JP3774689B2 - Wind direction measurement method for wind turbine construction site - Google Patents

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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／Ｕ０＝（Ｚ／Ｚ０）（１／ｎ）
ここで、 Ｕ：地上高Ｚにおける風速
Ｕ０：地上高Ｚ０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、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した上記測定データから上記被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、上記ステップにより、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、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した上記測定データから上記被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、上記ステップにより、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、保存された複数の上記直接計測点の位置データを用いて、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された直接計測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した上記測定データから上記複数の直接計測点の風向・風速を順次算出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算出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、レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した測定データから被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、上記ステップにより、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、レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した測定データから被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、上記ステップにより、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、保存された複数の直接計測点の位置データを用いて、レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された直接計測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、取得した測定データから複数の直接計測点の風向・風速を順次算出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算出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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of observing wind conditions (wind speed and direction) for selecting a construction site of a wind turbine for wind power generation, which is a wind power generation facility, and more particularly, construction of a wind turbine for wind power generation using a laser radar. The present invention relates to a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site that directly measures the wind speed and wind direction of an observation point in the planned site.
[0002]
[Prior art]
In recent years, interest in environmental issues has increased, and the amount of installed wind power generation facilities has steadily increased.
In the future, the installation amount of wind power generation equipment is expected to increase dramatically with the enhancement of related bills to promote the spread of new energy such as wind power generation.
Furthermore, as a place to be installed, even in the case of Europe and the like, it may be constructed not only on land but also on the sea.
However, wind power generation uses natural wind as its energy source, so 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 generated power is generated. I can't get it.
[0003]
In addition, even if a sufficient amount of wind is blowing, installing a wind power generation facility in a location where the wind speed and direction change frequently will shorten the life of the facility or in the worst case. May lead to accidents such as equipment damage.
Therefore, when the installation of wind power generation facilities is planned, for example, as shown in FIG. 10, a column (pole) having a height of about 30M or 40M to which a windmill type anemometer (anemometer and anemometer) is attached. Is built at the site where wind turbines for wind power generation are planned, and wind conditions (wind speed and wind direction) for selecting the wind turbine installation location are investigated by this wind turbine type wind direction anemometer.
In the case of a 30M pole, an anemometer and an anemometer are attached to the ground heights of 20M and 30M, and in the case of a 40M pole, the ground height meters and anemometers are respectively attached to the ground heights of 30M and 40M.
[0004]
In other words, a pole (pole) with a height of about 30M to 40M is constructed at the wind turbine installation planned position, and fixed point observation is performed using a wind turbine type wind direction anemometer attached to the pole. Is regularly measured (for example, every week, every month, every year), and the data is tabulated to investigate the wind conditions at the planned construction site of the wind turbine for wind power generation.
In this method, it is necessary to secure a site for installing the pole, and there is a problem that it takes time to install the pole to which the windmill-type anemometer is attached.
[0005]
In addition, only the data of the fixed point where the pole is installed can be acquired, and the height of the installed pole is also limited for safety and cost reasons. I can't.
For example, the center height of the blades for wind power generation is a 1000 KW class facility that is normally used, and the ground height is about 60M.
Therefore, the wind speed value or the wind direction data measured using a support pole (pole) as shown in FIG. 10 cannot be used as it is because the measured height is different from the actual wind turbine center of the wind power generation equipment.
Therefore, necessary wind direction / wind speed data is estimated from the actually measured wind direction / wind speed data of about 30M.
[0006]
FIG. 11 is a diagram conceptually showing how the wind speed data and the wind direction data of the wind turbine wind turbine planned construction site are obtained by the above-described conventional method (that is, a method of obtaining altitude wind speed / wind direction data required by estimation). It is.
In the figure, 50 is a pole, 51 is a windmill-type anemometer, and 52 is a recorder that records the measured data.
The estimation (conversion) of the wind speed value at the ground height required from the actual wind speed measurement value at the pole is usually obtained by the following power law.
U / U0= (Z / Z0)(1 / n)
Where U: Wind speed at ground level Z
U0: Ground height Z0Wind speed at
n: exponent of power law
[0007]
The n value (exponential power exponent) used here varies depending on the atmospheric stability as well as the roughness of the ground.
When the stability is neutral, the n value is approximately the following.
(1) When the ground condition is “flat terrain” or “coastal area”
n: 7 to 10 (1 / n: 0.10 to 0.14)
(2) When the ground condition is “Rural”
n: 4-6 (1 / n: 0.17-0.25)
(3) When the ground condition is “city”
n: 2 to 4 (1 / n: 0.25 to 0.50)
[0008]
The exponential law for the vertical distribution of wind speed holds for flat ground, and the tops and slopes of mountains are not so simple.
Even on a flat ground, the n value may vary depending on the wind speed.
Thus, care must be taken when using the power law.
In Japan, wind conditions (wind direction and wind speed) are good, and there are few stable flat areas, so the most suitable land for wind power generation is mountainous areas or coastal areas with complex topography.
In such a place, since the airflow is complicated, the wind condition (wind direction and wind speed) condition varies greatly depending on the position. Therefore, the position where the pole is built needs to be a position where the wind turbine for wind power generation is actually installed.
[0009]
As described above, in the method of actually building the pole to which the anemometer is attached and obtaining the necessary ground height wind speed data by estimation from the measured data, the measurement points are limited (that is, the amount of data is small). ) And there was a problem with the quality of the data obtained by estimation.
[0010]
In order to obtain the wind speed data and wind direction data of the wind turbine construction site for wind power generation, the method as described above is currently being performed. However, using a laser radar, the wind speed at a predetermined altitude For example, Patent Document 1 discloses a method for directly measuring the wind direction.
The technique disclosed in Patent Document 1 relates to a meteorological parameter measurement apparatus that measures weather parameters such as wind direction, wind speed, temperature at various altitudes, and transparency using a laser radar. There is no mention of obtaining wind speed data or wind direction data for the location where the wind turbine for wind power generation is planned.
[0011]
FIG. 12 shows a state in which the wind speed and wind direction data at the planned wind turbine construction site for wind power generation are measured using the technology disclosed in Patent Document 1 (that is, the technology for measuring weather parameters by laser radar). It is a figure shown notionally.
In the figure, reference numeral 53 denotes 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 wind direction / wind speed measuring pole at the wind turbine construction site.
However, in order to investigate the wind conditions at the site where wind turbines for wind power generation are planned, it is necessary to periodically collect data from a large number of observed points with different positions and altitudes.
Therefore, when a laser radar as shown in Patent Document 1 is used, the laser radar emission direction (azimuth angle and elevation angle) and the distance to the measurement point are set and measured for each observed point. Therefore, the efficiency of the measurement work becomes very poor, and it takes a lot of time to obtain wind direction and wind speed data at a large number of observation points.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-342084
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As explained above, the conventional measurement method of measuring the wind direction and wind speed by actually installing the wind turbine type wind direction and wind speed at the planned wind turbine construction site for wind power generation, securing the site for pole installation and Pole installation work was necessary, and only data for fixed points limited to the pole height could be acquired, and there was a problem with the amount of measurement data that could be acquired and the quality of the measurement data.
Moreover, when trying to estimate the required ground height data from the data obtained by the anemometer attached to the pole, it was difficult to obtain accurate estimation data due to various environmental conditions of 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 for each observation point or each observation And the measurement distance must be set, and there is a problem that the efficiency of the measurement work becomes very poor.
[0014]
The present invention has been made to solve such problems. In measuring wind direction and wind speed data of a wind turbine construction site for wind power generation, a laser pole is used to actually construct a measurement pole. It is an object of the present invention to provide a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site that can efficiently measure the wind direction and wind velocity at a desired observation point directly without being installed at the planned site.
Also, by using laser radar, it is possible for wind power generation to automatically and efficiently acquire data of many observation points directly without actually installing measurement poles at the planned construction site. It aims at providing the wind direction wind speed measuring method of a windmill construction planned site.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The wind direction wind speed measuring method of the wind turbine construction planned site according to the present invention is a method of measuring the wind direction wind speed of the observation point in the wind turbine construction planned site using the laser radar,
  A step of inputting the position of the observed point in an orthogonal coordinate system; a step of converting the position data of the observed point input in the orthogonal coordinate system into position data of a polar coordinate system; Using the step of saving the position data of the observed point and the saved position data of the observed point,A step of setting a measurement direction and a measurement elevation angle of the laser radar, acquiring measurement data in at least two directions for the set observed point, and calculating a wind direction and a wind speed of the observed point from the acquired measurement data And by the above steps,The wind direction and wind speed at the observed point are measured.
[0016]
In addition, the observation point of the wind direction wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site according to the present invention is set at a predetermined position on the sea surface.
[0017]
  A wind direction wind speed measuring method for a wind turbine construction site planned for wind power generation according to the present invention is a method for measuring the wind direction wind speed at an observation point in a wind turbine construction site for wind power generation using a laser radar. The step of obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance away from the position where the is installed, and a point moved by a desired height upward from the predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained. Using the step of calculating the position data in the polar coordinate system of the observed point as the observed point, storing the calculated position data of the observed point, and using the stored position data of the observed point ,A step of setting a measurement direction and a measurement elevation angle of the laser radar, acquiring measurement data in at least two directions for the set observed point, and calculating a wind direction and a wind speed of the observed point from the acquired measurement data And by the above steps,The wind direction and wind speed at the observed point are measured.
[0018]
The wind direction wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site according to the present invention sets a plurality of observed points and automatically measures the wind direction and wind speed at the plurality of observed points in a predetermined order. is there.
[0019]
  A wind direction wind speed measuring method for a wind turbine construction site planned for wind power generation according to the present invention is a method for measuring the wind direction wind speed at an observation point in a wind turbine construction site for wind power generation using a laser radar. Obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance away from the position where the is installed, and a point moved from the predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained by a desired height respectively. A step of storing position data in the polar coordinate system of the observed point as a point to be observed, and storing position data in a polar coordinate system of a plurality of direct measurement points located above the predetermined position on the ground surface;Using the stored position data of the plurality of direct measurement points, setting the measurement direction and measurement elevation angle of the laser radar, and acquiring measurement data in at least two directions for the set direct measurement points; Sequentially calculating the wind direction and wind speed of the plurality of direct measurement points from the measurement data,The saved location data of the observed point andCalculatedA plurality of direct measurement points close to the observed point are selected from the position data of the multiple direct measurement points, and the wind direction and wind speed measurement data at the selected direct measurement points are used to determine the wind direction of the observed point. Interpolates wind speed data.
[0020]
The wind direction wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site according to the present invention sets a plurality of observed points and automatically obtains wind directions and wind speeds at a plurality of observed points in a predetermined order by interpolation. It is.
[0021]
The wind direction wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site according to the present invention measures the wind direction wind speed by installing a pole of a predetermined height with a wind turbine type anemometer installed on the wind turbine construction site. In addition, the vicinity of the installation position of the windmill-type anemometer is added as an observed point, and the wind direction and wind speed at the added observed point are also measured by a laser radar.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol represents the same or equivalent among each figure.
Embodiment 1 FIG.
Since the position of the observed point for obtaining 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 points on the map, the position of the observed point is as shown in FIG. Expressed in Cartesian coordinate system with latitude and longitude as reference.
On the other hand, the laser radar has a polar coordinate system having parameters such as distance (r), azimuth angle (θ), and elevation angle (φ) as shown in FIG.
[0023]
Therefore, in order to efficiently measure the wind directions and wind speeds of a large number of observed points with a laser radar, first, the position of each observed point in the Cartesian coordinate system on the map is determined according to the laser radar installation location (O in FIG. 2). It is necessary to set a measurement distance (r), an azimuth angle (θ), and an elevation angle (φ) with a laser radar.
After that, according to a predetermined procedure, the wind direction and wind speed data of each observation point set in the polar coordinate system is 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 showing a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site according to the first embodiment.
Hereinafter, based on FIG. 3, the wind direction wind speed measuring method of the wind power generation windmill construction planned site by this Embodiment is demonstrated.
First, the positions of all observation points (desired observation points including a point where a pole would have been installed in the past) for which a wind condition (wind direction and wind speed) is to be investigated are input using an orthogonal coordinate system. (Step S101)
[0025]
Next, in step S101, the position of each observed point input in the orthogonal coordinate system is converted into a polar coordinate system. (Step S102)
At this time, the coordinate conversion table may be used with an amount of change corresponding to the resolution specific to the laser radar to be used.
That is, a three-dimensional position on the map to each observed point is input in an orthogonal coordinate system, and these are converted into a polar coordinate system, whereby the distance, azimuth, and elevation angle of each observed point in the polar coordinate system can be obtained.
[0026]
Then, the position data (distance, azimuth, elevation angle of the observed point) of the observed point converted into polar coordinates is set (saved) in the drive control unit of the laser radar. (Step S103) The laser radar drive control unit controls the emission direction (azimuth and elevation angle) of the laser beam based on the stored position data of the observed 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) has not been completed, the process returns to step S101. (Step S104)
[0027]
Next, when the storage of the position data of all observed points converted into polar coordinates in the drive control unit of the laser radar is completed, measurement of wind direction data and wind speed data at each observed point is sequentially performed in a predetermined measurement order ( Start). (Step S105)
Step 106 to step S110 show the measurement procedure of the wind direction and the wind speed at each observed point.
That is, when measurement (measurement) is started in S105, first, a measurement azimuth (that is, azimuth angle) and elevation angle are set for the first observation point (step S106), a laser is emitted (step S107), and a desired distance is set. Data is acquired at the timing when the signal returns. (Step S108).
[0028]
Due to the operating principle of laser radar, the wind direction and wind speed cannot be calculated without measurement data in at least two directions.
Therefore, as shown in step S109, it is necessary to scan the laser beam as much 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 acquired, the wind direction and wind speed are calculated from the data. (Step S110)
If measurement (measurement) is completed for all observation points, the process is complete. If measurement of the observation point remains, the process returns to step 106. (Step S111)
[0029]
In the wind direction wind speed measurement method of the wind turbine construction planned site according to the present embodiment, as described above, the position of each observation point input in the orthogonal coordinate system is converted into the polar coordinate system, and the converted object is converted into the polar coordinates. The observation point position data (distance, azimuth angle, elevation angle) is stored in the laser radar drive control unit, and the observed point position data (distance, azimuth angle, elevation angle) stored in the drive control unit is used. According to a predetermined measurement procedure, the wind direction and wind speed at each observation point are measured (measured) sequentially.
Therefore, once the position data of many observation points converted into the polar coordinate system is saved, the wind direction and wind speed data of many observation points can be automatically measured by the laser radar. Can be significantly reduced.
[0030]
In the first embodiment described above, the description is given on the assumption that there are a large number (a plurality) of observation points, but it goes without saying that there may be only one observation point.
Alternatively, a pole with an actual windmill-type anemometer installed in the vicinity of one point to be observed may be installed, and wind direction and wind speed data may be obtained by a windmill-type anemometer at the tip of the pole.
Thereby, it is possible to compare the data measured by the anemometer at the tip of the pole with the data measured by the laser radar, and it is possible to confirm whether the measurement by the laser radar is normally performed.
In addition, the wind direction wind speed measurement method for the wind turbine construction planned site according to the present embodiment is very effective for the wind direction wind speed when the observed point is on the sea.
[0031]
Embodiment 2. FIG.
In wind surveys aimed at investigating the amount of power generated at a wind power plant in advance, it is necessary to measure the wind speed at the desired surface height including the wind turbine installation altitude (usually 60 m) at many wind turbine installation planned positions. is there.
In the present embodiment, a laser radar for measuring wind direction and wind speed is also used for terrain observation, and a method for automatically and directly measuring a wind direction wind speed (wind speed vector) of a predetermined uniform ground level based on the obtained topographic data. Will be described.
FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating a wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site according to the second embodiment, and a plurality of equal ground heights (for example, equal ground height I and equal ground height II). ) Is a diagram schematically showing a situation in which the wind direction and wind speed are measured by a laser radar (also referred to as a lidar) 1.
[0032]
In actual measurement, the wind speed on a two-dimensional curved surface where the ground height is constant is measured, but in order to simplify the drawing, in FIG. 4, a certain distance from the laser radar 1 (for example, the distance of OA in the figure). ), That is, only on the curve connected by the row of Δ marks in the figure.
By observing the ground surface 2 by the laser radar 1, the position of the Δ mark on the ground surface is measured.
A position that is moved upward by a certain altitude in the vertical direction from the position of this Δ mark is a point to be measured (that is, a point to be observed on an isosurface height line).
[0033]
That is, Δ 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 equal ground line I or the equal ground line II above the Δ mark in the vertical direction. The position at the height of is the observed point.
The azimuth angle and elevation angle of each observed point viewed from the laser radar 1 can be easily calculated by geometric calculation.
When the wind velocity vector is measured by 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 Δ mark indicates the azimuth interval for obtaining the wind velocity vector of one observed point, and the direction of the arrow indicates the laser direction. The horizontal scanning direction of the radar is shown.
In the example of FIG. 4, first, the wind direction wind speed at the observation point on the isosurface height line I is measured, and then the wind direction wind speed at the observation point on the isosurface height line II is measured.
As shown in the figure, since the terrain has undulations, the elevation angle to be observed changes depending on the azimuth angle. (In other words, 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 iso-altitude line at one distance, but by repeating the same observation multiple times by changing the distance (that is, changing the length of 0A in the figure). A wind speed vector on the same ground level is obtained.
[0035]
FIG. 5 is a diagram schematically showing a modification of the wind direction and wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site shown in FIG.
5 is almost the same as FIG. 4, but FIG. 5 is planned to construct a wind turbine for wind power generation in addition to the measurement of the wind direction and wind speed at the observed points on the isosurface height I and the isosurface height II shown in FIG. A pole 10 with a windmill-type anemometer attached to the tip is actually installed on the ground, and the wind direction wind speed at the position of the tip of the installed pole 10 is simultaneously measured by the windmill-type anemometer and the laser radar (rider) 1. It shows the observation situation when observing.
[0036]
According to this method, it is possible to compare the wind direction wind speed measured by the windmill type anemometer attached to the tip of the pole 10 and the wind direction wind speed at the same point measured by the laser radar 1, so that the laser radar It can be confirmed whether 1 is normally operated (that is, whether the measurement by the laser radar is normal).
In the example of FIG. 5, the wind direction anemometer is attached to two altitudes on the pole 10, and the wind direction wind speeds at the 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 point on the isosurface height line I and the isosurface height line II are measured as in FIG.
[0037]
FIG. 6 is a flowchart showing a wind direction wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site according to the second embodiment, and shows a procedure of the observation method in the case shown in FIG.
Hereinafter, based on FIG. 6, the wind direction wind speed measuring method of the wind power generation windmill planned construction site by this Embodiment is demonstrated.
First, the “terrain observation” step in step S201 will be described.
In step S201, three-dimensional area laser radar observation for obtaining topographic data is performed.
FIG. 7 shows a typical received waveform obtained when laser radar observation (rider observation) is performed on the direction in which the ground surface exists.
[0038]
The horizontal axis in FIG. 7 is the 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 echoes reflected from the atmosphere in addition to echoes reflected from the ground surface.
However, in general, ground surface echoes have a sufficiently high reception intensity compared to atmospheric echoes.
Therefore, an echo having a reception intensity exceeding a preset threshold is detected, and the delay time at the peak position is extracted.
By converting this delay time into distance, the distance from the laser radar to the reflection point on the ground surface is obtained.
[0039]
Next, the “terrain mapping process” in step S202 will be described.
By adding the values of the azimuth angle and the elevation angle 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 by polar coordinate expression is determined.
By collecting data of reflection point positions observed in a plurality of beam directions, a map representing the altitude of each point on the ground surface can be obtained. (That is, terrain mapping processing is performed.)
[0040]
Next, the “setting of observed point” step in step S203 will be described.
The distance, the azimuth angle, and the elevation angle are calculated by geometric calculation for the point that has moved upward from the ground surface position obtained in step S202 by the observation target ground height, and this is used as position data in the polar coordinate system of the observed point as a laser. Stored in the radar drive controller.
Next, in the “scanning method setting” step in step 204, a laser radar scanning method for measuring wind velocity vectors is set for all the observation points obtained in step 203.
[0041]
In order to observe the wind velocity vector of a certain observed point, it is necessary to perform horizontal scanning (scanning that changes only the azimuth angle without changing the elevation angle) of the azimuth angle section including the observed point and having a certain width. . Then, this horizontal scanning is performed for the observed point.
The “azimuth section having a certain width” is a section indicated by 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 height are continuously scanned in the azimuth or reverse order.
[0042]
For example, in FIG. 4, first, a horizontal scan with a predetermined width in the left direction is performed on the observed point on the right end in the figure on the isosurface high line I, and the left observed object on the isosurface high line I is sequentially scanned. A horizontal scan with a predetermined width is performed on the point.
When the horizontal scanning for the leftmost observed point is completed, the next horizontal moving to the leftmost observed point on the isosurface height line II is performed and a horizontal scanning with a predetermined width in the right direction is performed. A scanning method for performing horizontal scanning with a predetermined width in the right direction with respect to the observation point on the right side of the line II is shown.
[0043]
In FIG. 5, first, horizontal scanning with a predetermined width is performed with respect to the positions of two windmill-type anemometers (that is, observation points) attached to the tips of poles actually installed at the planned construction site. After that, it moves to the observation point at the right end of the figure on the contour line I and performs horizontal scanning with a predetermined width.
In the following, a scanning method for performing horizontal scanning similar to FIG. 4 described above is shown.
[0044]
Next, the step of “laser radar (rider) observation of pole position” in step S205 will be described.
First, wind speed observation by a laser radar is performed in a range including the installation point 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 angle section including the installation points of the two windmill type anemometers is observed by horizontal scanning.
And the wind speed vector in the same position as the wind direction anemometer installed on the pole is calculated from the Doppler speed obtained in step S205.
[0045]
Next, the distance loop is started (step S207) and the altitude loop is started (step S208), and the laser radar observation (rider observation) on the contour line is performed while sequentially changing the azimuth according to the scanning method set in step S204. The Doppler speed is calculated, and the wind speed vector at each observed point on the contour line is calculated from the obtained Doppler speed. (Step S209)
In steps S207 to S211, the positions (distances) of all observation points to be observed based on the position data of observation points set in advance in step S203 and the scanning method preset in step S204. , Azimuth angle, elevation angle) is automatically measured.
[0046]
Therefore, in the flowchart shown in FIG. 6, these processes are placed in a double loop of a distance loop and an altitude loop.
The procedure from step S205 to step S211 is repeated until the observation completion is instructed.
In FIG. 4 or FIG. 5, the scanning method is such that the observed points with the same ground height are continuously scanned in azimuth or reverse order. Scanning may be performed in the forward or reverse order, and this may be repeated while changing the azimuth angle.
[0047]
In FIG. 5, first, a horizontal scan with a predetermined width is first performed on the position of the wind turbine type anemometer at the tip of the pole, and then a horizontal scan with a predetermined width is performed on each observed point. Although shown, this is not particular, and the horizontal scanning with 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 observed point.
[0048]
As described above, in the second embodiment, first, the landform observation where the wind power generation facility is scheduled to be installed is performed by the laser radar, and at a position away from the position where the laser radar is installed by a predetermined distance. The altitude data on the ground surface is obtained, and the distance, azimuth, and elevation angle are calculated by geometric calculation for the point that has been moved upward from the specified position on the ground surface by the ground height to be observed. 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 in the polar coordinate system and stored.)
Next, set the laser radar scanning method including the observation order of each observed point so that wind direction and wind speed data of all observed points can be obtained, and the observed points stored in the laser radar drive control unit The laser radar is automatically scanned according to the position data and the set scanning method, and the wind direction and the wind speed at all the observation points are sequentially measured.
[0049]
Therefore, once the position data of a large number of observed points set in the polar coordinate system on the desired contour line is saved in the drive control unit of the laser radar, a large number of observed points on the desired contour line can be obtained. Wind direction and wind speed data can be automatically measured, and accurate wind condition observation (measurement of wind direction and wind speed) at the planned site for wind power generation facilities can be performed automatically and easily.
In addition, a pole with a windmill-type anemometer installed at the tip is installed at the site where the wind power generation facility will be constructed, and measurement data of the windmill-type anemometer is obtained, and the position of the windmill-type anemometer at the tip of the pole In addition, by using the point to be observed by the laser radar, it is possible to compare the measurement data from the wind turbine type anemometer and the measurement data from the laser radar, and it is possible to confirm whether the measurement by the laser radar is normal.
In the second embodiment described above, the description has been made on the assumption that there are a large number (a plurality) of observation points, but it goes without saying that there may be only one observation point.
[0050]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a diagram conceptually illustrating a wind direction wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site according to Embodiment 3, and wind direction wind speed data measured by horizontally scanning a laser radar (rider) at a constant elevation angle. It is a figure which represents typically the condition which interpolates using, and acquires the wind direction wind speed data in the observed point on an isosurface.
As in FIG. 4 or FIG. 5, only positions at a constant distance from the laser radar 1 are displayed in FIG.
The method is the same as that of the above-described second embodiment until the position on the ground surface indicated by Δ is measured by terrain observation using a laser radar and the point to be observed is set.
However, the beam scanning method for 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 was performed for a certain azimuth section including each point to be observed. In this embodiment, as shown in FIG. Regardless, first, scanning at a constant elevation angle (that is, horizontal scanning) is performed at a plurality of elevation angles.
That is, the observation point from which the wind direction and wind speed data is to be acquired is a position on the equal ground height I and the equal ground height II on each Δ mark. In the present embodiment, first, a predetermined elevation angle is constant. The laser radar is horizontally scanned while maintaining the position, and the wind direction and the wind speed are measured at a plurality of positions (marked with ◇ in the figure) above each Δ mark.
After measurement at a certain elevation angle, the elevation angle is changed by a predetermined value, the laser radar is scanned horizontally while maintaining the changed elevation angle, and the wind direction at the position on each Δ mark (marked with ◇ in the figure) Measure the wind speed.
In this way, the wind direction and the wind speed at the position on each Δ mark (◇ mark in the figure) are measured by horizontal scanning with a constant elevation angle while changing the elevation angle sequentially.
[0052]
In this case, the wind speed vector (wind direction wind speed) at the observed point itself is not directly measured.
Therefore, of the points measured directly by horizontal scanning at a certain elevation angle (marked with ◇ in the figure), two or more measured values close to the observed point (marked with ●) (for example, adjacent in the vertical direction) Is interpolated to obtain the wind speed vector at the observed point.
In the figure, ◇ marks are referred to as direct observation points.
[0053]
In the method according to the present embodiment, first, the laser radar is horizontally scanned at a preset constant elevation angle, and the wind direction at a position vertically above each Δ mark (that is, a direct measurement point indicated by ◇ in the figure). Measure the wind speed.
The elevation angle is set regardless of the observation distance, and measurement data of direct measurement points at a plurality of distances are 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 second embodiment described above, and as a result, the measurement time can be shortened.
[0054]
FIG. 9 is a flowchart showing a wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site according to the third embodiment, and shows the procedure of the observation method shown in FIG. 8 as a flowchart.
Hereinafter, based on FIG. 9, the wind direction wind speed measuring method of the wind power generation windmill planned construction site by this Embodiment is demonstrated.
The processing procedure from “terrain observation” in step S301 to “observation point setting” in step S303 is the same as the “landform observation” in step S201 shown in the flowchart of FIG. 6 (Embodiment 2). This is the same flow up to “observation point setting”, and detailed description thereof is omitted.
[0055]
In the wind direction and wind speed measurement method according to the present embodiment, the laser radar is scanned horizontally while changing the azimuth angle while fixing the elevation angle constant, and observation is performed at positions above each Δ mark in FIG. Do.
This observation is repeated for a preset number of elevation angles. (Steps S304 to S306)
Next, among the Doppler velocities obtained in Steps S304 to S306, first, using the elevation angle data scanned horizontally close to the position of the anemometer installed on the pole, Calculate the wind speed vector of the proximity point.
Further, the wind velocity vector at the lower approach point is calculated using the elevation angle data scanned horizontally close to the wind direction anemometer.
By interpolating these two altitude wind velocity vectors (ie, data interpolation), the wind velocity vector at the pole position is obtained. (Step S307)
[0056]
Next, in step S304 to step S306, among 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 (ie, in FIG. 8). The wind speed vector at the upper proximity point is calculated using the elevation angle data scanned close to the upper side of the above-mentioned Δ mark above the position on the equal ground level I or the equal ground level II.
Similarly, the wind speed vector at the lower approach point is calculated using the elevation angle data scanned close to the observed point.
By interpolating (interpolating) these two altitude wind speed vectors, a wind speed vector of a desired observed point is obtained. (Step S308)
The above processing is performed for all observed points, and the procedure from S304 to S308 is repeated until the observation completion is instructed.
[0057]
As described above, in the third embodiment, as in the case of the second embodiment, first, landform observation where a wind turbine for wind power generation is to be installed is performed by a laser radar, and the laser radar is installed. Obtaining altitude data on a plurality of ground surfaces that are separated by a predetermined distance from a certain position, the distance, azimuth, The elevation angle is calculated by geometric calculation, and 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 in the polar coordinate system and stored.)
[0058]
Next, the laser radar is set to a predetermined elevation angle and scanned horizontally, and the wind direction and wind speed at the direct measurement point (◇ mark) above the observed point position (△ mark) on the ground surface are sequentially measured. Stored in the laser radar drive controller.
At this time, the wind direction and wind speed at the direct measurement points with 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 process is performed, and the measurement result is stored.
At the same time, the position data (distance, azimuth angle, elevation angle) of these direct measurement points (◇ marks) are also saved.
[0059]
Next, from the position data of the observed point stored in the drive control unit of the laser radar and the position data of the direct measurement point (◇ mark), two or more adjacent to the desired observed point (● mark) Are directly interpolated using the measurement data at the selected 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 wind speed measurement method for the wind turbine construction planned site according to the present embodiment, since the laser radar is only horizontal scanning at a constant elevation angle, it is easy to set the laser radar scanning method. Since there is no need to set a scanning method for each distance of the observed points, it is possible to efficiently measure wind directions and wind speeds at many observed points.
In the above-described third embodiment, the description is given on the assumption that there are a large number (a plurality) of observation points. However, as in the case of the first or second embodiment, there is one observation point. Needless to say.
[0060]
【The invention's effect】
  The wind direction wind speed measuring method of the wind turbine construction planned site according to the present invention is a method of measuring the wind direction wind speed at the observation point in the wind turbine construction planned site using the laser radar,
  The step of inputting the position of the observed point in the orthogonal coordinate system, the step of converting the position data of the observed point input in the orthogonal coordinate system into the position data of the polar coordinate system, and the observed point converted into the polar coordinate system Using the step of storing the position data and the stored position data of the observed point,There are the steps of setting the measurement direction and elevation angle of the laser radar, obtaining measurement data in at least two directions for the set observation point, and calculating the wind direction and wind speed of the observation point from the acquired measurement data. And the above stepsSince the wind direction and wind speed of the observed point are measured, it is possible to directly measure the wind direction and wind speed of the observed point using a laser radar, and the measurement work can be greatly reduced.
[0061]
In addition, since the observation point of the wind direction wind speed measuring method for the wind turbine construction planned site according to the present invention is set at a predetermined position on the sea surface, even if the wind turbine construction planned site is offshore, the laser It is possible to directly measure the wind direction and the wind speed at an observation point at a desired position on the sea surface by a radar.
[0062]
  A wind direction wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site according to the present invention is a method for measuring the wind direction wind speed at an observation point in a wind turbine construction planned site for wind power generation using a laser radar. Obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance away from the installed location, and observing a point that has moved upward by a desired height from a predetermined position on the ground surface where altitude data was obtained Using the polar coordinate system of the observed point as a point, calculating the position data of the observed point, and using the stored position data of the observed point,There are the steps of setting the measurement direction and elevation angle of the laser radar, obtaining measurement data in at least two directions for the set observation point, and calculating the wind direction and wind speed of the observation point from the acquired measurement data. And the above stepsSince the wind direction and wind speed at the observation point are measured, it is possible to directly measure the wind direction and wind speed data at the observation point on the desired iso-altitude line, and the accurate wind conditions at the planned wind turbine construction site for wind power generation Observation (measurement of wind direction and wind speed) can be performed easily.
[0063]
In addition, the wind direction wind speed measurement method for the wind turbine construction planned site according to the present invention sets a plurality of observed points and automatically measures the wind direction and wind speed at the plurality of observed points in a predetermined order. It is possible to directly and automatically measure the wind direction and wind speed at the observed point, and it is possible to easily obtain more accurate wind direction and wind speed data of the wind turbine construction planned site for wind power generation.
[0064]
  A wind direction wind speed measuring method for a wind turbine construction site planned for wind power generation according to the present invention is a method for measuring the wind direction wind speed at an observation point in a wind turbine construction site for wind power generation using a laser radar. A step of obtaining altitude data on the ground surface that is a predetermined distance away from the position where the altitude is installed, and a point moved by a desired height from a predetermined position on the ground surface where the altitude data was obtained, respectively. A step of storing position data in the polar coordinate system of the observed point as an observation point; a step of storing position data in a polar coordinate system of a plurality of direct measurement points located above a predetermined position on the ground surface;Using the saved position data of a plurality of direct measurement points, setting the measurement direction and elevation angle of the laser radar, obtaining measurement data in at least two directions for the set direct measurement points, and the obtained measurement data Sequentially calculating wind directions and wind speeds at a plurality of direct measurement points fromThe saved location data of the observed point andCalculatedA plurality of direct measurement points close to the observed point are selected from the position data of the multiple direct measurement points, and the wind direction and wind speed measurement data at the selected direct measurement points are used to determine the wind direction of the observed point. Since the wind speed data is interpolated, it is easy to set the scanning method of the laser radar, and it is not necessary to set the scanning method for each distance of the observed point, and the wind direction wind speed data of the observed point is easily interpolated, and Can be obtained efficiently.
[0065]
In addition, the wind direction wind speed measurement method of the wind turbine construction planned site according to the present invention sets a plurality of observed points, and automatically obtains wind directions and wind speeds at a plurality of observed 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 of the observed point, and the wind direction and wind speed data of many observed points can be easily obtained by interpolation. .
[0066]
In addition, the wind direction wind speed measuring method of the wind turbine construction planned site according to the present invention measures the wind direction and wind speed by installing a pole of a predetermined height with a wind turbine type anemometer attached to the wind turbine construction site. Since the vicinity of the wind turbine type anemometer is added as an observation point, and the wind direction wind velocity at the added observation point is also measured by the laser radar, the measurement data from the wind turbine anemometer and the laser radar are It is possible to compare the data measured by using them, and it is possible to confirm whether or not the measurement by the laser radar is normal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an orthogonal coordinate system.
FIG. 2 is a diagram for explaining a polar coordinate system;
FIG. 3 is a flowchart showing a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site according to Embodiment 1;
FIG. 4 is a schematic diagram conceptually showing a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine generator planned construction site according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram conceptually showing a modification of the wind direction wind speed measuring method for a wind turbine generator planned construction site according to the second embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine construction planned site according to Embodiment 2;
FIG. 7 is a diagram showing an example of a received waveform obtained when laser radar observation is performed on the ground surface.
FIG. 8 is a schematic diagram conceptually showing a wind direction and wind speed measuring method for a wind turbine generator planned construction site according to a third embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site according to Embodiment 3;
FIG. 10 is a view showing the structure of a conventional pole with a windmill-type anemometer attached to the tip.
FIG. 11 is a diagram conceptually showing a state in which 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 the 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 Paul

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、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、
取得した上記測定データから上記被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、
上記ステップにより、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。A method of measuring the wind direction and wind speed at an observation point in a wind turbine construction site where wind power generation is planned using a laser radar,
Inputting the position of the observed point in an orthogonal coordinate system;
Converting the position data of the observed point input in an orthogonal coordinate system into position data in a polar coordinate system;
Storing the position data of the observed point converted into a polar coordinate system;
Using the stored position data of the observed point , setting the measurement direction and elevation angle of the laser radar, and obtaining measurement data in at least two directions for the set observed point;
Calculating the wind direction / velocity of the observed point from the acquired measurement data,
A wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site for wind power generation, characterized in that the wind direction and wind speed of the observed point are measured by the above steps . 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 wind direction wind speed measuring method for a wind turbine wind turbine planned construction site according to claim 1, wherein the observed 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、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された被観測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、
取得した上記測定データから上記被観測点の風向・風速を算出するステップとを有し、
上記ステップにより、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。A method of measuring the wind direction and wind speed at an observation point in a wind turbine construction site where wind power generation is planned using a laser radar,
Obtaining altitude data on the ground surface at a predetermined distance from the position where the laser radar is installed;
A point that has been moved upward by a desired height from a predetermined position on the ground surface where altitude data was obtained is taken as a point to be observed, and position data in the polar coordinate system of the point to be observed is calculated. Saving the position data of the observation point;
Using the stored position data of the observed point , setting the measurement direction and elevation angle of the laser radar, and obtaining measurement data in at least two directions for the set observed point;
Calculating the wind direction / velocity of the observed point from the acquired measurement data,
A wind direction and wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site for wind power generation, characterized in that the wind direction and wind speed of the observed point are measured by the above steps . 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 planned 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、
保存された複数の上記直接計測点の位置データを用いて、上記レーザレーダの測定方位および測定仰角を設定し、設定された直接計測点について少なくとも２方向の測定データを取得するステップと、
取得した上記測定データから上記複数の直接計測点の風向・風速を順次算出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算出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。A method of measuring the wind direction and wind speed at an observation point in a wind turbine construction site where wind power generation is planned using a laser radar,
Obtaining altitude data on the ground surface at a predetermined distance from the position where the laser radar is installed;
A point that has been moved by a desired height upward from a predetermined position on the ground surface where altitude data was obtained, and a step of storing position data in a polar coordinate system of the observed point;
Storing position data in a polar coordinate system of a plurality of direct measurement points located above the predetermined position on the ground surface;
Using the stored position data of the plurality of direct measurement points, setting the measurement direction and measurement elevation angle of the laser radar, and obtaining measurement data in at least two directions for the set direct measurement points;
Sequentially calculating the wind direction and wind speed of the plurality of direct measurement points from the acquired measurement data,
A plurality of direct measurement points close to the observed point are selected from the stored position data of the observed point and the calculated position data of the plurality of direct measurement points. A wind direction wind speed measurement method for a wind turbine construction planned site for wind power generation, wherein the wind direction wind speed data at the observed point is interpolated using the wind direction 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. A wind direction wind speed at a wind turbine wind turbine planned 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 by interpolation in a predetermined order. 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。  Install a pole of a predetermined height with a windmill-type anemometer installed at the site where the wind turbine for wind power generation is planned, measure the wind direction and anemometer, and add the vicinity of the installation location of the windmill-type anemometer as an observation point. The wind direction wind speed measurement method of the wind turbine construction planned site according to any one of claims 1 to 6, wherein the wind direction wind speed of the added observation point is also measured by a laser radar.
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