波の次数が特定される。言い換えれば、特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分が特定される。
【０１０４】
さらに、このようにして特定される少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の強度Ｉｚに基づいて、異常の有無を判定する具体的な手法（判定条件）は様々であるが、一例として、判定部１３は、閾値との大小比較によって、異常の有無を判定する。この場合に、判定部１３は、波形データ（電機子側データ）から少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分を抽出し、この成分の強度Ｉｚが閾値未満であれば「異常無し」と判定し、閾値以上であれば「異常有り」と判定することができる。
【０１０５】
ここで、判定部１３は、異常有り、と判定する場合、異常のレベル（異常の度合い）をも評価する構成であってもよい。つまり、たとえば「１」〜「９９」の９９段階で異常のレベルを評価することで、判定部１３は、軽度の異常と重度の異常とを区別して判定することができる。異常のレベルは、例えば、少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の強度Ｉｚと閾値との差分値などに応じて決定される。
【０１０６】
また、他の例として、判定部１３での判定の具体的な手法は、マハラノビス−タグチ法（Mahalanobis-Taguchi Method）などであってもよい。又は、判定部１３は、例えばｋ近傍法（k-Nearest Neighbor Algorithm）、サポートベクターマシン(Support Vector Machine: SVM)、及びニューラルネットワーク（Neural Network）などの機械学習アルゴリズムによって、判定を行ってもよい。ここでいう「ニューラルネットワーク」は、ディープラーニング（Deep Learning）を含む。ただし、ここで挙げた判定の具体的な手法は一例に過ぎず、判定の具体的な手法については適宜変更可能である。
【０１０７】
また、判定部１３は、少なくとも１つの特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分に基づいて、異常の有無を判定すればよいので、例えば、１つの特定周波数ｆ１の成分のみから判定を行ってもよいし、２つ以上の特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分から判定を行ってもよい。さらに、図３Ｂの例では、基準周波数ｆｓ１を中心として高周波側に２つ、低周波側に２つで計４つの特定周波数ｆ１〜ｆ４があると仮定しているが、特定周波数は基準周波数ｆｓ１の高周波側、又は低周波側の一方のみにあってもよい。さらにまた、特定周波数は、５つ以上あってもよい。
【０１０８】
（２．４．３）回転数推定アルゴリズム
次に、可動子４４２の回転数を推定するための推定部１６の動作、つまり推定部１６での回転数の推定のアルゴリズムについて、詳しく説明する。
【０１０９】
本発明者らは、すべり周波数の交流電力を界磁巻線４５２に供給する「すべり周波数制御」により、発電周波数を一定（基準周波数ｆｓ１）に維持している変換装置４においては、界磁巻線４５２の出力に、すべり周波数の情報が含まれる、という知見を得た。推定部１６での回転数の推定のアルゴリズムは、この知見に基づいている。すなわち、推定部１６は、取得部１１で取得された波形データのうち界磁巻線４５２の出力の電流波形を表す波形データ（界磁側データ）から、可動子４４２の回転数を推定する。
【０１１０】
具体的には、推定部１６は、界磁側データに対して高速フーリエ変換を施すことにより、界磁巻線４５２の出力電流の周波数スペクトルを求める。そして、推定部１６は、この周波数スペクトルを解析し、すべり周波数を抽出する。推定部１６は、このようにして界磁巻線４５２の出力電流の周波数スペクトルから求めたすべり周波数ｆｃ１を用いて、可動子４４２の回転数を求める。すなわち、可動子４４２の回転数Ｒａ〔ｒｐｍ〕、発電機４４の極数Ｐ１、及びすべり周波数ｆｃ１〔Ｈｚ〕を用いると、基準周波数ｆｓ１は下記数１の式で表される。ただし、下記数１の式における、すべり周波数ｆｃ１は絶対値である。
【０１１１】
【数１】
2018139505.tif 000003
【０１１２】
ここで、発電機４４の極数Ｐ１（例えば「Ｐ１＝４」）、及び基準周波数ｆｓ１は既知であるので、すべり周波数ｆｃ１が求まると、数１の式より、可動子４４２の回転数Ｒａが求まる。このようにして、推定部１６では、可動子４４２の回転数Ｒａの推定が可能になる。
【０１１３】
一例として、界磁側データに対する推定部１６での高速フーリエ変換により、図９に例示するような周波数スペクトルが得られた場合を想定する。図９では、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸が強度（成分の大きさ）を表している。図９から明らかなように、界磁巻線４５２の出力電流においては、周波数スペクトルは、すべり周波数ｆｃ１にて極大となる。そのため、図９に示すように、周波数スペクトルにおいては、すべり周波数ｆｃ１で極大点が生じることになる。図９の例では、すべり周波数ｆｃ１は３．８７５〔Ｈｚ〕である。この場合に、発電機４４の極数Ｐ１が「４」、基準周波数ｆｓ１が５０〔Ｈｚ〕であると仮定すると、数１の式から、可動子４４２の回転数Ｒａは１６１６．２５〔ｒｐｍ〕となる。
【０１１４】
ここにおいて、可動子４４２の回転数Ｒａを精度よく求めるためには、推定部１６は、数１の式の右辺第２項、つまり、すべり周波数ｆｃ１の項について、符号（＋／−）を特定する必要がある。そこで、推定部１６は、可動子４４２の回転数の推定に、界磁側データだけでなく、電機子巻線４５１の出力の電流波形を表す波形データ（電機子側データ）も用いている。具体的には、推定部１６は、電機子側データに対して高速フーリエ変換を施すことにより、電機子巻線４５１の出力電流の周波数スペクトルを求める。そして、推定部１６は、この周波数スペクトルを解析し、基準周波数ｆｓ１の成分の強度（以下、「ピークレベル」という）を抽出する。
【０１１５】
推定部１６は、抽出したピークレベルの大きさによって、数１の式の右辺第２項について、符号を決定する。可動子４４２の回転数Ｒａが大きくなると、変換装置４の出力は大きくなるので、ピークレベルは大きくなる。したがって、推定部１６は、ピークレベルが所定値以上であれば、可動子４４２の回転数Ｒａが同期速度以上である判断し、上記符号として「−」を選択する。ピークレベルが所定値未満であれば、推定部１６は、可動子４４２の回転数Ｒａが同期速度未満であると判断し、上記符号として「＋」を選択する。ここで、ピークレベルと比較される所定値は、統計データに基づいて決定される値である。
【０１１６】
上述したような回転数Ｒａの推定処理は、生成部１２での解析用データの生成に先立って実行される。つまり、生成部１２が解析用データを生成するために取得部１１が波形データを定期的に取得する場合、１回の波形データの取得につき、推定部１６が回転数Ｒａを求め、回転数Ｒａ（駆動周波数ｆｘ）がラベル付けされる一連の処理が行われることになる。ただし、電機子側データに対する高速フーリエ変換は、生成部１２でも実行されるので、推定部１６にて、改めて電機子側データに対する高速フーリエ変換を行うことは必須ではない。つまり、生成部１２及び推定部１６は、電機子側データに対する高速フーリエ変換の結果（周波数スペクトル）を共用してもよい。
【０１１７】
また、上述した回転数推定アルゴリズムに比べて推定精度は劣るが、推定部１６は、電機子巻線４５１の出力の電流波形を表す波形データ（電機子側データ）のみに基づいて、可動子４４２の回転数を推定することも可能である。例えば、推定部１６は、電機子巻線４５１の出力電流の周波数スペクトルを解析し、基準周波数ｆｓ１の成分の強度（ピークレベル）から、可動子４４２の回転数を推定することができる。つまり、上述したように可動子４４２の回転数が大きくなるほどピークレベルは大きくなるので、ピークレベルと回転数との対応関係が既知であれば、ピークレベルから回転数の推定が可能である。
【０１１８】
（２．６）状態監視システムの適用例
（２．６．１）構成
次に、上述したような状態監視システム１の具体的な適用例について、図１０を参照して説明する。
【０１１９】
図１０の例では、状態監視システム１は、互いにデータを伝送する第１装置３１と第２装置３２とを含んでいる。そして、判定装置１０を構成する取得部１１、生成部１２、判定部１３、出力部１４、記憶部１５、及び推定部１６は、第１装置３１と第２装置３２とに分散して設けられている。ここでは、少なくとも記憶部１５は第１装置３１に設けられ、生成部１２及び判定部１３は第２装置３２に設けられている。第１装置３１には、記憶部１５の他に、取得部１１及び出力部１４が設けられている。第２装置３２には、生成部１２及び判定部１３の他に、推定部１６が設けられている。
【０１２０】
これにより、第１装置３１は、状態監視システム１（判定装置１０）の機能のうち、波形データの蓄積、及び判定結果の出力（提示、通知）の機能を担うことになる。さらに、第１装置３１は、ユーザを識別するためのユーザＩＤ（identification）、及びログデータを管理する機能を有している。一方、第２装置３２は、状態監視システム１（判定装置１０）の機能のうち、波形データの解析、解析用データの生成、可動ブロック４１の異常の有無の判定、及び可動子４４２の回転数の推定の機能を担うことになる。すなわち、状態監視システム１の機能は第１装置３１と第２装置３２とに分散して実装されており、第１装置３１と第２装置３２とが協働することによって状態監視システム１が実現される。
【０１２１】
本実施形態では、第１装置３１及び第２装置３２は、それぞれクラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されている。さらに詳しく説明すると、第１装置３１は「Ａ国」に設置及び構築されたパブリッククラウド、第２装置３２は「Ｂ国」に設置及び構築されたプライベートクラウドである。つまり、判定装置１０は、パブリッククラウドとプライベートクラウドとを組み合わせた、いわゆるハイブリッドクラウドにて実現される。ここでいう「Ａ国」は、変換装置４が設置された国であって、ユーザの属する国でもある。一方、「Ｂ国」は、「Ａ国」とは別の国である。つまり、第１装置３１と第２装置３２とは異なる国に設置されているが、インターネットからなるネットワーク８を通じて互いに通信可能である。ここで、第１装置３１は、記憶部１５を含む関係上、第２装置３２に比べてストレージ容量の大きなクラウドが用いられる。
【０１２２】
また、第１装置３１は、計測装置２との間で暗号化されていない状態のデータ、つまり平文を用いて通信を行う。同様に、第１装置３１は、第２装置３２との間でも、平文を用いて通信を行う。これにより、法令などによって平文の使用が義務付けられている国又は地域であっても、第１装置３１の運用が可能となる。したがって、例えば「Ａ国」で平文の使用が義務付けられているとしても、第１装置３１の運用が可能となる。ただし、暗号化されたデータを用いた通信が許容されている国又は地域においては、この限りではなく、第１装置３１は、暗号化された状態のデータを用いて通信してもよい。
【０１２３】
また、図１０の例では、変換装置４は、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎを有している。複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの各々は、「（２．１）変換装置について」の欄で説明した変換装置４と同様に、固定子４４１及び可動子４４２を具備する発電機４４を有している。つまり、図１０の例における変換装置４は、可動子４４２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４４を複数有している。
【０１２４】
複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎは「発電設備群」を構成する。「発電設備群」を構成する複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎは、例えば数十〔ｍ〕〜数〔ｋｍ〕の間隔で設置されている。
【０１２５】
さらに、計測装置２は、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎを有している。複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々は、「（２．３．１）計測装置について」の欄で説明した第１センサ２１１及び第２センサ２１２の組み合わせに相当する。つまり、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々は、電機子側電路５４１及び界磁側電路５４２を流れる電流をそれぞれ検出する。
【０１２６】
ここで、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎは、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎに一対一に対応して設けられている。言い換えれば、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎは、複数の（風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの）発電機４４（図１参照）と一対一に対応して設けられている。つまり、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎは、それぞれ対応する風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎにおける電機子側電路５４１及び界磁側電路５４２に取り付けられている。複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎは「センサ群」を構成する。図１０では、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎが、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎに繋がっているように表されているが、これは両者の対応関係を模式的に表しているに過ぎない。実際には、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎは、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎ内に設置されている。
【０１２７】
複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々には、第１通信ユニット２２（図２参照）が接続されている。ゲートウェイ２４には、第２通信ユニット２３（図２参照）が１台接続されている。これにより、「センサ群」を構成する複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎとゲートウェイ２４との間において、多対一の通信が可能になる。
【０１２８】
したがって、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの出力電流の波形データは、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々に接続された第１通信ユニット２２から第２通信ユニット２３に送信され、ゲートウェイ２４に集約される。このようにして、計測装置２は、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎにて計測された波形データを、１台のゲートウェイ２４にて収集する。
【０１２９】
ここで、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの個々を特定するための識別子が予め設定されており、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々には、対応する風力発電装置の識別子が対応付けられている。さらに、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの各々には、識別子に加えて、それぞれの運営及び管理を行う事業主のユーザＩＤが対応付けられている。これにより、状態監視システム１は、ユーザＩＤに基づき、ユーザに対し、ユーザ自らが運営、管理する風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの異常の有無の情報を、提示することが可能である。
【０１３０】
ここで、状態監視システム１（第１装置３１及び第２装置３２）は、複数の発電機４４の各々について、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎのうち対応するセンサで検出された出力電流を用いて、異常の有無を判定するように構成されている。すなわち、本実施形態においては、状態監視システム１は、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎの各々について、可動ブロック４１の異常の有無を個別に判定することができる。この場合、出力部１４は、少なくとも可動ブロック４１の異常の有無に加え、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎのうちの判定の対象としている風力発電装置を特定する情報（識別子）を、判定結果として出力する。
【０１３１】
また、図１０の例においては、管理サーバ９１に接続可能なモニタ９２及び携帯端末９３が設けられている。モニタ９２及び携帯端末９３は、ユーザの管理下にあり、管理サーバ９１に接続することで、管理サーバ９１のユーザインタフェースとして機能する。したがって、管理サーバ９１は、判定装置１０の判定結果を受けた場合に、この判定結果をモニタ９２又は携帯端末９３に表示させることにより、判定結果をユーザに提示することができる。ここで、モニタ９２又は携帯端末９３には、判定装置１０の判定結果だけでなく、記憶部１５に記憶されている波形データなども表示可能である。携帯端末９３は、管理サーバ９１との間で通信可能な情報端末であり、例えばスマートフォン、タブレット端末等である。
【０１３２】
また、図１０の例では、状態監視システム１（第１装置３１及び第２装置３２）の保守、管理を行うための保守端末９４が設けられている。保守端末９４は、第１装置３１及び第２装置３２の各々との間で通信可能に構成されている。保守端末９４はネットワーク８を介して第１装置３１及び第２装置３２に接続されていてもよいし、専用回線を介して第１装置３１及び第２装置３２に接続されていてもよい。保守端末９４は、状態監視システム１を運営する管理者によって管理されており、第１装置３１又は第２装置３２との通信により、状態監視システム１の各種設定の変更、又はユーザ（ユーザＩＤ）の登録及び変更などを行う。また、保守端末９４は、状態監視システム１の判定結果等、状態監視システム１の動作状態を確認する機能も有している。
【０１３３】
（２．６．２）動作
次に、図１０に示すように構成された状態監視システム１の動作について、図１１を参照して説明する。
【０１３４】
計測装置２は、定期的に電流波形を計測し、この電流波形を表す波形データをゲートウェイ２４から、ネットワーク８経由で状態監視システム１の第１装置３１に送信する（Ｓ１）。このとき、計測装置２は、複数のセンサ２０１，２０２，２０３，…２０ｎの各々で計測された電流波形をゲートウェイ２４にてバッファリングし、第１装置３１に送信する。また、波形データには、複数基の風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎのうち計測対象の風力発電装置を特定する情報（識別子）が、補足データとして付加されている。
【０１３５】
第１装置３１は、ゲートウェイ２４から波形データを受信すると、この波形データを記憶部１５に蓄積する（Ｓ２）。このとき、第１装置３１は、波形データを、風力発電装置４０１，４０２，４０３，…４０ｎごとに、時系列に沿って記憶する。第１装置３１にて記憶された波形データは、自動的に消去されることはなく、保守端末９４にて所定の操作がなされるまで記憶部１５に残ることになる。さらに、第１装置３１は、波形データをネットワーク８経由で第２装置３２に送信する（Ｓ３）。
【０１３６】
第２装置３２は、第１装置３１から波形データを受信すると、生成部１２及び判定部１３にて、この波形データを解析し、解析用データから可動ブロック４１の異常の有無の判定を行う（Ｓ４）。このとき、第２装置３２は、波形データと、波形データの解析により得られた解析用データとをストレージに記憶する。第２装置３２は、判定結果をネットワーク８経由で第１装置３１に送信する（Ｓ５）。
【０１３７】
第１装置３１は、第２装置３２から判定結果を受信すると、出力部１４にて、判定結果を出力するための電子メールを作成する（Ｓ６）。ここで、第１装置３１は、Ｗｅｂサーバとして、判定結果を表すＷｅｂページを提供する。そのため、電子メールには、インターネット上の判定結果を表すＷｅｂページのＵＲＬ（Uniform Resource Locator）が含まれている。第１装置３１は、作成した電子メールを通知メールとして、ネットワーク８経由で管理サーバ９１へ送信する（Ｓ７）。
【０１３８】
管理サーバ９１は、通知メールを受信すると、モニタ９２又は携帯端末９３へ通知メールを転送する。これにより、ユーザにおいては、モニタ９２又は携帯端末９３を操作することで、通知メール内のＵＲＬより、判定結果を表すＷｅｂページにアクセス可能となる。ユーザが、ＵＲＬにアクセスすると、管理サーバ９１から第１装置３１にリクエストが送信される（Ｓ８）。その結果、モニタ９２又は携帯端末９３のＷｅｂブラウザ機能により、Ｗｅｂページ上の判定結果が閲覧可能になる。つまり、この場合、管理サーバ９１は、モニタ９２又は携帯端末９３と、ネットワーク８との間に、Ｗｅｂアクセス制御を行うプロキシ（Proxy）サーバとして機能する。
【０１３９】
（３）変形例
上述した状態監視システム１は、本開示の一例に過ぎず、本開示に係る状態監視システム１は、実施形態１に限定されることはなく、実施形態１以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【０１４０】
状態監視システム１の監視対象は、以下の構成の変換装置４であればよい。つまり、監視対象の変換装置４は、電力変換器５１を介して電力供給路５２に電気的に接続された界磁巻線４５２を可動子４４２に含み、可動子４４２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーを電力供給路５２に出力する構成であればよい。そのため、監視対象は風力発電設備に限らず、例えば水力発電設備、火力発電設備、原子力発電設備、地熱発電設備、揚水発電設備、又は波力発電設備などが、状態監視システム１の監視対象であってもよい。変換装置４が、二次励磁誘導発電機以外の発電設備の場合、例えば同期発電機の場合には、回転体４１０の回転数によって、変換装置４が出力する交流電圧の基準周波数が変動する。つまり、変換装置４が出力する交流電圧の基準周波数は、一定でなく変動してもよい。
【０１４１】
また、変換装置４は、例えば、電気エネルギーを可動子４４２の運動エネルギーに変換する電動機（モータ）等であってもよい。この場合、状態監視システム１は、変換装置４の入力である電気信号（例えば、駆動電流）の波形を表す波形データを取得し、この波形データから、変換装置４に関する情報を監視することができる。さらに、変換装置４が電動機である場合に、変換装置４の可動子４４２（出力軸）に外力を加えて可動子４４２を強制的に回転させる試験モードを設定してもよい。この場合、変換装置４が電動機であっても、状態監視システム１は、変換装置４の出力である電気信号（例えば、電圧信号又は電流信号）の波形を表す波形データを取得し、この波形データから、変換装置４に関する情報を監視することができる。
【０１４２】
また、解析用データは、変換装置４の出力電流に限らず、例えば変換装置４の出力電圧の波形を表す波形データを用いて生成されてもよい。つまり、解析用データの生成に用いられる波形データは、変換装置４の出力又は入力である電気信号であればよく、電流信号に限らず電圧信号であってもよい。
【０１４３】
また、解析用データは、画素値としての濃淡値（輝度値）で強度Ｉｚを表したモノクロ画像に限らず、例えば、画素値としての色相、又は彩度等で強度Ｉｚを表したカラー画像を表示するためのデータであってもよい。さらに、解析用データは、強度Ｉｚを画素値で表した画像に限らず、例えば、周波数、駆動周波数、及び強度の３軸を有する三次元グラフ等の画像を表示するためのデータであってもよい。また、解析用データは、画像を表示するためのデータに限らず、例えば、テーブル形式のデータであってもよい。
【０１４４】
また、解析用データに含まれる変数の１つである特徴量Ｓｚは、強度Ｉｚに限らず、位相であってもよい。また、解析用データは、周波数ｆｙ、特徴量Ｓｚ（強度Ｉｚ又は位相）、及び駆動周波数ｆｘの３つの変数を少なくとも含んでいればよく、三次元のデータに限らない。例えば、解析用データは、周波数ｆｙ、特徴量Ｓｚ（強度Ｉｚ又は位相）、及び駆動周波数ｆｘに加えて、波形データを取得したタイミングを示す時間（時刻）を変数として含む四次元のデータであってもよい。この場合、状態監視システム１は、解析用データから、例えば、経時的な要素を抽出し、異常の種類等を含めたより詳細な判定、又はより高精度な判定等が可能になる。さらに、解析用データは、５つ以上の変数を含む五次元以上のデータであってもよい。
【０１４５】
また、状態監視システム１が監視する変換装置４に関する状態は、変換装置４の劣化による異常に限らない。例えば、変換装置４の運用開始前に状態監視システム１を使用することにより、変換装置４の初期不良等の異常の有無についても判定可能である。さらに、状態監視システム１は、変換装置４に関する状態全般の監視に適用可能であって、変換装置４の異常に限らず、変換装置４の動作（稼働）状態、及び変換装置４の寿命等を、変換装置４に関する状態として監視してもよい。また、状態監視システム１は、変換装置４そのものに限らず、例えば、電動機からなる変換装置４の出力軸に連結されたギアボックス等、変換装置４と機械的に連結された機構部分の状態についても、変換装置４に関する状態として監視可能である。
【０１４６】
また、解析用データは、変換装置４に関する状態について、更に多様な監視に適用することも可能である。例えば、周波数ｆｙの値のうち、特定周波数ｆ１〜ｆ４以外の値に対応する特徴量Ｓｚの値に基づけば、変換装置４、又は変換装置４と機械的に連結された機構部分等の異常箇所の特定等に、解析用データを適用できる可能性がある。また、駆動周波数ｆｘによらずに周波数ｆｙを固定値とした場合の特徴量Ｓｚの値（図７の画像Ｉｍ１の例では横軸に平行な直線上の画素値）等についても、変換装置４に関する状態監視に適用できる可能性がある。
【０１４７】
また、推定部１６で求められる可動子４４２の回転数の情報は、生成部１２での解析用データの生成に限らず、その他の目的で使用されてもよい。この場合、状態監視システム１は、少なくとも取得部１１及び推定部１６を備えていればよく、生成部１２が省略されていてもよい。回転数の情報が生成部１２での解析用データの生成以外の目的で使用される場合、推定部１６で推定された可動子４４２の回転数の情報は、例えば、出力部１４にてネットワーク８を介して管理サーバ９１へ送信される。これにより、管理サーバ９１においては、可動子４４２の回転数をユーザに提示することが可能となる。
【０１４８】
また、第１装置３１及び第２装置３２の各々は、クラウド（クラウドコンピューティング）に限らず、例えばサーバ等のコンピュータによって実現されていてもよい。さらに、状態監視システム１は、第１装置３１と第２装置３２とを含んでいればよく、状態監視システム１の機能は３台以上の装置に分散されていてもよい。例えば、生成部１２は、複数の装置に分散して設けられていてもよい。具体例として、生成部１２の機能のうち、周波数分析を行う機能と、周波数分析の結果を受けてソート処理を行う機能と、画像Ｉｍ１を表示するための画像データを生成する機能と、が適宜分散されていてもよい。さらにまた、状態監視システム１は、第１装置３１と第２装置３２とを含む構成に限らず、状態監視システム１の機能は１台の装置で実現されていてもよい。さらに、第１装置３１及び第２装置３２は同一国内に設置されていてもよい。
【０１４９】
また、状態監視システム１の各機能の第１装置３１及び第２装置３２への割り当ては、上述した例に限らず、例えば出力部１４が第１装置３１ではなく第２装置３２にあってもよい。この場合、判定部１３での判定結果は、第１装置３１に返されることなく、第２装置３２の出力部１４から出力されることになる。
【０１５０】
また、計測装置２は、波形データを定期的に出力する構成に限らず、ユーザからの計測要求を受けて、計測要求への応答として波形データを判定装置１０に出力するように構成されていてもよい。この場合、例えばユーザが携帯端末９３に対して所定の操作を行うことにより、管理サーバ９１から計測装置２に計測要求が送信され、この計測要求をトリガにして、計測装置２が波形データを判定装置１０へ送信する。
【０１５１】
また、計測装置２は、変換装置４が運転中か否かを、変換装置４から出力される状態信号により判断する構成に限らず、例えば第１センサ２１１又は第２センサ２１２の出力にて判断する構成であってもよい。
【０１５２】
また、状態監視システム１は、例えば竜巻による可動ブロック４１の破損など、突発的に生じる損傷についても、可動ブロック４１の異常と判定するように構成されていてもよい。この場合、出力部１４は、突発的に生じる損傷と、軸受４１２のフレーキングのように、正常に変換装置４が使用されているうちに可動ブロック４１に生じる経年劣化とを、区別して提示することが好ましい。
【０１５３】
また、計測装置２における第１センサ２１１及び第２センサ２１２は、変換装置４のタワー４３内に設置される構成に限らず、タワー４３の外部に設置されてもよい。
【０１５４】
（４）状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体
上述した状態監視システム１と同様の機能は、状態監視予測方法、状態監視プログラム、又は解析用データを記録する記録媒体等で具現化されてもよい。
【０１５５】
一態様に係るイベント予測方法は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視するための状態監視方法である。状態監視方法は、取得処理と、生成処理と、を有する。
【０１５６】
また、一態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、取得処理と、生成処理と、を実行させる。
【０１５７】
取得処理は、変換装置４の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置２から、電気信号の波形を表す波形データを取得する。生成処理では、波形データを用いて、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する。生成処理では、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求める。生成処理では、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、解析用データを生成する。
【０１５８】
他の態様に係る状態監視方法は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視するための状態監視方法である。状態監視方法は、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する判定処理を有する。
【０１５９】
また、他の態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する判定処理を実行させる。
【０１６０】
解析用データは、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求めて生成される。解析用データは、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含むデータである。
【０１６１】
これらの状態監視方法又は状態監視プログラムによれば、専用の判定装置１０を用いなくても実施形態１（変形例を含む）に係る状態監視システム１の具現化が可能であり、状態監視システム１の導入が容易になる、という利点がある。ここで、コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録された状態監視プログラムをプロセッサが実行することによって、本開示に係る状態監視システム１と同様の機能が実現される。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。状態監視プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、この例に限らない。状態監視プログラムは、例えば、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。
【０１６２】
また、状態監視方法及び状態監視プログラムによって、実施形態１（変形例を含む）に係る状態監視システム１が具現化される場合でも、上述した種々の構成、及び下記の実施形態２で説明する構成を適宜組み合わせて適用可能である。すなわち、例えば、状態監視方法において、生成処理は、生成部１２が行うソート処理を含んでいてもよい。
【０１６３】
（実施形態２）
本実施形態に係る状態監視システム１は、判定部１３が、推定部１６にて推定される可動子４４２の回転数を用いずに、可動ブロック４１の異常の有無を判定する点で、実施形態１の状態監視システム１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【０１６４】
すなわち、本実施形態では、判定部１３は、例えば回転数モニタなど、推定部１６以外の装置から可動子４４２の回転数の情報を取得する。そして、生成部１２は、複数の二次元のデータセットＤ１，Ｄ２，Ｄ３…の各々について、波形データが得られたときの駆動周波数ｆｘ（可動子４４２の回転数）の値をラベルとして付加し、解析用データを生成する。
【０１６５】
以上説明したように、例えば回転数モニタが変換装置４に付設されている場合には、生成部１２は、回転数モニタの出力を用いて、解析用データを生成することができる。したがって、本実施形態の状態監視システム１では、推定部１６は省略可能である。ただし、推定部１６で推定された可動子４４２の回転数の情報は、生成部１２での解析用データの生成以外の目的で使用されてもよいので、本実施形態の状態監視システム１においても、推定部１６が備わっていてもよい。
【０１６６】
実施形態２で説明した構成は、実施形態１で説明した種々の構成（変形例を含む）と適宜組み合わせて適用可能である。
【０１６７】
（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る状態監視システム１は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視する。状態監視システム１は、取得部１１と、生成部１２と、を備える。取得部１１は、変換装置４の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置２から、電気信号の波形を表す波形データを取得する。生成部１２は、波形データを用いて、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する。生成部１２は、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求める。生成部１２は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、解析用データＤａ１を生成するように構成されている。
【０１６８】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。そのため、状態監視システム１で可動ブロック４１に異常があると判定された場合、ユーザは、変換装置４に深刻な損傷が発生する前に、変換装置４のメンテナンス（点検及び補修を含む）などの対策をとることができる。すなわち、この状態監視システム１によれば、ユーザは、変換装置４の損傷の予兆を検知し、変換装置４に深刻な損傷が発生するより前に適切な対策をとることで、損傷の拡大などを防止可能である。言い換えれば、状態監視システム１では変換装置４の損傷を予測しているので、ユーザは、変換装置４の保守、管理を計画的に行うことができる。その結果、変換装置４の深刻な損傷による変換装置４の運転停止を回避可能となり、変換装置４の稼働率の向上にも寄与する。
【０１６９】
しかも、この状態監視システム１では、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。つまり、状態監視システム１においては、変換装置４に関する状態は、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データに基づいて判定できる。したがって、この態様の状態監視システム１では、電気信号を計測するためのセンサ（第１センサ２１１）が、変換装置４の出力又は入力の電路（電機子側電路５４１）に設置されていればよい。よって、従来例のように振動センサを用いる場合とは異なり、振動の発生場所の近傍に計測装置２を設置する必要がなく、本態様によれば、状態監視システム１の導入が容易になる、という利点がある。
【０１７０】
さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。すなわち、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみでは、外乱等の影響で、ある駆動周波数ｆｘについて、特定の周波数ｆｙに特徴量Ｓｚ（例えば強度Ｉｚ）のピークが生じた場合に、例えば、変換装置４の異常等の誤った判断がされる場合がある。これに対して、本態様によれば、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚに加えて、駆動周波数ｆｘを変数として含む３次元のデータセットを変換装置４に関する状態の監視に用いることができるので、変換装置４に関する状態の監視精度が向上する。
【０１７１】
第２の態様に係る状態監視システム１では、第１の態様において、生成部１２は、解析用データについて駆動周波数ｆｘを軸に並び替えるソート処理を行うように構成されている。
【０１７２】
この態様によれば、駆動周波数ｆｘと相関関係にある特定間隔Ｆｉ１の特定が容易になり、結果的に、特定周波数ｆ１〜ｆ４の特定が容易になるため、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。
【０１７３】
第３の態様に係る状態監視システム１では、第１又は２の態様において、解析用データは、特徴量Ｓｚを画素値とする画素が、周波数ｆｙと駆動周波数ｆｘとを軸に二次元配置された画像Ｉｍ１を表示するためのデータである。
【０１７４】
この態様によれば、例えば表示装置に画像Ｉｍ１を表示させることにより、人が目視で、変換装置４に関する状態を判定することも容易になる。
【０１７５】
第４の態様に係る状態監視システム１は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視するための状態監視システム１である。状態監視システム１は、判定部１３を備える。判定部１３は、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する。解析用データは、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求めて生成される。解析用データは、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含むデータである。
【０１７６】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この状態監視システム１では、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視システム１の導入が容易になる、という利点がある。さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。すなわち、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみでは、外乱等の影響で、ある駆動周波数ｆｘについて、特定の周波数ｆｙに特徴量Ｓｚ（例えば強度Ｉｚ）のピークが生じた場合に、例えば、変換装置４の異常等の誤った判断がされる場合がある。これに対して、本態様によれば、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚに加えて、駆動周波数ｆｘを変数として含む３次元のデータセットを変換装置４に関する状態の監視に用いることができるので、変換装置４に関する状態の監視精度が向上する。
【０１７７】
第５の態様に係る状態監視システム１では、第４の態様において、判定部１３は、解析用データにおいて、周波数ｆｙの値のうち、特定周波数ｆ１〜ｆ４の値に対応する、特徴量Ｓｚの値に基づいて、変換装置４に関する状態を判定するように構成されている。
【０１７８】
この態様によれば、判定部１３における、変換装置４に関する状態の判定精度が比較的高くなる。
【０１７９】
第６の態様に係る状態監視システム１では、第５の態様において、判定部１３は、所定の関係式で表される駆動周波数ｆｘの値と周波数ｆｙの値との複数の組み合わせに対応する特徴量Ｓｚの値が、所定の条件を満たすときの係数ｎを特定する。所定の関係式は、少なくとも駆動周波数ｆｘ、周波数ｆｙ、及び係数ｎを用いて表される。判定部１３は、特定された係数ｎの値から特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定するように構成されている。
【０１８０】
この態様によれば、判定部１３における、変換装置４に関する状態の判定を比較的容易に自動化できる。
【０１８１】
第７の態様に係る状態監視システム１では、第６の態様において、所定の関係式は、電気信号の基準周波数ｆｓ１を更に用いて、ｆｙ＝ｆｓ１＋ｎ×ｆｘで表される。
【０１８２】
この態様によれば、判定部１３における、変換装置４に関する状態の自動判定に係る処理負荷を比較的軽くできる。
【０１８３】
第８の態様に係る状態監視システム１では、第１〜７のいずれかの態様において、可動子４４２は、駆動周波数ｆｘにて回転運動するように構成されている。
【０１８４】
この態様によれば、例えば風力発電設備等の、回転型の可動子４４２を有する変換装置４に、状態監視システム１を適用可能である。
【０１８５】
第９の態様に係る状態監視システム１では、第８の態様において、可動子４４２は、界磁巻線４５２を有している。状態監視システム１は、少なくとも界磁巻線４５２の出力を用いて駆動周波数ｆｘの値を求める推定部１６を更に備える。
【０１８６】
この態様によれば、変換装置４に付設された回転数モニタが無い場合でも、推定部１６にて、可動子４４２の駆動周波数ｆｘ（回転数）の値を推定することが可能である。
【０１８７】
第１０の態様に係る状態監視システム１では、第１〜９のいずれかの態様において、変換装置４は、発電設備を構成する。
【０１８８】
この態様によれば、例えば風力発電設備等の、発電設備からなる変換装置４に、状態監視システム１を適用可能である。したがって、変換装置４の出力である電気信号の波形を表す波形データを用いて、変換装置４に関する状態の監視が可能になる。
【０１８９】
第１１の態様に係る状態監視方法は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視するための状態監視方法である。状態監視方法は、取得処理と、生成処理と、を有する。取得処理は、変換装置４の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置２から、電気信号の波形を表す波形データを取得する。生成処理では、波形データを用いて、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する。生成処理では、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求める。生成処理では、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、解析用データを生成する。
【０１９０】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この状態監視方法では、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視方法の導入が容易になる、という利点がある。さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。
【０１９１】
第１２の態様に係る状態監視方法は、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視するための状態監視方法である。状態監視方法は、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する判定処理を有する。解析用データは、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求めて生成される。解析用データは、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含むデータである。
【０１９２】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この状態監視方法では、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視方法の導入が容易になる、という利点がある。さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。
【０１９３】
第１３の態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、取得処理と、生成処理と、を実行させる。取得処理は、変換装置４の出力又は入力である電気信号を計測する計測装置２から、電気信号の波形を表す波形データを取得する。生成処理では、波形データを用いて、変換装置４に関する状態を監視するための解析用データを生成する。生成処理では、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求める。生成処理では、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含む、解析用データを生成する。
【０１９４】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この状態監視プログラムでは、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視プログラムの導入が容易になる、という利点がある。さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。
【０１９５】
第１４の態様に係る状態監視プログラムは、可変の駆動周波数ｆｘにて周期的に運動する可動子４４２の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で少なくとも一方向にエネルギーを変換する変換装置４に関する状態を監視させるための状態監視プログラムである。状態監視プログラムは、コンピュータシステムに、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを用いて生成される解析用データから、変換装置４に関する状態を判定する判定処理を実行させる。解析用データは、駆動周波数ｆｘの値を変化させたときの波形データから、周波数分析により、周波数ｆｙの値と強度Ｉｚ又は位相からなる特徴量Ｓｚの値との組み合わせを複数求めて生成される。解析用データは、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含むデータである。
【０１９６】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この状態監視プログラムでは、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視プログラムの導入が容易になる、という利点がある。さらに、変換装置４に関する状態の監視に用いられる解析用データＤａ１は、少なくとも周波数ｆｙと、特徴量Ｓｚと、駆動周波数ｆｘとの３つの変数を含んでいる。したがって、ある駆動周波数ｆｘについての、周波数ｆｙ及び特徴量Ｓｚのみから変換装置４に関する状態を監視する場合に比べて、変換装置４に関する状態の監視の精度が向上する。
【０１９７】
第１５の態様に係る記録媒体は、第１１の態様に係る状態監視方法で生成された解析用データを記録する。
【０１９８】
この態様によれば、変換装置４の出力又は入力である電気信号の波形を表す波形データを監視することで、この波形データに表れる兆候から、変換装置４に関する状態を監視可能となる。この記録媒体によれば、変換装置４で生じる機械的な振動を検出することなく、変換装置４に関する状態を監視することができる。したがって、この態様によれば、状態監視方法の導入が容易になる、という利点がある。
【０１９９】
上記態様に限らず、実施形態１及び実施形態２に係る状態監視システム１の種々の構成（変形例を含む）は、状態監視方法、状態監視プログラム、及び記録媒体で具現化可能である。
【０２００】
第２，３，５〜１０の態様に係る構成については、状態監視システム１に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【０２０１】
１  状態監視システム
１１  取得部
１２  生成部
１３  判定部
１５  記憶部（記録媒体）
１６  推定部
２  計測装置
４  変換装置
４４２  可動子
４５２  界磁巻線
Ｄａ１  解析用データ
ｆｓ１  基準周波数
ｆ１〜ｆ４  特定周波数
ｆｘ  駆動周波数
ｆｙ  周波数
Ｉｚ  強度
Ｉｍ１  画像
【図１】
2018139505.tif 000004
【図２】
2018139505.tif 000005
【図３】
2018139505.tif 000006
【図４】
2018139505.tif 000007
【図５】
2018139505.tif 000008
【図６】
2018139505.tif 000009
【図７】
2018139505.tif 000010
【図８】
2018139505.tif 000011
【図９】
2018139505.tif 000012
【図１０】
2018139505.tif 000013
【図１１】
2018139505.tif 000014
【国際調査報告】
2018139505.tif 000015
2018139505.tif 000016
2018139505.tif 000017