JP2004101265A - Method for measuring wind direction/wind velocity at windmill construction scheduled site for generating wind power - Google Patents

Method for measuring wind direction/wind velocity at windmill construction scheduled site for generating wind power Download PDF

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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring wind direction/wind velocity at a site where a windmill is scheduled to be constructed for generating wind power that can automatically and efficiently acquire data at a number of points to be observed by using a laser radar. <P>SOLUTION: The method comprises a step for obtaining altitude data on a ground surface 2 separated from a position O where the laser radar 1 is installed by a specific distance; a step for setting points that are moved by a desired height upward from a plurality of specific positions on the ground surface to be the points to be observed, calculating position data by a polar coordinates system at each point to be observed, and storing the calculated position data; and a step for presetting the scanning method of the laser radar so that the wind direction and wind velocity at each point to be observed can be measured by using the position data at each point to be observed being stored. According to the scanning method of the preset laser radar, the wind direction and wind velocity at each point to be observed are automatically measured. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電設備である風力発電用風車の建設場所を選定するための風況(風速および風向)を観測する方法に係わり、さらに詳しくは、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風速および風向を直接的に計測する風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境問題への関心が高まり、風力発電設備の設置量は、着実に増加してきている。
今後も、風力発電等の新エネルギーの普及促進を図るための関連法案の充実に伴い、風力発電設備の設置量は、飛躍的に増加するものと考えられる。
さらに、設置される場所としては、欧州等の事例から見ても、陸地のみならず、海上にも建設される可能がある。
しかしながら、風力発電は、そのエネルギー源を自然の風としているため、高い性能の発電設備を大量に設置したとしても、風況(風速および風向)条件の悪いところに設置すると、十分な発電電力が得られない。
【0003】
さらに、十分な量の風が吹いている場所であっても、風速や風向が頻繁に変わるような風況条件の場所に風力発電設備を設置すると、設備の寿命が短くなったり、最悪の場合は、設備の破損等の事故に至ることもある。
そのため、風力発電設備の設置を予定する場合には、例えば、図10に示すように、風車型風向風速計(風向計および風速計)が取付けられた高さ30Mまたは40M程度の支柱(ポール)を風力発電用風車建設予定地に建て、この風車型風向風速計によって、風車設置場所選定のための風況(風速および風向)調査が行われる。
なお、30Mポールの場合は地上高20Mと30Mの位置に、40Mポールの場合は地上高30Mと40Mの位置に、それぞれ風向計および風速計が取付けられている。
【0004】
即ち、高さ30M〜40M程度の支柱(ポール)を風力発電の風車設置予定位置に建設し、そのポールに取り付けられた風車型風向風速計を用いて定点観測を行い、その場所での風向風速を定期的(例えば、週毎、月毎、年毎)に計測し、そのデータを集計することによって風力発電用風車の建設予定場所の風況調査を行っていた。
この方法では、ポールを設置するための用地の確保が必要であり、また、風車型風向風速計が取り付けられたポールの設置工事に手間がかかるといった問題があった。
【0005】
また、ポールが設置された固定点のみのデータしか取得できず、さらに、安全面および費用面から設置されるポールの高さにも制限があり、実際に必要とする高さの風向風速は得られない。
例えば、風力発電用の羽根の中心高さは、通常用いられている1000KW級の設備で、地上高が60M程度となる。
従って、図10に示したような支柱(ポール)を用いて測定した風速値あるいは風向データは、測定の高さが実際の風力発電設備の風車中心とは異なり、そのままでは使えない。
従って、実際に測定した地上高30M程度の風向・風速データより必要とする地上高の風向・風速データを推定していた。
【0006】
なお、図11は、上述した従来の方法(即ち、推定により必要な高度の風速・風向データ得る方法)によって風力発電用風車建設予定場所の風速データおよび風向データを得る様子を概念的に示す図である。
図において、50はポール、51は風車型風向風速計、52は計測したデータを記録する記録器である。
ポールでの実際の風速測定値から必要とする地上高での風速値の推定(変換)は、次式の指数法則で求めるのが通例である。
U/U=(Z/Z(1/n)
ここで、 U:地上高Zにおける風速
:地上高Zにおける風速
n:指数法則のべき指数
【0007】
ここで用いるn値(指数法則のべき指数)は、地面の粗度状態のほかに、大気安定度によっても変化する。
安定度が中立の場合、n値はおおよそ以下の程度である。
(1)地面状態が「平坦な地形の草原」あるいは「海岸地方」の場合
n:7〜10(1/n:0.10〜0.14)
(2)地面の状態が「田園」の場合
n:4〜6(1/n:0.17〜0.25)
(3)地面の状態が「市街地」の場合
n:2〜4(1/n:0.25〜0.50)
【0008】
風速の鉛直分布について指数法則が成り立つのは平坦地の場合であって、山の山頂や斜面等は、このように単純ではない。
また、平坦地であっても、風速の値によりn値は異なることがある。
このように、指数法則を使う場合は、注意が必要である。
また、日本は、風況(風向風速)条件がよく、かつ、安定した平坦地が少ないため、風力発電の適地としては、地形の複雑な山地または海岸部が主流となる。このような場所は、気流が複雑となるため、位置によって風況(風向風速)条件は大きく異なることになる。従って、ポールを建てる位置は風力発電用風車が実際に設置される予定の位置とする必要がある。
【0009】
このように、実際に風向風速計が取付けられたポールを建て、計測したデータから推定によって必要とする地上高の風向風速データを得る方法では、測定点が限定される(即ち、データ量が少ない)と共に、推定して得られるデータの質に問題があった。
【0010】
風力発電用の風車建設予定場所の風速データおよび風向データを得るために、上述したような方法が行われているのが現状であるが、レーザレーダを用いて、予め定められた高度における風速や風向を直接測定する方法が、例えば、特許文献1に示されている。
なお、特許文献1に開示されている技術は、風向、風速、種々の高度における気温、透明度などの気象パラメータをレーザレーダを用いて測定する気象パラメータ測定装置に関するものであるが、レーザレーダを用いて風力発電用風車建設予定場所の風速データあるいは風向データを得ることについては一切記載されていない。
【0011】
図12は、この特許文献1に開示されている技術(即ち、レーザレーダにより気象パラメータを測定する技術)を用いて、風力発電用風車建設予定場所の風速および風向データを計測する場合の様子を概念的に示す図である。
図において、53はレーザレーダである。
レーザレーダ53を用いることにより、風向風速測定用のポールを風車建設予定地に実際に建てることなく、所望の高度の風速データおよび風向データを直接計測することが可能である。
しかしながら、風力発電用の風車建設予定場所の風況調査のためには、位置および高度の異なる多数の被観測点のデータの定期的な収集が必要である。
従って、特許文献1に示されているようなレーザレーダを用いた場合、それぞれの被観測点毎にレーザレーダの出射方向(方位角や仰角)や測定点まで距離を、その都度設定して測定しなければならならず、測定作業の効率が非常に悪くなり、多数の被観測点における風向風速データを得るのに多大な時間を要することになる。
【0012】
【特許文献1】
特開平6−342084号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、風力発電用風車建設予定場所に風車型風向風速を取り付けたポールを実際に設置して、風向および風速を計測する従来の計測方法では、ポール設置のための用地の確保やポール設置工事が必要であると共に、ポール高さに制限された固定点のみのデータしか取得できず、取得できる計測データの量や計測データの質に問題があった。
また、ポールに取り付けた風向風速計によって取得したデータから必要とする地上高のデータを推定しようとすると、ポール設置場所の種々の環境条件等によって正確な推定データを得るのは困難であった。
また、ポールを設置することなく、レーザレーダを用いて多数の被観測点の風向風速データを観測者が直接計測しようとすると、被観測点毎に、あるいは観測の度毎にレーザレーダの出射方向や測定距離を設定しなければならならず、計測作業の効率が非常に悪くなるという問題点がある。
【0014】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、風力発電用風車建設予定地の風向および風速データの計測において、レーザレーダを用いることによって、実際に測定用のポールを建設予定地に設置することなく、直接的に、所望の被観測点の風向風速を効率よく測定することのできる風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を提供することを目的とする。
また、レーザレーダを用いることによって、実際に測定用のポールを建設予定地に設置することなく、直接的に、多数の被観測点のデータを自動的に効率よく取得することのできる風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
上記被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、直交座標系で入力された上記被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、極座標系に変換された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うものである。
【0016】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の被観測点は、海面上の所定位置に設定されているものである。
【0017】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた上記地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うものである。
【0018】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測するものである。
【0019】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた上記地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、上記地表面上の上記所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、上記レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角で上記レーザレーダを水平走査し、上記複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間するものである。
【0020】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得るものである。
【0021】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態1.
風力発電設備である風車の建設予定場所における風向および風速データを得るための被観測点の位置は、通常は地図上の地点から選定されるので、被観測点の位置は図1に示すような緯度・経度を基準に持つ直交座標系で表される。
一方、レーザレーダは、その動作原理から、図2に示すような距離(r)、方位角(θ)、仰角(φ)をパラメータとする極座標系を持っている。
【0023】
従って、多数の被観測点の風向や風速をレーザレーダにより効率よく計測するためには、まず、地図上の直交座標系の各被観測点の位置をレーザレーダの設置場所(図2中のO点)を中心とする極座標系に変換し、レーザレーダでの測定距離(r)、方位角(θ)、仰角(φ)を設定する必要がある。
その後、所定の手順に従って、極座標系で設定された各被観測点の風向および風速のデータをレーザレーダによって順次自動的に計測し、計測されたデータは記録されると共に、必要なデータ処理が施される。
【0024】
図3は、実施の形態1による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
以下、図3に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
まず、風況(風向風速)調査をおこなう全ての被観測点(従来であればポールを設置したであろう地点も含む所望の被観測点)の位置を直交座標系により入力する。(ステップS101)
【0025】
次に、ステップS101において直交座標系で入力された各被観測点の位置を極座標系へ変換する。(ステップS102)
この時、使用するレーザレーダ固有の分解能に応じた変化量で座標変換表を使用しても良い。
即ち、各被観測地点までの地図上の3次元位置を直交座標系で入力し、これらを極座標系に座標変換することによって、極座標系による各被観測地点の距離、方位、仰角が求まる。
【0026】
そして、極座標に変換された被観測点の位置データ(被観測点の距離、方位、仰角)をレーザレーダの駆動制御部に設定(保存)する。(ステップS103)なお、レーザレーダの駆動制御部は、保存された被観測点の位置データに基づいてレーザビームの出射方向(方位、仰角)を制御する。
極座標系に変換された全ての被観測点の位置データ入力(即ち、レーザレーダの駆動制御部への保存)が未完了の場合は、ステップS101に戻る。(ステップS104)
【0027】
次に、極座標に変換された全ての被観測点の位置データのレーザレーダの駆動制御部への保存が完了すると、定められた測定順序で順次各被観測点の風向データおよび風速データの測定(計測)を開始する。(ステップS105)
ステップ106からステップS110は、それぞれの被観測点における風向・風速の計測手順を示している。
即ち、S105において測定(計測)が開始すると、まず、最初の被観測点について測定方位(即ち、方位角)、仰角が設定され(ステップS106)、レーザが発射され(ステプS107)、所望の距離の信号が帰ってくるタイミングでデータを取得する。(ステップS108)。
【0028】
レーザレーダの動作原理上、少なくとも2方向の測定データがなければ、風向風速は算出できない。
そこで、ステップS109に示すように、風向および風速を算出するのに必要なだけレーザビームを走査して、データを取得する必要がある。
即ち、ステップS109で方位角および仰角の差分を入力し、再びステップS106に戻り同様の処理を行う。
そして、必要なデータが取得できれば、そのデータから風向風速を算出する。(ステップS110)
全観測地点分について測定(計測)が終われば、終了である。観測地点の計測が残っておれば、ステップ106へ戻る。(ステップS111)
【0029】
本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法では、上述したように、直交座標系で入力された各被観測点の位置を極座標系へ変換し、極座標に変換された被観測点の位置データ(距離、方位角、仰角)をレーザレーダの駆動制御部に保存し、該駆動制御部に保存された被観測点の位置データ(距離、方位角、仰角)を用いて、予め定められた測定手順に従って、順次各被観測点の風向および風速の測定(計測)を行うものである。
従って、一度、極座標系に変換された多数の被観測点の位置データを保存おくことにより、多数の被観測点の風向および風速データをレーザレーダにより自動的に計測することが可能となり、計測作業の大幅な削減が行える。
【0030】
なお、上述した実施の形態1では、被観測点が多数(複数)ある場合を前提として説明しているが、被観測点は1つであってもよいことは言うまでもない。
また、被観測点の1つの近傍に実際に風車型風向風速計を取り付けたポールを設置し、ポール先端部の風車型風向風速計によっても風向風速データを得るようにしてもよい。
これにより、ポール先端部の風向風速計により計測されたデータとレーザレーダによって計測されたデータを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常に行われているかどうかを確認することができる。
また、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、被観測点が海上にある場合の風向風速にも非常に有効である。
【0031】
実施の形態2.
風力発電所の発電量を事前に調査することを目的とした風況調査では、多数の風車設置予定位置における風車設置高度(通常は60m)を含む所望の地表高の風向風速を計測する必要がある。
本実施の形態では、風向風速計測用のレーザレーダを地形観測にも用いて、得られた地形データをもとに所定の等地上高の風向風速(風速ベクトル)を自動的に直接計測する方法について説明する。
図4は、実施の形態2による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す図であり、複数の等地上高面(例えば、等地上高線Iおよび等地上高線II)の風向風速をレーザレーダ(ライダとも称す)1で計測する状況を模式的に表した図である。
【0032】
実際の測定では地上高が一定となる2次元曲面上の風速を計測することになるが、図を簡単にするため、図4ではレーザレーダ1からある一定の距離(例えば、図中OAの距離)の位置、即ち、図中の△印の列で結ばれる曲線上のみを取り出して図示している。
レーザレーダ1による地表面2の観測によって、地表面上の△印の位置が測定される。
この△印の位置から垂直方向に一定高度だけ上に移動した位置が、計測対象の点(即ち、等地上高線上の被観測点)である。
【0033】
即ち、△印はレーザレーダから所定の距離(図中のOA)にある地表面上の被観測点位置を示しており、△印の垂直方向上方の等地上高線Iあるいは等地上高線IIの高さにある位置が被観測点である。
なお、レーザレーダ1から見た各被観測点の方位角および仰角は幾何学計算によって容易に算出することができる。
レーザレーダ1で風速ベクトルを計測する場合、有限の方位角幅でドップラー速度を計測し、その計測結果を合成する必要がある。
【0034】
図4において、各△印上方の1つの矢印(←印または→印)の長さは1つの被観測点の風速ベクトルを得るための方位角区間を示しており、また、矢印の向きはレーザレーダの水平走査方向を示している。
図4の例では、まず、等地上高線I上の被観測点の風向風速を計測し、その後に等地上高線II上の被観測点の風向風速を計測する様子を示している。
図に示すように、地形に起伏があるので、方位角によって観測する仰角が変化している。(即ち、ある方位角における地表面の高度が高いほど、その地点上の被観測点の仰角は大きくなる。)
図4は一つの距離における等高度線上の風向風速観測の状況を表しているが、距離を変えて(即ち、図中の0Aの長さを変えて)、同様の観測を複数回繰り返すことにより、等地上高面上の風速ベクトルが得られる。
【0035】
図5は、図4に示した風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の変形例を模式的に表す図である。
図5は図4とほぼ同様であるが、図5は図4に示した等地上高線Iおよび等地上高線II上の被観測点における風向風速の計測に加え、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を先端部に取り付けたポール10を実際に設置し、設置されたポール10の先端部の位置における風向風速を風車型風向風速計とレーザレーダ(ライダ)1とで同時に観測する場合の観測状況を示したものである。
【0036】
この方法によれば、ポール10の先端部に取り付けた風車型風向風速計で計測される風向風速とレーザレーダ1で計測される同じ点の風向風速を比較することが可能となるので、レーザレーダ1が正常に運用されているかどうか(即ち、レーザレーダによる計測が正常か否か)を確認することができる。
なお、図5の例では、ポール10上の2つの高度に風車型風向風速計が取り付けられているとして、ポール位置の2つの高度における風向風速を計測するようにしている。
ポール位置の2つの高度における風向風速を計測した後、図4と同様に等地上高線Iおよび等地上高線II上の被観測点における風向風速の計測を行う。
【0037】
図6は、実施の形態2による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートであり、図5で示した場合の観測方法の手順をフローチャートにしたものである。
以下、図6に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
まず、ステップS201における「地形観測」のステップについて説明する。ステップS201では、地形データを得るための3次元領域レーザレーダ観測を行う。
地表面の存在する方向をレーザレーダ観測(ライダ観測)したときに得られる典型的な受信波形を図7に示す。
【0038】
図7の横軸はレーザレーダが送信波を送信した瞬間から反射波を受信するまでの遅延時間である。
受信信号には、地表面で反射されたエコー以外に大気で反射されたエコーも含まれる。
しかし、一般的に、大気エコーに比べて地表面エコーは十分に高い受信強度を持つ。
そこで、予め設定したしきい値を超える受信強度を持つエコーを検出し、そのピーク位置の遅延時間を抽出する。
この遅延時間を距離に換算することにより、レーザレーダから地表面上の反射点までの距離を得る。
【0039】
次に、ステップS202における「地形マッピング処理」のステップについて説明する。
ステップS201で得られた「レーザレーダから地表面上の反射点までの距離」に観測時の方位角と仰角の値を付加することにより、極座標表現による反射点の位置が定まる。
複数のビーム方向で観測された反射点位置のデータをまとめることにより、地表面上の各点の高度を表す地図が得られる。(即ち、地形マッピング処理が施される。)
【0040】
次に、ステップS203における「被観測点の設定」のステップについて説明する。
ステップS202で得られた地表面位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の極座標系による位置データとして、レーザレーダの駆動制御部に保存する。次に、ステップ204における「走査方法の設定」のステップでは、ステップ203で得られた全ての被観測点に対して風速ベクトルを計測するためのレーザレーダの走査方法を設定する。
【0041】
ある1つの被観測点の風速ベクトルを観測するには、その被観測点を含み、ある幅を持つ方位角区間の水平走査(仰角を変えずに方位角のみを変える走査)を行う必要がある。そして、この水平走査を被観測点分だけ行う。
なお、「ある幅を持つ方位区間」とは、図4あるいは図5に示した1つの矢印(←印または→印)の区間のことである。
図4あるいは図5では、同じ地上高の被観測点を連続的に方位角順または逆順に走査するような走査方法としている。
【0042】
例えば、図4では、まず、等地上高線I上の図中右端の被観測点に対して左方向への所定幅の水平走査を行い、順次、等地上高線I上の左側の被観測点に対して所定幅の水平走査を行って行く。
そして、左端の被観測点に対する水平走査が終わると、次に、等地上高線II上の左端の被観測点に移動して右方向への所定幅の水平走査を行い、順次、等地上高線IIの右側の観測点に対して右方向への所定幅の水平走査を行う走査方法を示している。
【0043】
また、図5では、先ず、実際に建設予定地に設置されたポールの先端部に取り付けられた2つの風車型風向風速計の位置(即ち、被観測点)に対して所定幅の水平走査を行い、その後、等地上高線I上の図中右端の被観測点に移動して所定幅の水平走査を行う。
以降は、上述した図4と同様の水平走査を行う走査方法を示している。
【0044】
次に、ステップS205における「ポール位置のレーザレーダ(ライダ)観測」のステップについて説明する。
まず、ポール先端部に設置された2つの風車型風向風速計の設置点を含む範囲でレーザレーダによる風速観測を行う。
この時、次のステップS206で風速ベクトルを算出できるようにするため、2つの風車型風向風速計の設置点を含む方位角区間を水平走査で観測することになる。
そして、ステップS205で得られたドップラー速度から、ポール上に設置された風向風速計と同じ位置における風速ベクトルを算出する。
【0045】
次に、距離ループの開始(ステップS207)、高度ループの開始(ステップS208)を行い、ステップS204で設定した走査方法に従って、方位角を順次変えながら等地上高線上のレーザレーダ観測(ライダ観測)を行い、ドップラー速度を算出し、得られたドップラー速度から等地上高線上の各被観測点の風速ベクトルを算出する。(ステップS209)
ステップS207からステップS211おいては、ステップS203で予め設定されている被観測点の位置データおよびS204で予め設定されている走査方法に基づいて、観測対象となる全ての被観測点の位置(距離、方位角、仰角)における風向風速データを自動的に計測する。
【0046】
よって、図6に示したフローチャートでは、これらの処理は距離ループと高度ループの二重ループの中に入れられている。
また、ステップS205からステップS211の手順は観測完了が指示されるまで繰り返される。
なお、図4あるいは図5では、同じ地上高の被観測点を連続に方位角順または逆順に走査するような走査方法としているが、同じ方位角で異なる地上高の被観測点の観測を高度順または逆順に走査し、これを方位角を変えて繰り返すようにしても良い。
【0047】
なお、図5では、まず、最初にポール先端部の風車型風向風速計の位置に対して所定幅の水平走査を行い、その後、各被観測点に対して所定幅の水平走査を行う場合を示しているが、これにこだわるものではなく、ポール先端部の風車型風向風速計の位置に対する所定幅の水平走査は、被観測点の最後あるいは途中であってもよい。
【0048】
以上説明したように、本実施の形態2においては、まず、レーザレーダにより風力発電設備が設置される予定の地形観測を行い、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた位置での地表面上の高度データを得、得られた地表面上の所定の位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の座標(位置データ)としてレーザレーダの駆動制御部に保存(設定)する。(即ち、全ての被観測点の位置を極座標系で設定して保存する。)
次に、全ての被観測点の風向風速データが得られるように、各被観測点の観測順序を含むレーザレーダの走査方法を設定し、レーザレーダの駆動制御部に保存されている被観測点の位置データおよびこの設定された走査方法に従って自動的にレーザレーダを走査し、全ての被観測点における風向風速を順次計測する。
【0049】
従って、一度、所望の等高度線上の極座標系で設定された多数の被観測点の位置データをレーザレーダの駆動制御部に保存しておくことにより、所望の等高度線上の多数の被観測点の風向および風速データを自動的に計測することが可能となり、風力発電設備建設予定地の正確な風況観測(風向風速の計測)が自動的に容易に行える。
また、先端部に風車型風向風速計を取り付けたポールを風力発電設備建設予定地に設置して、該風車型風向風速計の計測データを得ると共に、ポール先端部の風車型風向風速計の位置もレーザレーダによる被観測点とすることにより、風車型風向風速計による計測データとレーザレーダによる計測データを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常か否かを確認することができる。なお、上述した実施の形態2では、被観測点が多数(複数)ある場合を前提として説明しているが、被観測点は1つであってもよいことは言うまでもない。
【0050】
実施の形態3.
図8は、実施の形態3による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す図であり、一定の仰角でレーザレーダ(ライダ)を水平走査することによって計測した風向風速データを用いて補間し、等地上高線上の被観測点における風向風速データを得る状況を模式的に表す図である。
図4あるいは図5と同様に、図8ではレーザレーダ1からある一定の等距離の位置のみを表示している。
レーザレーダを用いた地形観測により△印で示した地表面上の位置を計測し、被観測点を設定することまでは、上述の実施の形態2の方法と同じである。
しかし、レーザレーダによる風速計測を行う際のビーム走査の方法が実施の形態2の方法と異なっている。
【0051】
実施の形態2(図4あるいは図5)では被観測点毎にその点を含む一定方位区間の水平走査観測を行ったが、本実施の形態では、図8に示すように、被観測点によらず、まず、一定仰角の走査(即ち、水平走査)を複数の仰角で行う。
即ち、風向および風速データを取得したい被観測点は、各△印上の等地上高線Iおよび等地上高線II上の位置であるが、本実施の形態では、まず、所定の仰角を一定に維持しながらレーザレーダを水平走査して、各△印上方の複数の位置(図中の◇印)における風向風速を計測する。
そして、ある仰角での計測が終わると、仰角を所定値だけ変え、変更された仰角を維持しながら、レーザレーダを水平走査して、各△印上の位置(図中の◇印)における風向風速を計測する。
このように、仰角を順次変えながら、一定仰角による水平走査によって各△印上の位置(図中の◇印)における風向風速を計測する。
【0052】
この場合、被観測点そのものにおける風速ベクトル(風向風速)は直接計測されない。
そこで、一定仰角の水平走査で直接計測した点(図中の◇印)のうち、被観測点(●印)に近接する(例えば、上下方向で隣接する)2点あるいは2点以上の計測値を補間することにより、被観測点での風速ベクトルを得る。
なお、図中の◇印は、直接観測点と称することとする。
【0053】
本実施の形態による方法では、まず、予め設定した一定の仰角でレーザレーダを水平走査し、各△印の垂直方向上方の位置(即ち、図中の◇印で示される直接計測点)における風向風速を計測する。
また、仰角の設定は観測距離によらずに設定し、複数距離の直接計測点の計測データを同時に得るようにしている。
したがって、観測対象とする被観測点の数が多い場合に、前述した実施の形態2の計測方法に比べて、観測仰角を減らすことができ、その結果として計測時間を短縮することができる。
【0054】
図9は、実施の形態3による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートであり、図8で示した観測方法の手順をフローチャートにしたものである。
以下、図9に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
ステップS301の「地形観測」からステップS303の「被観測点の設定」までの処理手順は、図6(実施の形態2)のフローチャートに示したテップS201の「地形観測」からステップS203の「被観測点の設定」までの同じ流れであり、詳細説明は省略する。
【0055】
本実施の形態による風向風速計測方法では、仰角を一定に固定して方位角を変化させながらレーザレーダを水平走査し、図8の各△印上方の位置(図中の◇印)において観測を行う。
そして、この観測は予め設定した仰角数だけ繰り返される。(ステップS304〜ステップS306)
次に、ステップS304〜ステップS306で得られたドップラー速度のうち、まず、ポール上に設置された風向風速計の位置に対して上方に近接して水平走査された仰角のデータを用いて、上方近接点の風速ベクトルを算出する。
また、風向風速計の位置に対して下方に近接して水平走査された仰角のデータを用いて、下方近接点の風速ベクトルを算出する。
この2つの高度の風速ベクトルを内挿(即ち、データ補間)することにより、ポール位置の風速ベクトルを得る。(ステップS307)
【0056】
次に、ステップS304〜ステップS306において、一定仰角の水平走査で得られ多数の直接計測点(図8中の◇印で示した位置)のドップラー速度のうち、被観測点(即ち、図8中の△印上方の等地上高線Iあるいは等地上高線II上の位置)に対して上方に近接して走査された仰角のデータを用いて、上方近接点の風速ベクトルを算出する。
また、同様に、被観測点に対して下方に近接して走査された仰角のデータを用いて、下方近接点の風速ベクトルを算出する。
この2つの高度の風速ベクトルを内挿(補間)することにより、所望の被観測点の風速ベクトルを得る。(ステップS308)
以上の処理は全ての被観測点に対して行われ、また、S304〜ステップS308の手順は観測完了が指示されるまで繰り返される。
【0057】
以上説明したように、本実施の形態3においては、実施の形態2の場合と同様に、まず、レーザレーダにより風力発電用風車が設置される予定の地形観測を行い、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた複数の地表面上の高度データを得、得られた地表面上の複数の所定の位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の座標(位置データ)としてレーザレーダの駆動制御部に保存する。(即ち、全ての被観測点の位置を極座標系で設定して保存する。)
【0058】
次に、レーザレーダを所定の仰角に設定して水平走査し、地表面上の被観測点位置(△印)上方の直接計測点(◇印)の風向風速を順次計測して、計測結果をレーザレーダの駆動制御部に保存する。
この際、距離の異なる直接計測点における風向風速も計測し、計測結果を保存する。
さらに、レーザレーダの仰角を順次変更し、変更された仰角を一定に維持しながらレーザレーダを水平走査し、同様の計測処理を行い、計測結果を保存する。また、同時にこれら直接計測点(◇印)の位置データ(距離、方位角、仰角)も保存される。
【0059】
次に、レーザレーダの駆動制御部に保存された被観測点の位置データと直接計測点(◇印)の位置データとから所望の被観測点(●印)に近接する2つあるいは2つ以上の直接計測点を選定し、選定された2つあるいは2つ以上の直接計測点における計測データを用いて補間し、補間されたデータを当該被観測点における風向風速データとする。
従って、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法によれば、レーザレーダは一定仰角による水平走査のみであるので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もないので、多数の被観測点における風向風速の計測を効率的に行える。
なお、上述した実施の形態3では、被観測点が多数(複数)ある場合を前提として説明しているが、実施の形態1あるいは2の場合と同様に、被観測点は1つであってもよいことは言うまでもない。
【0060】
【発明の効果】
この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、直交座標系で入力された被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、極座標系に変換された被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された被観測点の上記位置データを用いて、被観測点の風向および風速の計測が行えるようにレーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定されたレーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うので、レーザレーダを用いて、被観測点の風向および風速を直接的に計測することが可能となり、計測作業の大幅な削減が行える。
【0061】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の被観測点は、海面上の所定位置に設定されているので、風力発電用風車建設予定地が海上の場合でも、レーザレーダにより海面上の所望位置の被観測点の風向風速を直接的に計測することが可能である。
【0062】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の位置データを用いて、被観測点の風向および風速の計測が行えるようにレーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、被観測点の風向および風速の計測を行うので、所望の等高度線上の被観測点の風向および風速データを直接的に計測することが可能となり、風力発電用風車建設予定地の正確な風況観測(風向風速の計測)が容易に行える。
【0063】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測するので、多数の被観測点の風向風速を直接的、且つ、自動的に計測することが可能であり、より正確な風力発電用風車建設予定地の風向風速データを容易に得ることができる。
【0064】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、地表面上の所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角でレーザレーダを水平走査し、複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間するので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もなく、被観測点の風向風速データを補間により容易、且つ、効率的に得ることができる。
【0065】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得るので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もなく、さらに、多数の被観測点の風向風速データを補間により容易に得ることができる。
【0066】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測するので、風車型風向風速計による計測データとレーザレーダを用いて計測したデータを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常か否かを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】直交座標系を説明するための図である。
【図2】極座標系を説明するための図である。
【図3】実施の形態1による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図4】実施の形態2による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す模式図である。
【図5】実施の形態2による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の変形例を概念的に示す模式図である。
【図6】実施の形態2による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図7】地表面をレーザレーダ観測したときに得られる受信波形の例を示す図である。
【図8】実施の形態3による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す模式図である。
【図9】実施の形態3による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図10】先端部に風車型風向風速計を取り付けた従来のポールの構造を示す図である。
【図11】ポールの先端部に取り付けた風車型風向風速計により所望高度の風向風速を推定する様子を概念的に示す図である。
【図12】気象パラメータ観測用のレーザレーダを用いて所定高度の風向風速を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1 レーザレーダ(ライダ)
2 地表面
10 ポール
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for observing a wind condition (wind speed and direction) for selecting a construction site for a wind turbine for wind power generation, which is a wind power generation facility, and more particularly to a method for constructing a wind turbine for wind power generation using a laser radar. The present invention relates to a wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine for a wind turbine at a planned construction site for directly measuring a wind speed and a wind direction of a point to be observed at the planned site.
[0002]
[Prior art]
In recent years, interest in environmental issues has increased, and the amount of wind power generation equipment installed has been steadily increasing.
It is expected that the installation amount of wind power generation equipment will increase dramatically with the enrichment of related bills to promote the spread of new energy such as wind power generation.
Furthermore, as a place to be installed, there is a possibility that it will be constructed not only on land but also on the sea, even in the case of Europe and the like.
However, wind power uses natural wind as its energy source. Therefore, even if a large amount of high-performance power generation equipment is installed, if it is installed in a place with poor wind conditions (wind speed and direction), sufficient power generation will not be possible. I can't get it.
[0003]
Furthermore, even if a sufficient amount of wind is blowing, installing wind power generation equipment in a location where wind speed and wind direction frequently change will shorten the life of the equipment or in the worst case Can lead to accidents such as equipment damage.
Therefore, when the installation of a wind power generation facility is planned, for example, as shown in FIG. 10, a pole (pole) having a height of about 30M or 40M to which a windmill-type anemometer (anemometer and anemometer) is attached. Is constructed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed, and a wind condition (wind speed and direction) survey for selecting the location of the wind turbine is conducted by the wind turbine type anemometer.
In the case of a 30M pole, an anemometer and an anemometer are mounted at positions of 20M and 30M above the ground, and in the case of a 40M pole, an anemometer and an anemometer are mounted at positions of 30M and 40M of the ground.
[0004]
That is, a pole (pole) having a height of about 30M to 40M is constructed at a wind turbine installation scheduled position, and fixed-point observation is performed using a windmill-type anemometer attached to the pole, and the wind direction and wind speed at that location are measured. Has been measured periodically (for example, weekly, monthly, yearly), and the data has been aggregated to conduct a wind condition survey at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed.
In this method, there is a problem that it is necessary to secure a site for installing a pole, and it takes time to install a pole to which a windmill-type anemometer is attached.
[0005]
In addition, data can only be acquired at the fixed point where the pole is installed.In addition, the height of the installed pole is limited due to safety and cost considerations. I can't.
For example, the center height of the blade for wind power generation is 1000 KW class equipment which is usually used, and the ground height is about 60M.
Therefore, the wind speed value or the wind direction data measured by using the pole (pole) as shown in FIG. 10 cannot be used as it is because the measurement height is different from the actual wind turbine center of the wind power generation equipment.
Therefore, the required wind direction and wind speed data of the ground height were estimated from the wind direction and wind speed data of the ground height of about 30M actually measured.
[0006]
FIG. 11 is a diagram conceptually showing how the wind speed data and the wind direction data of the wind turbine power generation wind turbine construction site are obtained by the above-described conventional method (that is, a method of obtaining the required high-speed wind speed and wind direction data). It is.
In the figure, 50 is a pole, 51 is a windmill type anemometer, and 52 is a recorder for recording measured data.
Estimation (conversion) of the required wind speed at the ground height from the actual measured wind speed at the pole is usually obtained by the following power law.
U / U0= (Z / Z0)(1 / n)
Here, U: wind speed at ground height Z
U0: Ground clearance Z0Wind speed at
n: power exponent of the power law
[0007]
The n value (the exponent of the power law) used here changes depending on the atmospheric stability in addition to the roughness state of the ground.
When the stability is neutral, the n value is about the following.
(1) When the ground condition is "flat grassland" or "coastal area"
n: 7 to 10 (1 / n: 0.10 to 0.14)
(2) When the state of the ground is "Rural"
n: 4 to 6 (1 / n: 0.17 to 0.25)
(3) When the condition of the ground is "city area"
n: 2 to 4 (1 / n: 0.25 to 0.50)
[0008]
The power law holds true for the vertical distribution of wind speed in the case of flat land, and the peaks and slopes of the mountain are not simple as described above.
Further, even on a flat ground, the n value may differ depending on the value of the wind speed.
Thus, care must be taken when using the power law.
In addition, in Japan, wind conditions (wind direction and wind speed) are good, and there are few stable flat lands. Therefore, mountains or coasts with complicated terrain are mainly used as suitable sites for wind power generation. In such a place, since the airflow becomes complicated, the wind condition (wind direction / wind speed) condition greatly differs depending on the position. Therefore, it is necessary to set the pole at a position where the wind turbine for wind power generation is to be actually installed.
[0009]
As described above, in the method of actually constructing the pole on which the anemometer is attached and obtaining the required wind height and wind speed data from the measured data by estimation, the measurement points are limited (that is, the data amount is small). ), There was a problem with the quality of the data obtained by estimation.
[0010]
In order to obtain wind speed data and wind direction data of the wind turbine construction planned site for wind power generation, it is the present situation that the above-described method is performed, but using a laser radar, the wind speed at a predetermined altitude and A method for directly measuring the wind direction is disclosed in, for example, Patent Document 1.
The technique disclosed in Patent Document 1 relates to a weather parameter measuring device that measures weather parameters such as wind direction, wind speed, temperature at various altitudes, and transparency using a laser radar, but uses a laser radar. There is no description about obtaining wind speed data or wind direction data at a planned wind turbine construction site.
[0011]
FIG. 12 shows a state in which the wind speed and wind direction data of a wind turbine wind turbine construction site is measured using the technique disclosed in Patent Document 1 (that is, the technique of measuring weather parameters using a laser radar). It is a figure shown notionally.
In the figure, 53 is a laser radar.
By using the laser radar 53, it is possible to directly measure wind speed data and wind direction data at a desired altitude without actually building a pole for wind direction and wind speed measurement at a wind turbine construction site.
However, in order to investigate the wind condition at the site where the wind turbine for wind power generation is to be built, it is necessary to periodically collect data of a large number of observation points having different positions and altitudes.
Therefore, when a laser radar as shown in Patent Document 1 is used, the emission direction (azimuth angle and elevation angle) of the laser radar and the distance to the measurement point are set for each observation point and measured. Measurement, the efficiency of the measurement operation becomes very poor, and it takes a lot of time to obtain wind direction and wind speed data at many observation points.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-6-342084
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional measurement method of actually installing a pole with a windmill type wind direction and wind speed at the planned wind turbine wind turbine construction site and measuring the wind direction and wind speed requires securing land for pole installation and Pole installation work was required, and only data at fixed points limited to the pole height could be acquired, which led to problems with the amount of measurement data that could be obtained and the quality of the measurement data.
Also, when trying to estimate required ground clearance data from data acquired by a wind anemometer attached to a pole, it has been difficult to obtain accurate estimated data due to various environmental conditions at the pole installation location.
In addition, if the observer tries to directly measure the wind direction and wind speed data of a large number of observation points using a laser radar without installing a pole, the emission direction of the laser radar will change at each observation point or every observation. And the measurement distance must be set, and the efficiency of the measurement operation becomes very poor.
[0014]
The present invention has been made in order to solve such a problem. In measuring wind direction and wind speed data of a wind turbine construction site, a laser measurement radar is used to actually construct a measurement pole. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the wind direction and wind speed at a wind turbine wind turbine construction site at which a wind turbine for wind power generation can be efficiently measured directly without installing the wind turbine at a desired site.
In addition, by using a laser radar, it is possible to directly and efficiently acquire data of many observation points without having to actually install a measurement pole at the planned construction site. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a wind direction and wind speed at a planned wind turbine construction site.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of the observation point in the wind turbine wind turbine construction site using a laser radar,
Inputting the position of the observed point in a rectangular coordinate system, converting the position data of the observed point input in a rectangular coordinate system into position data in a polar coordinate system, and Storing the position data of the observed point; and using the stored position data of the observed point, the method of scanning the laser radar in advance so that the wind direction and wind speed of the observed point can be measured. Setting, and measuring the wind direction and the wind speed of the observed point according to a preset scanning method of the laser radar.
[0016]
Further, the observation point in the wind direction and wind speed measurement method for the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is set at a predetermined position on the sea surface.
[0017]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of the observed point in the wind turbine wind turbine construction site using a laser radar,
Obtaining altitude data on the ground surface that is separated by a predetermined distance from the position where the laser radar is installed, and moving by a desired height upward from the predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained A point as the observed point, calculating the position data of the observed point in the polar coordinate system, and storing the calculated position data of the observed point; and storing the calculated position data of the observed point. Setting the scanning method of the laser radar so that measurement of the wind direction and wind speed of the observed point can be performed, and according to the preset scanning method of the laser radar, It measures wind direction and wind speed.
[0018]
Further, the wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine wind turbine construction site according to the present invention sets a plurality of observation points and automatically measures the wind direction and wind speed at the plurality of observation points in a predetermined order. is there.
[0019]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of the observed point in the wind turbine wind turbine construction site using a laser radar,
Obtaining altitude data on the ground surface at a predetermined distance from the position where the laser radar is installed, and a point at which the altitude data has been moved upward by a desired height from the predetermined position on the ground surface at which the altitude data was obtained. Each as an observed point, storing the position data of the observed point in the polar coordinate system, and storing the position data of the plurality of direct measurement points located above the predetermined position on the ground surface in the polar coordinate system. And setting the laser radar at a predetermined plurality of elevation angles, horizontally scanning the laser radar at each set elevation angle, sequentially measuring the wind direction and wind speed at the plurality of direct measurement points, and storing the measurement results. And selecting a plurality of direct measurement points proximate to the observed point from the stored position data of the observed point and the stored position data of the plurality of direct measurement points. And, by using the wind speed and direction measurement data in a plurality of direct measurement points are selected, in which interpolates Wind data of the target observation points.
[0020]
In addition, the method for measuring the wind direction and wind speed of a wind turbine wind turbine construction site according to the present invention sets a plurality of observation points and automatically obtains the wind direction and wind speed at the plurality of observation points in a predetermined order by interpolation. It is.
[0021]
In addition, the wind direction and wind speed measurement method of a wind turbine wind turbine construction site according to the present invention measures a wind direction and wind speed by installing a pole of a predetermined height to which a wind turbine type wind anemometer is attached at a wind turbine wind turbine construction site. At the same time, the vicinity of the installation position of the wind turbine type anemometer is added as an observation point, and the laser radar measures the wind direction and wind speed at the added observation point.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, the same reference numerals represent the same or corresponding elements.
Embodiment 1 FIG.
The position of the observation point for obtaining the wind direction and wind speed data at the construction site of the wind turbine, which is a wind power generation facility, is usually selected from the points on the map, and the position of the observation point is as shown in FIG. It is represented by a rectangular coordinate system having latitude and longitude as references.
On the other hand, a laser radar has a polar coordinate system in which the distance (r), the azimuth (θ), and the elevation (φ) are parameters as shown in FIG.
[0023]
Therefore, in order to efficiently measure the wind direction and wind speed of a large number of observed points by using a laser radar, first, the position of each observed point in the orthogonal coordinate system on the map is determined by the location of the laser radar (O in FIG. 2). It is necessary to convert to a polar coordinate system centered at (point) and set the measurement distance (r), azimuth (θ), and elevation (φ) with a laser radar.
Thereafter, in accordance with a predetermined procedure, the data of the wind direction and the wind speed at each observation point set in the polar coordinate system are automatically and sequentially measured by the laser radar, and the measured data is recorded and necessary data processing is performed. Is done.
[0024]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for measuring the wind direction and wind speed at the planned site for constructing a wind turbine for wind power generation according to the first embodiment.
Hereinafter, the method for measuring the wind direction and wind speed at the planned wind turbine construction site according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the positions of all the observation points (desired observation points including a point where a pole would have been installed in the past) where the wind condition (wind direction and wind speed) is to be investigated are input in a rectangular coordinate system. (Step S101)
[0025]
Next, in step S101, the position of each observation point input in the rectangular coordinate system is converted to the polar coordinate system. (Step S102)
At this time, the coordinate conversion table may be used with a change amount corresponding to the resolution specific to the laser radar used.
That is, a three-dimensional position on the map to each observation point is input in a rectangular coordinate system, and the coordinates are converted into a polar coordinate system, whereby the distance, azimuth, and elevation angle of each observation point in the polar coordinate system are obtained.
[0026]
Then, the position data (distance, azimuth, elevation angle of the observed point) of the observed point converted into the polar coordinates is set (stored) in the drive control unit of the laser radar. (Step S103) The drive control unit of the laser radar controls the emission direction (azimuth, elevation) of the laser beam based on the stored position data of the observation point.
If the input of the position data of all the observed points converted into the polar coordinate system (that is, storage in the drive control unit of the laser radar) is not completed, the process returns to step S101. (Step S104)
[0027]
Next, when the storage of the position data of all the observed points converted into the polar coordinates in the drive control unit of the laser radar is completed, the measurement of the wind direction data and the wind speed data of each observed point is sequentially performed in a predetermined measurement order ( Measurement). (Step S105)
Steps 106 to S110 show a procedure for measuring the wind direction and wind speed at each observation point.
That is, when measurement (measurement) is started in S105, first, a measurement azimuth (that is, an azimuth angle) and an elevation angle are set for the first observed point (step S106), a laser is emitted (step S107), and a desired distance is set. The data is acquired at the timing when the signal returns. (Step S108).
[0028]
Due to the operating principle of the laser radar, the wind direction and wind speed cannot be calculated unless there is measurement data in at least two directions.
Therefore, as shown in step S109, it is necessary to scan the laser beam as necessary to calculate the wind direction and the wind speed to acquire data.
That is, the difference between the azimuth angle and the elevation angle is input in step S109, and the process returns to step S106 again to perform the same processing.
If necessary data can be obtained, the wind direction and wind speed are calculated from the data. (Step S110)
When the measurement (measurement) is completed for all observation points, the process is completed. If the measurement at the observation point remains, the process returns to step 106. (Step S111)
[0029]
In the method for measuring the wind direction and the wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the present embodiment, as described above, the position of each observation point input in the orthogonal coordinate system is converted to the polar coordinate system, and the object converted to the polar coordinate system. The position data (distance, azimuth, elevation) of the observation point is stored in the drive control unit of the laser radar, and the position data (distance, azimuth, elevation) of the observed point stored in the drive control unit is used. According to a predetermined measurement procedure, the measurement (measurement) of the wind direction and the wind speed at each observation point is sequentially performed.
Therefore, by storing the position data of many observation points once converted to the polar coordinate system, the wind direction and wind speed data of many observation points can be automatically measured by the laser radar. Can be greatly reduced.
[0030]
In the first embodiment described above, the case where there are a large number (plural) of observed points is described, but it is needless to say that the number of observed points may be one.
Alternatively, a pole having a windmill-type anemometer attached thereto may be installed in the vicinity of one of the observation points, and wind direction wind speed data may be obtained by a windmill-type anemometer at the tip of the pole.
This makes it possible to compare the data measured by the wind anemometer at the tip of the pole with the data measured by the laser radar, and confirm whether the measurement by the laser radar is performed normally.
Further, the method for measuring the wind direction and wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the present embodiment is also very effective for the wind direction and wind speed when the observation point is at sea.
[0031]
Embodiment 2 FIG.
In a wind condition survey for the purpose of investigating the power generation of a wind power plant in advance, it is necessary to measure the wind direction and wind speed at a desired ground level including the wind turbine installation altitude (normally 60 m) at a number of wind turbine installation positions. is there.
In the present embodiment, a method of automatically and directly measuring the wind direction and wind speed (wind speed vector) at a predetermined height above ground based on the obtained topographic data using a laser radar for wind direction and wind speed measurement also for topographic observation. Will be described.
FIG. 4 is a diagram conceptually showing a method of measuring the wind direction and wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the second embodiment, and shows a plurality of iso-height surfaces (for example, iso-height lines I and II). FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a situation in which a wind direction and a wind speed are measured by a laser radar (also referred to as a lidar) 1.
[0032]
In the actual measurement, the wind speed on a two-dimensional curved surface where the ground height is constant is measured. However, in order to simplify the drawing, FIG. 4 shows a certain distance from the laser radar 1 (for example, the distance of OA in the drawing). ), I.e., only on the curve connected by the column marked with △ in the figure.
By observing the ground surface 2 by the laser radar 1, the position of the mark on the ground surface is measured.
The position moved vertically above the position of the mark by a certain altitude is the point to be measured (that is, the observed point on the contour line).
[0033]
That is, the mark “△” indicates the position of the observation point on the ground surface at a predetermined distance (OA in the figure) from the laser radar, and the contour line I or the contour line II vertically above the mark “△”. The position at the height of is the observed point.
Note that the azimuth and elevation of each observation point viewed from the laser radar 1 can be easily calculated by geometric calculation.
When measuring the wind velocity vector with the laser radar 1, it is necessary to measure the Doppler velocity with a finite azimuth width and synthesize the measurement results.
[0034]
In FIG. 4, the length of one arrow (← mark or → mark) above each mark indicates an azimuth section for obtaining a wind velocity vector of one observation point, and the direction of the arrow is laser. The horizontal scanning direction of the radar is shown.
In the example of FIG. 4, first, the wind direction and wind speed of the observed point on the contour line I are measured, and then the wind direction and wind speed of the observed point on the contour line II are measured.
As shown in the figure, since the terrain has undulations, the elevation angle observed varies depending on the azimuth angle. (That is, the higher the altitude of the ground surface at a certain azimuth angle, the greater the elevation angle of the observed point on that point.)
FIG. 4 shows the situation of wind direction and wind speed observation on the isoaltitude line at one distance. By changing the distance (that is, changing the length of 0 A in the figure), the same observation is repeated a plurality of times. , The wind speed vector on the ground level is obtained.
[0035]
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a modified example of the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine generation planned site shown in FIG. 4.
FIG. 5 is almost the same as FIG. 4, but FIG. 5 is to measure the wind direction and wind speed at the observation points on the contour line I and the contour line II shown in FIG. 4, and to construct a wind turbine for wind power generation. A pole 10 having a windmill-type anemometer attached to the tip is actually installed on the ground, and the wind direction and wind speed at the tip of the installed pole 10 are simultaneously measured by the windmill-type anemometer and the laser radar (rider) 1. This shows the observation status when observing.
[0036]
According to this method, it is possible to compare the wind direction and wind speed measured by the windmill type wind direction anemometer attached to the tip of the pole 10 with the wind direction and wind speed at the same point measured by the laser radar 1. 1 can be confirmed whether it is operating normally (ie, whether the measurement by the laser radar is normal).
In the example of FIG. 5, it is assumed that windmill-type anemometers are mounted at two altitudes on the pole 10 and wind directions at two altitudes at the pole position are measured.
After measuring the wind direction and wind speed at the two altitudes at the pole position, the wind direction and wind speed at the observation points on the contour line I and the contour line II are measured as in FIG.
[0037]
FIG. 6 is a flowchart showing a method for measuring the wind direction and wind speed at the planned site for constructing a wind turbine for wind power generation according to the second embodiment, and is a flowchart showing the procedure of the observation method in the case shown in FIG.
Hereinafter, a method of measuring the wind direction and wind speed at the planned wind turbine construction site according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the step of “terrain observation” in step S201 will be described. In step S201, three-dimensional area laser radar observation for obtaining terrain data is performed.
FIG. 7 shows a typical reception waveform obtained when laser radar observation (lider observation) is performed on the direction in which the ground surface exists.
[0038]
The horizontal axis in FIG. 7 is a delay time from the moment when the laser radar transmits the transmission wave to the time when the reflected wave is received.
The received signal includes an echo reflected from the atmosphere in addition to an echo reflected from the ground surface.
However, in general, the ground surface echo has a sufficiently high reception intensity as compared with the atmospheric echo.
Therefore, an echo having a reception intensity exceeding a preset threshold is detected, and a delay time at the peak position is extracted.
By converting this delay time into a distance, the distance from the laser radar to the reflection point on the ground surface is obtained.
[0039]
Next, the step of “terrain mapping processing” in step S202 will be described.
By adding the values of the azimuth and elevation at the time of observation to the “distance from the laser radar to the reflection point on the ground surface” obtained in step S201, the position of the reflection point in polar coordinate expression is determined.
By collecting data on the positions of reflection points observed in a plurality of beam directions, a map representing the height of each point on the ground surface can be obtained. (That is, terrain mapping processing is performed.)
[0040]
Next, the step of “setting the observation point” in step S203 will be described.
A distance, an azimuth angle, and an elevation angle are calculated by geometric calculation for a point moved upward from the ground surface position obtained in step S202 by the observation target ground height, and this is calculated as the position data of the observed point in the polar coordinate system, The data is stored in the drive control unit of the radar. Next, in the step of "setting of scanning method" in step 204, the scanning method of the laser radar for measuring the wind velocity vector is set for all the observation points obtained in step 203.
[0041]
In order to observe the wind speed vector of a certain observation point, it is necessary to perform horizontal scanning (scanning that changes only the azimuth angle without changing the elevation angle) in an azimuth section including the observation point and having a certain width. . Then, this horizontal scanning is performed for the observation point.
Note that the “azimuth section having a certain width” is a section of one arrow (← mark or → mark) shown in FIG. 4 or FIG.
In FIG. 4 or FIG. 5, the scanning method is such that the observed points at the same ground level are continuously scanned in azimuth order or reverse order.
[0042]
For example, in FIG. 4, first, a horizontal scan of a predetermined width in the left direction is performed on the rightmost point to be observed on the contour ground line I in the figure, and the left-side observed point on the contour ground line I is sequentially detected. A horizontal scan of a predetermined width is performed on a point.
When the horizontal scanning for the leftmost observation point is completed, the apparatus moves to the leftmost observation point on the contour line II and performs a horizontal scan of a predetermined width in the right direction. A scanning method for performing horizontal scanning of a predetermined width in the right direction on the observation point on the right side of the line II is shown.
[0043]
In FIG. 5, first, a horizontal scan of a predetermined width is performed with respect to the positions (ie, observation points) of the two windmill-type anemometers attached to the tip of the pole actually installed at the construction site. Then, it moves to the observation point at the right end in the figure on the contour line I and performs horizontal scanning of a predetermined width.
Hereinafter, a scanning method for performing the same horizontal scanning as in FIG. 4 described above is shown.
[0044]
Next, the step of “laser radar (rider) observation of the pole position” in step S205 will be described.
First, wind speed observation is performed by a laser radar in a range including installation points of two windmill type anemometers installed at the tip of the pole.
At this time, in order to be able to calculate the wind speed vector in the next step S206, the azimuth section including the installation points of the two windmill type anemometers is observed by horizontal scanning.
Then, from the Doppler speed obtained in step S205, a wind speed vector at the same position as the wind direction anemometer installed on the pole is calculated.
[0045]
Next, a distance loop is started (step S207) and an altitude loop is started (step S208). According to the scanning method set in step S204, the azimuth is sequentially changed, and a laser radar observation on a contour line (a lidar observation). Is calculated, and the Doppler velocity is calculated, and the wind velocity vector of each observation point on the contour line is calculated from the obtained Doppler velocity. (Step S209)
In steps S207 to S211, the positions (distances) of all the observation points to be observed are determined based on the position data of the observation points preset in step S203 and the scanning method preset in step S204. , Azimuth, elevation) are automatically measured.
[0046]
Therefore, in the flowchart shown in FIG. 6, these processes are included in a double loop of the distance loop and the altitude loop.
Further, the procedure from step S205 to step S211 is repeated until the completion of observation is instructed.
In FIG. 4 or FIG. 5, the scanning method is such that the observation points at the same ground height are continuously scanned in the azimuth order or the reverse order. Scanning may be performed in the forward or reverse order, and this may be repeated while changing the azimuth.
[0047]
In FIG. 5, first, a horizontal scan of a predetermined width is performed on the position of the windmill-type anemometer at the tip of the pole, and then a horizontal scan of a predetermined width is performed on each observation point. Although not shown, horizontal scanning of a predetermined width with respect to the position of the windmill-type anemometer at the tip of the pole may be at the end or midway of the observation point.
[0048]
As described above, in the second embodiment, first, a terrain observation where a wind power generation facility is to be installed is performed by a laser radar, and a predetermined distance from a position where the laser radar is installed is set at a position away from the position where the laser radar is installed. The altitude data on the ground surface is obtained, and the distance, azimuth angle, and elevation angle of the point that has moved upward from the predetermined position on the ground surface by the height of the observation target are calculated by geometric calculation, and this is calculated. The coordinates (position data) of the observation point are stored (set) in the drive control unit of the laser radar. (That is, the positions of all observed points are set and stored in the polar coordinate system.)
Next, the scanning method of the laser radar including the observation order of each observation point is set so that the wind direction and wind speed data of all the observation points can be obtained, and the observation point stored in the drive control unit of the laser radar is set. Automatically scans the laser radar according to the position data and the set scanning method, and sequentially measures the wind direction and wind speed at all the observation points.
[0049]
Therefore, once the position data of many observation points set in the polar coordinate system on the desired contour line is stored in the drive control unit of the laser radar, the number of observation points on the desired contour line is stored. Wind direction and wind speed data can be automatically measured, and accurate wind condition observation (measurement of wind direction and wind speed) at the site where the wind power generation facility is to be constructed can be automatically and easily performed.
In addition, a pole having a windmill-type anemometer attached to the tip is installed at the site where the wind power generation facility is to be constructed, and measurement data of the windmill-type anemometer is obtained. Also, by setting the observation point by the laser radar, it is possible to compare the measurement data by the windmill type anemometer and the measurement data by the laser radar, and it is possible to confirm whether the measurement by the laser radar is normal. In the above-described second embodiment, the description has been made on the assumption that there are a large number (plural) of observed points, but it is needless to say that the observed point may be one.
[0050]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a diagram conceptually illustrating a method of measuring the wind direction and wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the third embodiment, and the wind direction and wind speed data measured by horizontally scanning a laser radar (rider) at a constant elevation angle. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a situation in which wind direction and wind speed data at a point to be observed on a contour line are interpolated by using the equation.
Like FIG. 4 or FIG. 5, FIG. 8 shows only a position at a certain constant distance from the laser radar 1.
The process up to measuring the position on the ground surface indicated by the mark △ by terrain observation using a laser radar and setting a point to be observed is the same as the method of the above-described second embodiment.
However, the method of beam scanning when measuring the wind speed by the laser radar is different from the method of the second embodiment.
[0051]
In the second embodiment (FIG. 4 or FIG. 5), horizontal scanning observation in a fixed azimuth section including each observation point is performed. In the present embodiment, however, as shown in FIG. First, scanning at a constant elevation angle (that is, horizontal scanning) is performed at a plurality of elevation angles.
In other words, the observation points for which wind direction and wind speed data are to be obtained are the positions on the contour lines I and II on the respective △ marks. In the present embodiment, first, a predetermined elevation angle is fixed. The horizontal scanning of the laser radar is performed while maintaining the above values, and the wind direction and wind speed at a plurality of positions above each mark (△ in the figure) are measured.
Then, when the measurement at a certain elevation angle is completed, the elevation angle is changed by a predetermined value, and the laser radar is horizontally scanned while maintaining the changed elevation angle, and the wind direction at the position above each mark (marked in the figure). Measure the wind speed.
In this way, while sequentially changing the elevation angle, the wind direction and the wind speed at the position above each mark (△ in the figure) are measured by horizontal scanning at a constant elevation angle.
[0052]
In this case, the wind speed vector (wind direction / wind speed) at the observation point itself is not directly measured.
Therefore, of the points directly measured by horizontal scanning at a constant elevation angle (◇ in the figure), two or more measured values that are close to (for example, vertically adjacent to) the observed point (●) To obtain a wind velocity vector at the observed point.
Note that a mark in the figure is referred to as a direct observation point.
[0053]
In the method according to the present embodiment, first, the laser radar is horizontally scanned at a predetermined fixed elevation angle, and the wind direction at a position vertically above each mark (that is, a direct measurement point indicated by a mark in the figure). Measure the wind speed.
The elevation angle is set independently of the observation distance so that measurement data of direct measurement points at a plurality of distances can be obtained simultaneously.
Therefore, when the number of observation points to be observed is large, the observation elevation angle can be reduced as compared with the measurement method of the above-described second embodiment, and as a result, the measurement time can be shortened.
[0054]
FIG. 9 is a flowchart showing a method of measuring the wind direction and wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the third embodiment, which is a flowchart of the procedure of the observation method shown in FIG.
Hereinafter, the method of measuring the wind direction and wind speed at the planned wind turbine construction site according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The processing procedure from “topographic observation” in step S301 to “setting of a point to be observed” in step S303 is performed from “topographic observation” in step S201 shown in the flowchart of FIG. This is the same flow up to “setting of observation point”, and detailed description is omitted.
[0055]
In the wind direction and wind speed measurement method according to the present embodiment, the laser radar is horizontally scanned while changing the azimuth angle while the elevation angle is fixed, and the observation is performed at a position above each mark in FIG. 8 (mark in the figure). Do.
This observation is repeated for the number of elevation angles set in advance. (Step S304 to Step S306)
Next, among the Doppler velocities obtained in steps S304 to S306, first, using the elevation angle data horizontally scanned close to and upward from the position of the anemometer installed on the pole, Calculate the wind speed vector of the adjacent point.
In addition, a wind speed vector at a lower proximity point is calculated using elevation angle data horizontally scanned downward and close to the position of the anemometer.
The wind speed vector at the pole position is obtained by interpolating (ie, data interpolation) the wind speed vectors at the two altitudes. (Step S307)
[0056]
Next, in steps S304 to S306, of the Doppler velocities of a large number of direct measurement points (positions indicated by ◇ in FIG. 8) obtained by horizontal scanning at a constant elevation angle, the observed point (that is, FIG. The wind speed vector of the upper proximity point is calculated using the elevation angle data scanned close to the upper part of the contour line I or the contour line II above the mark (△).
Similarly, the wind velocity vector of the lower proximity point is calculated using the data of the elevation angle scanned downward and closer to the observation point.
By interpolating (interpolating) the wind speed vectors at the two altitudes, a wind speed vector at a desired observation point is obtained. (Step S308)
The above processing is performed for all the observation points, and the procedure of S304 to step S308 is repeated until the completion of observation is instructed.
[0057]
As described above, in the third embodiment, as in the case of the second embodiment, first, the topography of the wind turbine for wind power generation is scheduled to be installed by the laser radar, and the laser radar is installed. Obtain altitude data on a plurality of ground surfaces separated by a predetermined distance from the current position, and for points that have moved upward from the obtained plurality of predetermined positions on the ground surface by the observation target ground height, distance, azimuth, The elevation angle is calculated by a geometric calculation, and this is stored in the drive control unit of the laser radar as the coordinates (position data) of the observed point. (That is, the positions of all observed points are set and stored in the polar coordinate system.)
[0058]
Next, the laser radar is set to a predetermined elevation angle and horizontally scanned, and the wind direction and wind speed of the direct measurement point (◇) above the position of the observation point (△) on the ground surface are sequentially measured. It is stored in the drive control unit of the laser radar.
At this time, the wind direction and wind speed at the direct measurement points at different distances are also measured, and the measurement results are stored.
Further, the elevation angle of the laser radar is sequentially changed, the laser radar is horizontally scanned while maintaining the changed elevation angle constant, the same measurement processing is performed, and the measurement result is stored. At the same time, the position data (distance, azimuth, elevation) of these direct measurement points (点) are also stored.
[0059]
Next, based on the position data of the observed point and the position data of the direct measurement point (◇) stored in the drive control unit of the laser radar, two or two or more adjacent to the desired observed point (●) are obtained. Is selected, and interpolation is performed using the measured data at the selected two or two or more direct measurement points, and the interpolated data is used as wind direction and wind speed data at the observed point.
Therefore, according to the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present embodiment, since the laser radar only performs horizontal scanning at a constant elevation angle, it is easy to set the scanning method of the laser radar, Since it is not necessary to set the scanning method for each distance to the observation points, the measurement of the wind direction and the wind speed at many observation points can be performed efficiently.
In the above-described third embodiment, the description has been made on the assumption that there are a large number (plural) of observed points. However, as in the case of the first or second embodiment, there is only one observed point. Needless to say, it is good.
[0060]
【The invention's effect】
The wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of a point to be observed in the wind turbine construction site by using a laser radar.
Inputting the position of the observed point in a rectangular coordinate system, converting the position data of the observed point input in the rectangular coordinate system into position data in a polar coordinate system, and converting the observed point into the polar coordinate system. Storing the position data of the observation point, and setting a scanning method of the laser radar in advance so that the wind direction and the wind speed of the observation point can be measured using the stored position data of the observation point. Then, according to a preset laser radar scanning method, the wind direction and the wind speed of the observed point are measured, so that it is possible to directly measure the wind direction and the wind speed of the observed point using the laser radar. In addition, the measurement work can be greatly reduced.
[0061]
Further, since the observation point of the wind direction and wind speed measurement method for the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is set at a predetermined position on the sea surface, even when the wind turbine wind turbine construction site is offshore, the laser It is possible to directly measure the wind direction and the wind speed of the observation point at a desired position on the sea surface by using the radar.
[0062]
The wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of the observation point at the wind turbine wind turbine construction site using a laser radar. Obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance from the installed position, and observing a point that has moved by a desired height above the predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained And calculating the position data of the observed point in the polar coordinate system, storing the calculated position data of the observed point, and using the stored position data of the observed point, Setting a scanning method of the laser radar in advance so that the wind direction and the wind speed can be measured, and measuring the wind direction and the wind speed of the observation point according to the preset scanning method of the laser radar. , It is possible to directly measure the wind direction and wind speed data of the point to be observed on the desired contour line, and it is easy to accurately observe the wind condition (measurement of wind direction and wind speed) at the site where the wind turbine for wind power generation will be constructed Can be done.
[0063]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine planned construction site according to the present invention sets a plurality of observation points and automatically measures the wind direction and wind speed at the plurality of observation points in a predetermined order. It is possible to directly and automatically measure the wind direction and wind speed of the observation point, and it is possible to easily obtain more accurate wind direction and wind speed data of the planned wind turbine wind turbine construction site.
[0064]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention is a method of measuring the wind direction and wind speed of the observed point in the wind turbine wind turbine construction site using a laser radar,
Obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance away from the position where the laser radar is installed, and determining a point moved by a desired height above the predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained. Storing the position data in the polar coordinate system of each of the observation points as the observation points, storing the position data in the polar coordinate system of a plurality of direct measurement points located above a predetermined position on the ground surface, Setting a plurality of predetermined elevation angles, horizontally scanning the laser radar at each set elevation angle, sequentially measuring wind directions and wind velocities of a plurality of direct measurement points, and storing the measurement results. A plurality of direct measurement points close to the observed point are selected from the obtained position data of the observed point and the stored position data of the plurality of direct measurement points. Since the wind direction and wind speed data at the point to be observed are interpolated using the wind direction and wind speed measurement data at the point, it is easy to set the scanning method of the laser radar, and it is necessary to set the scanning method for each distance to the point to be observed. Therefore, it is possible to easily and efficiently obtain the wind direction and wind speed data of the observation point by interpolation.
[0065]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention sets a plurality of observation points and automatically obtains the wind direction and wind speed at the plurality of observation points in a predetermined order by interpolation. It is easy to set the scanning method of the laser radar, it is not necessary to set the scanning method for each distance to the observed point, and further, it is possible to easily obtain the wind direction and wind speed data of many observed points by interpolation. .
[0066]
Further, the wind direction and wind speed measurement method of the wind turbine wind turbine construction site according to the present invention measures the wind direction and wind speed by installing a pole of a predetermined height having a wind turbine type wind anemometer attached to the wind turbine wind turbine construction site. The vicinity of the installation position of the wind turbine type anemometer is added as a point to be observed, and the laser radar also measures the wind direction and wind speed at the added point to be observed. It is possible to compare the data measured using the data, and to confirm whether the measurement by the laser radar is normal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a rectangular coordinate system.
FIG. 2 is a diagram for explaining a polar coordinate system;
FIG. 3 is a flowchart showing a method for measuring a wind direction and a wind speed at a site where a wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram conceptually showing a method of measuring a wind direction and a wind speed at a site where a wind turbine for wind power generation is to be constructed according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram conceptually showing a modified example of the method for measuring the wind direction and wind speed at the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed according to the second embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a method for measuring a wind direction and wind speed at a planned site for constructing a wind turbine for wind power generation according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reception waveform obtained when the ground surface is observed with a laser radar.
FIG. 8 is a schematic diagram conceptually illustrating a method of measuring the wind direction and wind speed at a planned wind turbine wind turbine construction site according to a third embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a method for measuring the wind direction and wind speed at a planned site for constructing a wind turbine for wind power generation according to a third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the structure of a conventional pole having a windmill-type anemometer attached to the tip.
FIG. 11 is a diagram conceptually showing how a wind direction wind speed at a desired altitude is estimated by a windmill type wind direction anemometer attached to the tip of a pole.
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of measuring wind direction and wind speed at a predetermined altitude using a laser radar for observing weather parameters.
[Explanation of symbols]
1 Laser radar (rider)
2 Ground surface
10 pole

Claims (7)

レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
上記被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、
直交座標系で入力された上記被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、
極座標系に変換された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、
保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、
予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うことを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
Using a laser radar, a method of measuring the wind direction and wind speed of the observation point at the wind turbine wind turbine construction site,
Inputting the position of the observed point in a rectangular coordinate system;
Converting the position data of the observed point input in a rectangular coordinate system into position data in a polar coordinate system;
Saving the position data of the observed point converted to a polar coordinate system;
Using the stored position data of the observed point, setting the scanning method of the laser radar in advance so that the wind direction and wind speed of the observed point can be measured,
A wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction site at which a wind turbine is to be constructed, wherein a wind direction and a wind speed at the observation point are measured in accordance with a preset scanning method of the laser radar.
被観測点は、海面上の所定位置に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。The method according to claim 1, wherein the observation point is set at a predetermined position on the sea surface. レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、
高度データが得られた上記地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、
保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、
予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うことを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
Using a laser radar, a method of measuring the wind direction and wind speed of the observation point at the wind turbine wind turbine construction site,
Obtaining altitude data on the ground surface separated by a predetermined distance from a position where the laser radar is installed;
A point moved by a desired height upward from a predetermined position on the ground surface from which the altitude data was obtained is defined as a point to be observed, and position data of the point to be observed is calculated in a polar coordinate system. Storing the position data of the observation point;
Using the stored position data of the observed point, setting the scanning method of the laser radar in advance so that the wind direction and wind speed of the observed point can be measured,
A wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction site at which a wind turbine is to be constructed, wherein a wind direction and a wind speed at the observation point are measured in accordance with a preset scanning method of the laser radar.
複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。The wind turbine for wind power generation according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of observation points are set, and wind directions and wind speeds at the plurality of observation points are automatically measured in a predetermined order. Wind direction and wind speed measurement method for the construction site. レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、
高度データが得られた上記地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、
上記地表面上の上記所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、
上記レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角で上記レーザレーダを水平走査し、上記複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、
保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間することを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
Using a laser radar, a method of measuring the wind direction and wind speed of the observation point at the wind turbine wind turbine construction site,
Obtaining altitude data on the ground surface separated by a predetermined distance from a position where the laser radar is installed;
A step in which each point moved by a desired height upward from a predetermined position on the ground surface where the altitude data is obtained is the observed point, and storing the position data of the observed point in a polar coordinate system,
Storing position data in a polar coordinate system of a plurality of direct measurement points located above the predetermined position on the ground surface,
Setting the laser radar at a plurality of predetermined elevation angles, horizontally scanning the laser radar at each of the set elevation angles, sequentially measuring the wind direction and wind speed at the plurality of direct measurement points, and storing the measurement results. Has,
A plurality of direct measurement points close to the observed point are selected from the stored position data of the observed point and the stored position data of the plurality of direct measurement points. A method for measuring wind direction and wind speed at a planned wind turbine construction site for wind power generation, comprising interpolating wind direction and wind speed data of the observation point using wind direction and wind speed measurement data.
複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得ることを特徴とする請求項5に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。6. The wind direction and wind speed at a planned wind turbine construction site according to claim 5, wherein a plurality of observed points are set, and wind directions and wind speeds at the plurality of observed points are automatically obtained in a predetermined order by interpolation. Measurement method. 風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。At the site where the wind turbine for wind power generation is to be constructed, a pole with a predetermined height equipped with a wind turbine type anemometer is installed to measure the wind direction and wind speed. 7. The wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine power generation wind turbine construction site according to claim 1, wherein the wind direction and wind speed at the added observation point are also measured by a laser radar.
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