(57)【要約】【課題】方位角を特定する際の精度を高める。【解決手段】風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、ナセル（１０４）に少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）を装着するステップと、ＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較するステップと、比較の結果から方位角を導出するステップと、を備えており、少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機が風測定支持フレームに装着される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）に少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）を装着するステップと、
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の受信信号を比較するステップと、
前記比較の結果から前記方位角を導出するステップと、
を備えており、
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が、風測定支持フレーム、特に風測定器（１７０）に装着される、風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が、ホルダーを用いて、前記風測定支持フレーム、特に前記風測定器（１７０）に装着される、請求項１に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項３】
前記ホルダーが、前記風測定器（１７０）を方向付けるための方向付け装置、特にレーザー機器を取り外し可能に収容できるように設計されている、請求項２に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項４】
前記方位角が特定された後に、前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が取り除かれる、請求項１〜３の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が、前記ナセル（１０４）に装着された位置特定装置（４００、５００）、特にＧＮＳＳコンパスの一部分である、請求項１〜４の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項６】
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の前記受信信号が、位置特定装置（４００、５００）、特にＧＮＳＳコンパスにおいて比較される、請求項１〜５の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項７】
前記方位角が、位置特定装置（４００、５００）、特にＧＮＳＳコンパスにおいて導出される、請求項１〜６の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項８】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）に照準望遠鏡（７００）を装着するステップと、
前記照準望遠鏡（７００）を用いて、ベアリング角（β）にあるベアリング・オブジェクト（７１０）の方向を測定するステップと、
前記ベアリング角（β）と、前記ベアリング・オブジェクト（７１０）の実座標および／または前記風力発電設備の実座標、特に前記照準望遠鏡（７００）の実座標と、の比較から前記方位角を導出するステップと、
を備えており、
前記照準望遠鏡（７００）が風測定支持フレーム、特に風測定器（１７０）に装着される、風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項９】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）にＧＮＳＳ受信機（３００）を装着するステップと、
前記風力発電設備の前記ナセルをそれ自身の軸を中心にして回転させて、相異なる回転位置から得られる前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の受信信号を比較するステップと、
前記比較の結果から前記方位角を導出するステップと、
を備えており、
少なくとも１つの前記ＧＮＳＳ受信機（３００）が風測定支持フレーム、特に風測定器（１７０）に装着される、風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１０】
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）が、前記ナセル（１０４）の実質的に水平方向の長手方向の軸上にある、前記ナセルのピボット・ポイント（pivot point）以外に装着され、且つ、前記方位角を導出する工程が、前記回転の期間中に受信された前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の前記受信信号から特定された座標のうち最も北側の座標に従って前記ナセルを方向付けることを含んでいる、請求項９に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（３００）および／または照準望遠鏡（７００）が、ホルダーを用いて、前記風測定支持フレーム、特に前記風測定器（１７０）に装着される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１２】
前記ホルダーが、前記風測定器（１７０）を方向付けるための方向付け装置、特にレーザー機器を取り外し可能に収容できるように設計されている、請求項１１に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１３】
前記方位角が特定された後に、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（３００）および／または照準望遠鏡（７００）が取り除かれる、請求項８〜１２の少なくとも一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１４】
タワーとナセル（１０４）とローター（１０６）とを備えた風力発電設備（１００）であって、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（３００）、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）、特に位置特定装置（４００、５００）および／または照準望遠鏡（７００）が、前記ナセル（１０４）上に、すなわち、風測定支持フレーム上に、特に風測定器（１７０）上に、配置されて方位角を特定する、風力発電設備（１００）。
【請求項１５】
風測定支持フレームにおいて、特に風測定器（１７０）において方位角を特定するための、風力発電設備（１００）上における少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（３００）、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）、特に位置特定装置（４００、５００）および／または照準望遠鏡（７００）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備の方位角（azimuth angle）を特定するための方法に関する。本発明は、タワーとナセルとローターとを有する風力発電設備にも関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備において、特に、それらの設置時および運転開始時並びに試作機のコンステレーション（constellation：配置）のサイジング（sizing）の際に、風力発電設備の方位角を特定することは重要である。風力発電設備の方位角は、「設備視線方向（installation viewing direction）」とも呼称され、風力発電設備のローターハブ、すなわち、スピナーが向いているコンパス方向を、度数、すなわち、角度で示している。方位角を特定するためには、風力発電設備の運転開始時に、遠距離からコンパス・ベアリング（compass bearing）によってその風力発電設備、通常、ローターハブ、すなわち、スピナーのベアリング（bearing）を測定して、それから方位角を導き出す。
【０００３】
本出願の優先権出願においては、独国特許商標庁は、特許文献１、特許文献２および特許文献３を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国実用新案公報第２０２００７００８０６６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開公報第２３３３３１６号明細書
【特許文献３】大韓民国特許出願公開公報第１０２０１４００５４６８０号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、方位角を特定する際の精度を高めることである。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、この目的は、風力発電設備の方位角を特定する方法であって、風力発電設備のナセルに少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機を装着するステップと、ＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較するステップと、比較の結果から方位角を導出するステップと、を備えた方法によって達成される。但し、少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機が風測定支持フレーム、特に風測定器に装着されることも規定される。
【０００７】
本発明は、とりわけ、風力発電設備の方位角を特定する際の精度が、従来のように風力発電設備の位置を遠隔的に測定するのではなく、風力発電設備から、特にナセルから方位角を特定する方法を実施することによって、高められるという知識に基づいている。更に、これは、以下に説明するように、第２の態様による解決手段にも適用される。この精度は、風力発電設備のナセルに少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、または、以下に説明するように、照準望遠鏡を装着することと、ＧＮＳＳ受信機の受信信号に基づいて、または、照準望遠鏡によって測定された位置に基づいて方位角を特定することと、によって高めることができ、その理由は、風力発電設備のナセル上のＧＮＳＳ受信機または照準望遠鏡の位置が既知であるからである。本発明によるこれらの方法を用いれば、設備の設置時および運転開始時並びに、例えば、試作機のコンステレーション（constellation：配置）のサイジング（sizing）の際に方位角のより正確な特定を実行できるだけではなく、この方位角のより正確な特定によって、例えば、既存の風力発電設備において方位角を補正する、あるいは、再調整することも可能になる。
【０００８】
風力発電設備の方位角を正確に特定することは、特に、試作機のパワーカーブ（power curve）を最適化する際に重要である。風向き補正特性曲線（wind direction correction characteristic curve）は、「設備視線方向」が可能な限り正に風向きに向くように設計されるが、その理由は、風が風力発電設備に対して斜めに流れる場合、その風から引き出せる電力が少なくなるためである。風の特性に関するデータは、通常、風力発電設備において、ナセル上に配置された風測定支持フレーム上で、具体的には、通常、風速および／または風向きについて、風速計と風向計を用いて特定される。風向指示器、すなわち風向計が、特に、風向きに関する間違ったデータを提供しないように、該風向指示器、すなわち風向計は、該風向指示器が正確に設備視線方向に向くように、すなわち、風力発電設備の設備視線方向が正に風向きに向くように、通常、ナセル上で方向付けられる。しかしながら、これは、風力発電設備のローターが回転していない時のみに適用される。風力発電設備の動作中では、気流がローターのブレードによってかき混ぜられて、その結果として、気流が風向指示器、すなわち風向計の上流でその影響を受けて、したがって風向指示器、すなわち風向計が実際の風向きを測定しないことになる。この影響の強度は、とりわけ、駆動周速比（driven tip speed ratio）に依存する。この影響を補償するために、一般的に試作機において、風力発電設備を再び正に風向きに方向付ける補正関数が、パワーカーブの最適化の際に特定される。この場合、風測定用マスト（wind measuring mast）において特定された風向きが基準として使用される。この基準の風向きと設備視線方向（方位角）との差分から補正関数の値が得られる。この風向補正関数は、風力発電設備のコントローラに記憶されて、周速比の関数となる。風向補正関数の目的は、一連の風力発電設備の全体について、パワーカーブとキロワット時のイールド（yield：発電量）とを最適化することである。風向補正関数は、一般的に、風力発電設備の試作機の試行段階で特定される。風向補正関数を特定するためには、風測定用マストにおいて測定された基準の風向きと方位角とが共に可能な限り正確である必要がある。特に、方位角、すなわち風力発電設備の設備視線方向は、風力発電設備の実際の向きに可能な限り正確に対応している必要がある。風力発電設備の方位角の精度の向上は、風向補正関数の改善に貢献でき、したがって、風を基準にした風力発電設備の向きを改善できることによって、ウインド・イールド（wind yield：風力発電量）も増大できる。風向補正関数は、その後、シリーズ内の風力発電設備のシリーズ・コントローラ（series controller）において、実施される。
【０００９】
風力発電設備の製造業者は、しばしば、風測定器（wind meter）を使用するが、これは、風速計（anemometer：アネモメータ）と風向計（anemoscope：アネモスコープ）との組み合わせであるが（風向計の機能も有するけれども）略して風速計（「アネモメータ」）と呼ばれることが多い。
【００１０】
風向補正関数とは無関係にしても、風力発電設備の方位角の正確な特定は、例えば風力発電設備のセクター削減（sectorial curtailment）の際に非常に重要である。例えば、風力発電設備は、セクターに依存する相異なる動作パラメータで動作させることができる。風が特定のセクターから吹く場合、風力発電設備は、例えば住民保護のために減音して、動作させることができる。更に、ウインド・ファーム（wind farm）では、上流に位置する風力発電設備は、風向きに依存する抑制的な態様で稼働でき、その結果として、乱気流と、したがって設備負荷とが低減され、それによって、特に、下流に位置する風力発電設備が「より少ない乱気流に会う（to see less turbulence）」ことができる。したがって、方位角のより正確な特定は、様々な利点を伴う。
【００１１】
略語であるＧＮＳＳは、Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍを表しており、例えばＧＰＳ (Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ)、ＧＬＯＮＡＳＳ (Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ)、Ｇａｌｉｌｅｏまたは Ｂｅｉｄｏｕのような既存の、および、未来のグローバル・サテライト・システム（global satellite system）と、例えばＤＧＰＳ (Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ)、ＲＴＫ ＧＰＳ (Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ)またはＳａｔｅｌｌｉｔｅ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ(ＳＢＡＳ)のような、位置特定精度を向上させる様々な（サテライトベースの）増強用または補助用システムと、の使用についての集合的な用語である。ここでは、Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ (ＲＮＳＳ)も付随的にＧＮＳＳという用語に含まれていると解される。特に、２つの受信機の相互間の相対的な位置は、現在では、ＤＧＰＳ／ＲＴＫ ＧＰＳのようなシステムを使用することによって、数センチメートルにまで正確に特定できる。
【００１２】
少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較することによって、その比較結果から風力発電設備の方位角を導出できる。特に、２つのＧＮＳＳ受信機は、既知の所定の距離だけ互いに離間してナセルに装着されることが望ましく、その場合、２０ｃｍを超える距離、特に５０ｃｍを超える距離、望ましくは、少なくとも１または２ｍの距離が望ましい。
【００１３】
該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機の受信信号は、該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機のそれぞれの位置に関する正確なデータを提供する。ＧＮＳＳ受信機の２つの位置の相互間の角度と、したがって風力発電設備の方位角とが、２つの相異なる受信信号から特定できる。
【００１４】
本方法の信頼性および／または測定精度を高めることができる３つ以上のＧＮＳＳ受信機を設置することも可能であることが望ましい。該少なくとも２つの、または３つ以上のＧＮＳＳ受信機は、ナセル上に一時的におよび／または取り外し可能に取り付けられることが望ましいが、その代わりに、ナセル上に恒常的におよび／または取り外し不可能に取り付けられてもよい。該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機は、個別の構成要素として、互いに離間して、風力発電設備のナセルに装着できる。
【００１５】
受信信号は比較でき、方位角が、例えば、次のように比較結果から導出できる。衛星を基準にした受信機接続軸の角度が、２つの受信機の相互間の距離と相異なる受信信号の位相偏移（phase shift）とから特定できる。したがって、北を基準にしたＧＮＳＳ受信機相互間の接続軸の向きも、衛星の天体暦（ephemerides）を用いて、特定できる。したがって、風力発電設備の方位角も、風力発電設備のナセル上のＧＮＳＳ受信機の既知の配置によって、したがって、風力発電設備上のＧＮＳＳ受信機相互間の接続軸の既知の位置によって、特定できる。これによって、１０分の１度から１００分の１度の範囲内の測定精度を実現できる。本方法を用いた場合に生じる、実際の方位角からの偏差は、せいぜい±２度、望ましくは、せいぜい±１度の範囲内であることが望ましい。
【００１６】
２つのＧＮＳＳ受信機は、この２つのＧＮＳＳ受信機の接続軸が設備視線方向と平行になる、または、一致するように方向付けられるように、ナセル上で方向付けられることが望ましい。
【００１７】
該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機は、ホルダーを用いて、風測定支持フレーム、特に風測定器に装着されることが望ましい。また、このホルダーは、風測定支持フレーム、特に風測定器を方向付けるための方向付け装置、特にレーザー機器を取り外し可能に収容できるように設計されていることが望ましい。また、方位角が特定された後に、該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機が取り除かれることが望ましい。
【００１８】
望ましい一発展形態によれば、該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機は、ナセルに装着された位置特定装置、特にＧＮＳＳコンパスの一部分である。また、該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機は、位置特定装置に構造的に一体的に組み込まれており、この位置特定装置の一部分としてナセルに装着されることが望ましい。
【００１９】
この位置特定装置は、例えば、バーの形態、望ましくは、伸縮式のバーの形態をとってもよい。該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機は、このバーの２つの端部に配置できることが望ましい。
【００２０】
しかしながら、この位置特定装置は、ＧＰＳコンパスとも呼称される、あるいは、サテライト・コンパスとも呼称されるＧＮＳＳコンパスの形態をとることが望ましい。受信信号を受信して、これらの受信信号を用いて、受信機接続軸の向き、または、ＧＮＳＳコンパスの別の基準軸の向き、特に北を基準にした向き、を特定できる少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機を備えた機器が、特にＧＮＳＳコンパスと呼称される。
【００２１】
特に、ＧＮＳＳ受信機の受信信号は、位置特定装置において、特にＧＮＳＳコンパスにおいて比較されることが望ましい。また、方位角が、位置特定装置において、特にＧＮＳＳコンパスにおいて導出されることが望ましい。ＧＮＳＳコンパスは、評価装置を備えることができ、および／または、そのような評価装置に（有線および／または無線で）接続可能であり得る。
【００２２】
該少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機を位置特定装置に、特にＧＮＳＳコンパスに一体的に組み込むこと、および、望ましくは、ＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較すること、および／または、方位角を位置特定装置において、特にＧＮＳＳコンパスにおいて導出すること、には、１つの一体化構造の装置を風力発電設備のナセルに装着するだけでよく、そして、場合によっては、接続する、または、（信号通信によって）読み取るだけでよいという利点がある。したがって、少なくとも２つ、場合によっては、３つ以上のＧＮＳＳ受信機を個別に装着することに比べて、これらのＧＮＳＳ受信機を位置特定装置に一体的に組み込むことによって、本方法と、場合によっては、信号の評価とが、大幅に容易化され且つ簡素化される。また、この態様においては、本方法の信頼性を高めることができ、且つ、故障発生度を低減できる。更に、もし必要ならば、例えば、位置特定装置における主要なソフトウェアの更新によって、位置特定装置において方位角を導出するためのアルゴリズムまたは演算工程も、容易に且つ確実に修正または改善できる。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、最初に述べた目的は、風力発電設備の方位角を特定する方法であって、風力発電設備のナセルに照準望遠鏡を装着するステップと、照準望遠鏡を用いて、ベアリング角にあるベアリング・オブジェクトの方角（bearing）を測定するステップと、ベアリング角と、ベアリング・オブジェクトの実座標および／または風力発電設備の実座標、特に照準望遠鏡の実座標と、の比較から方位角を導出するステップと、を備えた方法によって達成される。但し、照準望遠鏡が風測定支持フレーム、特に風測定器に装着されることも規定される。
【００２４】
前述の如く、本方法のこの一変形態様も、同じく、精度が、風力発電設備から、特にナセルから本方法を実施することによって、高められるという知識に基づいている。本方法のこの一変形態様においては、照準望遠鏡がナセル上に一時的におよび／または取り外し可能に取り付けられることが望ましく、ベアリング・オブジェクトの方向が、この照準望遠鏡を用いて測定される。ベアリング・オブジェクトの実座標は、既知であるか、または、別のやり方で事前に測定されているか、または、特定されていることが望ましい。設備の向きと照準望遠鏡からベアリング・オブジェクトにまで伸びる直線との間の角がベアリング角である。風力発電設備の方位角は、このベアリング角と、ベアリング・オブジェクトの実座標と、風力発電設備の実座標、すなわち風力発電設備の位置、特に照準望遠鏡の実座標と、から導出できる。風力発電設備または照準望遠鏡の位置とベアリング・オブジェクトとの間の直線と北軸との間のベアリング角は、例えばベクトル演算によって特定できる。
【００２５】
本方法を用いて風力発電設備の方位角を補正しようとする場合には、方位角を導出するステップも次のように実施できる、および／または、修正できる。ベアリング角は、補正すべき設備の現在の方位角に加算でき、または、この補正すべき設備の現在の方位角から減算でき、その結果として得られた角度を角Ａと呼称する。また、ベアリング・オブジェクトの実座標と風力発電設備の実座標または照準望遠鏡の実座標とから得られる、すなわち、算定される、設備の向きと北軸との間の角度を角Ｂと呼称する。風力発電設備の方位角のいわゆるオフセットがこれらの２つの角Ａと角Ｂとの差分から得られ、風力発電設備の現在の方位角がこのオフセット分だけ補正される。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、最初に述べた目的は、風力発電設備の方位角を特定する方法であって、風力発電設備のナセルにＧＮＳＳ受信機を装着するステップと、風力発電設備のナセルをそれ自身の軸を中心にして回転させて、相異なる回転位置から得られるＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較するステップと、比較の結果から方位角を導出するステップと、を備えた方法によって達成される。但し、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機が風測定支持フレーム、特に風測定器に装着されることも規定される。
【００２７】
先の２つの態様と同様に、本方法のこの一変形態様も、同じく、精度が、風力発電設備から、特にナセルから本方法を実施することによって、高められるという知識に基づいている。本方法のこの一変形態様においては、ただ１つのＧＮＳＳ受信機が必要である（しかしながら、２つ、または、３つ以上の受信機を用いることもできる）。方位角を特定するために、望ましくは、中心軸とピボット・ポイント（pivot point）とを基準にして既知である固定位置においてナセルに装着されているＧＮＳＳ受信機を備えた該ナセルを、望ましくは垂直方向の軸を中心にして、更に望ましくは完全に３６０度だけ、回転させる。ナセルのこの回転の期間中に、ＧＮＳＳ受信機は、受信信号を、望ましくは連続的に、しかしながら、少なくとも、ある時間間隔で、または、ある角度間隔で、受信して、これらの受信信号から座標が導出できる。方位角は、相異なる回転位置で得られたこれらのデータを比較することによって、特定できる。
【００２８】
特に、ＧＮＳＳ受信機は、ナセルの実質的に水平方向の長手方向の軸上にある、ナセルのピボット・ポイント以外に装着されることが望ましく、また、方位角を導出する工程は、回転の期間中に受信されたＧＮＳＳ受信機の受信信号から特定された座標のうち最も北側の座標に従ってナセルを方向付けることを含んでいることが望ましい。これによって、著しく簡単に設備視線方向を北に方向付けることができる。
【００２９】
別の望ましい一発展形態によれば、本方法、特に第１の態様および／または第２の態様および／または第３の態様による方法は、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を風測定支持フレーム、特に風測定器に装着することによって、発展させることができる。
【００３０】
１つの選択肢として、あるいは、風力発電設備のナセルに装着することに加えて、この少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を風測定支持フレーム、特に風測定器に装着することができる。風測定器は、一般的に、風力発電設備のナセル上に、例えば、風測定支持フレーム上に配置される。風力発電設備のナセルへの装着は、風測定支持フレームへの装着を含んでいる。したがって、風力発電設備のナセルへの装着は、一般的にナセル上の風測定支持フレーム上に配置される風測定器への装着も含んでいる。この風測定器は、例えば、風速を特定する風速計、または、風向きを特定する風向計すなわち風向指示器であってもよい。特に、超音波風向計および／または超音波風速計を使用できることが望ましい。
【００３１】
本方法の望ましい一発展形態によれば、この少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を、ホルダーによって、風測定支持フレーム、特に風測定器に装着することが規定される。また、このホルダーは、風測定器を方向付けるための方向付け装置、特にレーザー機器を取り外し可能に収容できるように設計されていることが望ましい。
【００３２】
方向付け装置は、例えばレーザー機器であってもよい。例えば、ホルダーによって風測定器に取り外し可能に固定される方向付け装置によって、風測定器がナセルを基準にして方向付けられることが規定されてもよい。したがって、同じホルダーを使用して、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を風測定器に、望ましくは同じく取り外し可能に、装着できるならば、著しく有益である。これによって、一方では、ホルダーの再利用が可能になり、他方では、このホルダーを用いて風測定器を保護する簡単な装着を選択することが可能になる。
【００３３】
著しく有益な一実施態様によれば、方位角を特定した後に、この少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を取り除くことが望ましい。
【００３４】
この発展形態においては、この少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡をナセル上に、特に風測定器上に単に一時的におよび／または取り外し可能に取り付けることが規定される。これには、いくつかの利点がある。これは、一方では、著しく低コストの一変形態様であり、その理由は、この少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡が、方位角が順次特定、または、確認される多数の風力発電設備に使用でき、したがって、風力発電設備上にその耐用寿命の期間の間ずっと存続する必要がないからである。仮に風力発電設備の耐用寿命の期間中に方位角を点検および／または補正する必要があっても、この少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡を、その点検または補正のために（再び）ナセル、特に風測定器に装着することができ、方位角を（再び）特定できる。更に、一般的に、風向補正関数用に方位角を特定する必要があるのは、風力発電設備シリーズにおける試作機および／または少数の個々の風力発電設備についてのみであり、シリーズ全体についてではない。
【００３５】
もう１つの選択肢として、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置、および／または、照準望遠鏡をナセル上に、特に風測定器上に恒常的におよび／または取り外し不可能に取り付けることも規定されてもよい。
【００３６】
別の態様によれば、最初に述べた目的は、タワーとナセルとローターとを備えた風力発電設備であって、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置および／または照準望遠鏡が、ナセル上に、すなわち、風測定支持フレーム上に、特に風測定器上に、配置されて方位角を特定する、風力発電設備によって、達成される。
【００３７】
本発明による風力発電設備とその実施可能な発展形態とは、それを、特に、種々の態様とそれらの種々の発展形態とに応じた本発明による上述の方法の実施について、好適にする特徴を有している。
【００３８】
この風力発電設備とその実施可能な発展形態との利点、変形実施態様および実施の詳細については、それらに対応する方法の特徴について先に述べた説明を参照されたい。
【００３９】
別の態様によれば、最初に述べた目的は、風測定支持フレームにおいて、特に風測定器において方位角を特定するための、風力発電設備上における少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機、望ましくは少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置および／または照準望遠鏡の使用によって、達成される。
【００４０】
この更なる態様とその実施可能な発展形態との利点、変形実施態様および実施の詳細については、同じく、それらに対応する方法の特徴について先に述べた説明を参照されたい。
【００４１】
本発明の望ましい実施形態を、例として、下記の添付図面に基づいて、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による風力発電設備の代表的な一実施形態を示す図である。
【図２】本発明による方法の代表的な一実施形態を示す図である。
【図３ａ】本発明による方法の更なる代表的な一実施形態を示す図である。
【図３ｂ】本発明による方法の第３の代表的な一実施形態を示す図である。
【図４】位置特定装置が装着された風力発電設備のナセルの概略的な一具体例を示す図である。
【図５】位置特定装置の第１の代表的な一実施形態の平面図を示す図である。
【図６】位置特定装置の第２の代表的な一実施形態の側面図を示す図である。
【図７】超音波風測定器の立体図を示す図である。
【図８】風測定器、特に図７による風測定器と共に使用されるホルダーの立体図を示す図である。
【図９】図３に示された方法による方向測定動作の概略的な一具体例を示す図である。
【図１０】方向測定動作の更なる概略的な一具体例を示す図である。
【図１１】超音波風測定器が取り付けられた、且つ、方向付け装置を備えたホルダーが取り付けられた風測定支持フレームの立体図を示す図である。
【図１２】超音波風測定器が取り付けられた風測定支持フレームの更なる一実施形態の立体図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１には、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力発電設備１００が示されている。ナセル１０４には、３枚のローターブレード１０８とスピナー１１０とを有するローター１０６が配置されている。動作中、ローター１０６は、風によって回転運動をさせられて、それによってナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００４４】
スピナー１１０が方向付けられているコンパス方向を風力発電設備１００の方位角または視線方向と呼称する。ナセル１０４とローター１０６とが共に可能な限り常に風向きに方向付けられるように、すなわち、スピナー１１０と、したがって、設備視線方向とが正に風向きに向くようにするために、風速計と風向計とが組み合わされた形態を有して、ここでは４本のアーム１７１を有する超音波風測定器１７０（図７と図１１参照）が配置されている風測定支持フレーム１６０（図１１参照）が、通常、ナセル１０４上に配置されている。
【００４５】
風向補正関数を特定することと、風力発電設備１００のセクター削減（sectorial curtailment）と、にとって重要である方位角を特定する際の精度を上げるためには、例えば、図２および／または図３による方法が望ましい。
【００４６】
図２によれば、風力発電設備の方位角を特定する代表的な１つの方法は、風力発電設備のナセルに少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機を装着するステップ２０１と、ＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較するステップ２０２と、その比較結果から方位角を導出するステップ２０３と、望ましくはオプションとして、方位角を特定した後に上記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機を取り除くステップ２０４と、を含んでいる。
【００４７】
図３ａによれば、風力発電設備の方位角を特定する代表的な１つの方法は、風力発電設備のナセルに照準望遠鏡（telescopic sight）を装着するステップ２１１と、照準望遠鏡を用いてベアリング角（bearing angle）にあるベアリング・オブジェクト（bearing object）の方向を測定するステップ２１２と、ベアリング角とベアリング・オブジェクトの実座標および／または風力発電設備の実座標、特に照準望遠鏡の実座標との比較から方位角を導出するステップ２１３と、望ましくはオプションとして、方位角を特定した後に照準望遠鏡を取り除くステップ２１４と、を含んでいる。
【００４８】
図３ｂによれば、風力発電設備の方位角を特定する代表的な１つの方法は、風力発電設備のナセルにＧＮＳＳ受信機を装着するステップ２２１と、風力発電設備のナセルをそれ自身の軸を中心にして回転させて、相異なる回転位置から得られるＧＮＳＳ受信機の受信信号を比較するステップ２２２と、その比較結果から方位角を導出するステップ２２３と、を含み、この場合、ＧＮＳＳ受信機は、ナセルの実質的に水平方向の長手方向の軸上にある、ナセルのピボット・ポイント（pivot point）以外に装着されることが望ましく、また、方位角を導出する工程は、回転の期間中に受信されたＧＮＳＳ受信機の受信信号から特定された座標のうち最も北側の座標に従ってナセルを方向付けることを含んでいる。
【００４９】
図９は、図３ａで２１２として示された、方向を測定するステップを更に詳しく例示している。図９では、照準望遠鏡７００が、（更に詳しく後述する）ホルダー６００上に取り外し可能に配置されており、且つ、ベアリング角αにある遠隔的に位置付けられたベアリング・オブジェクト、ここでは、別の風力発電設備７１０の方向を測定するのに使用されることが概略的に例示されている。
【００５０】
図１０は、ベアリング・オブジェクトＰを基準にした風力発電設備１００の方向を測定する動作を例示している。照準望遠鏡は、図１０には例示されていない。設備の向きと照準望遠鏡からベアリング・オブジェクトにまで伸びる直線との間の角は、ベアリング角βである。風力発電設備の方位角は、このベアリング角βと、ベアリング・オブジェクトの実座標と、風力発電設備の実座標、すなわち、風力発電設備の位置、特に照準望遠鏡の実座標と、から導出できる。
【００５１】
本方法を用いて風力発電設備の方位角を補正しようとする場合、方位角を導出するステップも次のように実施および／または修正できる。ベアリング角βは、補正すべき設備の現在の方位角αに加算でき、または、この補正すべき設備の現在の方位角αから減算でき、その結果として得られた角度を角Ａと呼称する。ベアリング・オブジェクトの実座標と風力発電設備の実座標または照準望遠鏡の実座標とから得られる、すなわち、算定される、設備の向きと北軸Ｎとの間の角度を角Ｂ（γ）と呼称する。風力発電設備の方位角のいわゆるオフセットがこれらの２つの角Ａと角Ｂとの間の差分から得られ、風力発電設備の現在の方位角がこのオフセット分だけ補正される。
【００５２】
図４から分かるように、前述の少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機３００は、ナセル１０４に装着された、バー４００の形態をとる位置特定装置の一部分であってもよい。これら２つのＧＮＳＳ受信機３００相互間の距離は、Ｘで示されており、約２メートルであることが望ましい。図４と図５に例示されているように、位置特定装置は単純なバー４００の形態をとってもよく、上記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機３００がこのバー４００のそれぞれの端部に配置されている。位置特定装置は、伸縮式のバーの形態をとることが望ましい。また、図５からも分かるように、位置特定装置４００は（更に詳しく後述する）ホルダー６００に取り外し可能に固定されている。
【００５３】
図６には、２つのＧＮＳＳ受信機３００が、また、ＧＮＳＳコンパス５００すなわちサテライト・コンパスの形態をとる位置特定装置の一部分であってもよいことが例示されている。このようなＧＮＳＳコンパス５００は、同様に、ナセルに、あるいは、風力発電設備の風測定支持フレームに装着されてもよい。これら２つのＧＮＳＳ受信機は、同様に、互いに可能な限り遠くに離間された、ＧＮＳＳコンパス５００の端部に配置されることが望ましい。
【００５４】
図１１から分かるように、（図８でも例示されている）ホルダー６００は、風測定支持フレーム１６０に装着された風測定器１７０に装着できる。ホルダー６００はその下側に４つの凹部６０１を有しており、これらに風測定器１７０の４本のアーム１７１が係合できる。また、ホルダー６００は突出保持プレート６０２も有しており、これに方向付け装置を取り外し可能に配置できる。図１１に例示されているように、例えばレーザー機器８００を突出保持プレート６０２に取り外し可能に固定できる。レーザー機器８００の形態をとる方向付け装置を用いて、例えば、風測定支持フレーム１６０上の風測定器１７０を正確に設備視線方向に方向付けることができる。方向付け装置を取り外した後に、ホルダー６００、特に突出保持プレート６０２を用いて、前述の少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機、特に位置特定装置および／または照準望遠鏡を、風測定器、例えば風測定器１７０または風測定支持フレーム１６０に、固定することもできる。
【００５５】
図１２には、超音波風測定器１７０′が配置された風測定支持フレーム１６０′の別の実施形態が例示されている。
【００５６】
方位角を特定することを風力発電設備１００自身に移すという創意に富んだ概念は、遠隔的に方向を測定することにより風力発電設備の方位角を特定する従来技術の方法に比べて方位角を特定する際の精度を大幅に高めることができ、したがって、様々な利点を必然的に伴う。一方では、風向補正関数を最適化することによって、ウインド・イールド（wind yield：風力発電量）を増大できる。他方では、風力発電設備をセクター削減することによって、ノイズ汚染（noise pollution）と、特に、乱気流負荷（turbulence load）と、したがって、設備の材料負荷（material load）とを低減でき、ウインド・ファーム（wind farm）において、ウインド・イールドを同様に増大できる。また、方位角を特定するのに使用される構成要素を取り外して再利用できる結果として、本方法も効率的に且つ低コストで実施できる。
【図１】
2018537616.tif 000003
【図２】
2018537616.tif 000004
【図３ａ】
2018537616.tif 000005
【図３ｂ】
2018537616.tif 000006
【図４】
2018537616.tif 000007
【図５】
2018537616.tif 000008
【図６】
2018537616.tif 000009
【図７】
2018537616.tif 000010
【図８】
2018537616.tif 000011
【図９】
2018537616.tif 000012
【図１０】
2018537616.tif 000013
【図１１】
2018537616.tif 000014
【図１２】
2018537616.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月14日(2018.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）に着脱自在な少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）を装着するステップと、
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）の受信信号を比較するステップと、
前記比較の結果から前記方位角を導出するステップと、を備えている、
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）は、前記ナセル（１０４）が有する風測定支持フレーム（１６０）または風測定器（１７０）に装着される、請求項１に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が、ホルダーを用いて、前記風測定支持フレーム（１６０）または前記風測定器（１７０）に装着される、請求項２に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項４】
前記ホルダーが、前記風測定器（１７０）を方向付けるための方向付け装置を取り外し可能に収容できるように設計されている、請求項３に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項５】
前記方位角が特定された後に、前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が取り除かれる、請求項１〜４の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）が、着脱自在な位置特定装置（４００、５００）の一部分である、請求項１〜５の何れか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つのＧＮＳＳ受信機（３００）の前記受信信号が、前記位置特定装置（４００、５００）において比較される、請求項６に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項８】
前記方位角が、前記位置特定装置（４００、５００）において導出される、請求項６または７に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項９】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）に着脱自在な照準望遠鏡（７００）を装着するステップと、
前記照準望遠鏡（７００）を用いて、ベアリング角（β）にあるベアリング・オブジェクト（７１０）の方向を測定するステップと、
前記ベアリング角（β）と、前記ベアリング・オブジェクト（７１０）の実座標および／または前記風力発電設備の実座標と、の比較から前記方位角を導出するステップと、
を備えている、
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１０】
前記照準望遠鏡（７００）は、前記ナセル（１０４）が有する風測定支持フレーム（１６０）または風測定器（１７０）に装着される、
請求項９に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１１】
前記照準望遠鏡（７００）は、ホルダーを用いて、前記風測定支持フレーム（１６０）または前記風測定器（１７０）に装着される、請求項１０に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１２】
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法であって、
前記風力発電設備のナセル（１０４）に着脱自在なＧＮＳＳ受信機（３００）を装着するステップと、
前記風力発電設備の前記ナセル（１０４）をそれ自身の軸を中心にして回転させて、相異なる回転位置から得られる前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の受信信号を比較するステップと、
前記比較の結果から前記方位角を導出するステップと、
を備えている、
風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１３】
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）は、前記ナセル（１０４）が有する風測定支持フレーム（１６０）または風測定器（１７０）に装着される、請求項１２に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１４】
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）が、前記ナセル（１０４）の実質的に水平方向の長手方向の軸上にある、前記ナセルのピボット・ポイント（pivot point）以外に装着され、且つ、前記方位角を導出するステップが、前記回転の期間中に受信された前記ＧＮＳＳ受信機（３００）の前記受信信号から特定された座標のうち最も北側の座標に従って前記ナセルを方向付けることを含んでいる、請求項１２または１３に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１５】
前記ＧＮＳＳ受信機（３００）が、ホルダーを用いて、前記風測定支持フレーム（１６０）または前記風測定器（１７０）に装着される、請求項１３に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１６】
前記ホルダーが、前記風測定器（１７０）を方向付けるための方向付け装置を取り外し可能に収容できるように設計されている、請求項１１または１５に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１７】
前記方位角が特定された後に、前記照準望遠鏡（７００）が取り除かれる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１８】
前記方位角が特定された後に、前記ＧＮＳＳ受信機（３００）が取り除かれる、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の風力発電設備（１００）の方位角を特定する方法。
【請求項１９】
タワーとナセル（１０４）とローター（１０６）とを備えた風力発電設備（１００）であって、
前記ナセル（１０４）上に装着された着脱自在なＧＮＳＳ受信機（３００）および／または照準望遠鏡（７００）を備え、前記ＧＮＳＳ受信機（３００）および／または標準望遠鏡（７００）によって方位角を特定する、風力発電設備（１００）。
【請求項２０】
風測定支持フレームまたは風測定器（１７０）において方位角を特定するための、風力発電設備（１００）上における着脱自在なＧＮＳＳ受信機（３００）および／または着脱自在な照準望遠鏡（７００）の使用。
【国際調査報告】
2018537616.tif 000016
2018537616.tif 000017
2018537616.tif 000018
2018537616.tif 000019