AQ500 windfinder
Transcription
AQ500 windfinder
AQ500 windfinder Bruksanvisning Version Datum Status 3 Tredje version 2013-12-13 Förord Revision 2013 Den första stora revisionen av AQ500 windfinder bruksanvisning , version 3, gjordes hösten 2013, ett och ett halvt år efter första utgåvan. Metoder och rekommendationer har finslipats sedan den förra versionen kom ut i juni 2012. Vi har också haft mycket kunskapsutbyte med våra användare via vår utbildning AQademy. Vi rekommenderar alla användare av AQ500 att läsa igenom denna reviderade version av bruksanvisningen. För erfarna användare kan det räcka att studera den nya sammanfattningen / snabbguiden i början av dokumentet och vid behov söka mer kunskap i respektive kapitel. Nedan beskriver vi de ändringar som är gjorda. • Sammanfattning/snabbguide" är ett helt nytt avsnitt som kortfattat och översiktligt beskriver hur AQ500 bör hanteras och data analyseras för att resultatet av en mätning ska bli av hög kvalitet. Sammanfattningen innehåller referenser till fördjupad information på andra platser i dokumentet. • Kapitel 1, "Inledning" är utökat med ett avsnitt som beskriver skillnaden mellan systematiska och slumpmässiga fel samt hur de kan påverka en mätning.. • Kapitel 2, "Bedömning av en mätplats". Vi har lagt till fler exempel på installationer i olika kategorier. Det finns också ett avsnitt om vad man bör titta på och dokumentera när man i fält letar efter lämpliga platser för mätning med en AQ500. • Kapitel 3, "Installera systemet". Enbart små justeringar. • Kapitel 4, "Efter installation", har nu fokus på de kontroller och serviceåtgärder man måste göra för att få en högkvalitativ mätning. De delar som berörde analys av data är flyttat till kapitel 5. • Kapitel 5. "Analys av data" är till stora delar omgjort och utökat med tydligare exempel på vad man som analytiker måste titta på för att kvalitetsbedöma mätningen. • Bilaga 8 är helt ny och innehåller en enkel och tydlig metodik för att jämföra en AQ500-mätning med en annan mätning. • Bilaga 9 är helt ny och innehåller ett protokoll som kan användas i fält för att dokumentera potentiella mätplatser. • Bilaga 10 är helt ny och innehåller den checklista som AQSystem använder vid installation av AQ500. Vi hoppas och tror att ni får mycket nytta av denna uppdaterade bruksanvisning. AQSystem 2013-11-06 3 Kontaktuppgifter Kontakta AQSystem på telefon 08-776 40 86 eller via e-post [email protected]. Vid beställning av reservdelar skicka e-post till [email protected]. Postadress AQSystem Stockholm AB Box 2135 135 02 TYRESÖ Besöksadress Stockholm Mediavägen 18 135 48 TYRESÖ Besöksadress Göteborg Kyrkogatan 30 411 15 GÖTEBORG AQademy Vi erbjuder utbildningar i hur du använder och tar hand om din AQ500 för att kontinuerligt kunna producera högkvalitativa mätningar. Gå in på www.aqsystem.se och läs mer om AQademy! 4 Innehåll Teknisk specifikation AQ500 6 Sammanfattning - snabbguide för användning av AQ500 7 1. Inledning 1.1 Funktion och geometri 2. Bedömning av en mätplats 2.1 Ekon från fasta föremål 2.2 Brant terräng - en översikt 2.3 Buller 2.4 Dokumentation av rekognoserade platser 2.5 Exempel på installationer 3. Installera systemet 3.1 Installera solpanelerna 3.2 Mät upp systemets riktning 3.3 Starta systemet 3.4 Installation med helikopter eller skogsmaskin 15 17 19 20 25 27 28 30 38 39 40 40 41 4. Efter installation42 4.1 Kommunicera, fjärrstyr och ladda hem data 4.2 Rekommenderade kontroller 5. Analys av data 5.1 Datafiltrering av AQSystem 5.2 Normal tillgänglighet 5.3 Kvalitetskontroll av data 5.4 Bedömning av betingning och systematiska fel 5.5 Skalär-vektor korrektion 5.6 Jämför AQ500 med en annan mätning 42 42 46 47 48 49 56 56 56 BILAGOR Bilaga 1 - Användarhandledning AQ webviewer Bilaga 2 - Användarhandledning SODWIN-MCOM Bilaga 3 - Användarhandledning SODWIN.NET Bilaga 4 - Teknisk not: Omvandling mellan vektoriellt och skalärt mätt vind Bilaga 5 - Styr ditt system på distans med SMS Bilaga 6 - Teknisk not: Kvalitetskontroll - dataförlust och betingning Bilaga 7 - Teknisk not: Orografisk avvikelse Bilaga 8 - Metodik för jämförelse mellan AQ500 och annan mätning Bilaga 9 - Protokoll för användning vid platsbesök Bilaga 10 - Installationsprotkoll 5 Teknisk specifikation AQ500 Antennen Antal sändare Sändningsfrekvens Lober 3 3144Hz 3 Vinkeln mellan en lob och lodlinjen 15º Lobvidd 12º Max uteffekt från högtalare 300W* Mätningen Högsta mäthöjd 150 eller 200 m Lägsta mäthöjd 20 eller 50 m Vertikal upplösning 5m Medelvärdesperiod 10 min Vindstyrkeintervall 0 – 30 m/s Noggrannhet, horisontalvind +/- 2%** Vertikalvindsintervall Noggrannhet, vindriktning +/- 2,2 m/s*** <5º * Rekommenderad uteffekt vid drift är 250 Watt. Högre effekt gör att risken för membranfel ökar. ** För vindstyrka över 4 m/s jämfört med en skålkorsanemometer i platt terräng med homogen växtlighet efter korrigering för att AQ500 är ett vektormätande instrument. Läs mer om jämförelse mellan AQ500 och skålkorsanemometer i bilaga 8. *** I den aktuella versionen av AQ Webviewer och den senaste versionen av MCOM. 6 Sammanfattning - snabbguide för användning av AQ500 AQ500 är ett precisionsinstrument och måste behandlas som ett sådant. För att du ska få ett användbart mätresultat så måste du följa rekommendationerna i denna användarhandledning. I de följande avsnitten beskrivs kortfattat hur AQ500 ska användas för att mätresultatet ska bli bra. Hänvisningar finns till var i användarhandledningen du hittar ytterligare information. Generella rekommendationer • Rekognosera och dokumentera inför varje installation • Validera din AQ500 mot en mätmast i platt terräng med homogen växtlighet före och efter varje mätkampanj • Gör alltid rekognosering och installation på olika dagar • Dokumentera varje installation • Placera aldrig två AQ500 som sänder med samma frekvens närmare varandra än 800 meter • Utför service på ditt system minst var tredje månad • En dieselvärmare är nödvändig för bra kvalitet på data då mätning sker på platser där snö förekommer • Data från en AQ500 är färdig att användas utan ytterligare filtrering. • Se till att din leverantör av analystjänster vet hur man 1. Bedömer om en installation är bra eller dålig 2. Upptäcker om fasta ekon påverkat mätningen 3. Kontrollerar om en skalär-vektor-korrektion är nödvändig 4. Kontrollerar om olika datatillgänglighet på olika nivåer infört ett systematiskt fel i mätningen Meteorologi Mätningar Statistik För att du ska få ut mesta möjliga av din investering i AQ500 är det viktigt att du har kunskap om meteorologi, mätningar och statistik. AQSystem hjälper dig gärna att få ökad kunskap om hur AQ500 fungerar och hur den ska användas genom utbildningen AQademy. 7 Hitta en lämplig plats Följande måste dokumenteras/undersökas då en plats lämplighet för mätning med AQ500 utvärderas • Namn/Beskrivning av platsen • Position/koordinater • Akustiken på platsen • Föremål som eventuellt kan störa mätningen - till exempel byggnader, mätmaster, turbiner, träd och bergväggar • Avstånd till grannar • Transport till och från platsen • Synlighet • Foton • Meteorologisk lämplighet och orografi • Orientering av systemet - OBSERVERA att mätningens kvalitet kan bli lidande om man till varje pris försöker ha solpanelerna riktade mot söder! • Läs mer i kapitel 2 Det är inte ett föremåls höjd som avgör hur långt ifrån AQ500 kan placeras utan risk för störningar på mätningen. Det säkra avståndet bestäms av högsta mäthöjd hos AQ500. I figuren nedan visas de tre mätloberna hos AQ500. Den inre halvsfären representerar lägsta mäthöjd och den yttre högsta mäthöjd. Inga föremål som kan störa mätningen, till exempel en mätmast, får finnas i volymen mellan de två halvsfärerna! Lägsta mätnivå Högsta mätnivå 8 Installera AQ500 Dokumentera installationen enligt installationsprotokollet i bilaga 10. • Placera systemet på den plats och i den riktning som bestämts • Installera temperatur-/luftfuktighetsgivaren • Ställ systemet i våg • Installera kommunikationsantenn • Installera solpaneler • Mät in riktningen på systemet • Sätt på systemet • Ställ in riktning och uteffekt samt klockan (enbart GSM-kommunikation) • Dokumentera installationen enligt bilaga 10. • Se till att kommunikationen fungerar och att data hämtas (GSM) eller skickas (WEBB) automatisk • Kontrollera att temperatursensorn fungerar • Kontrollera att högtalarmembranen är hela (spektrum) • Läs mer i kapitel 3 Lämna aldrig lösa föremål i antennutrymmet eller i generatorutrymmet. Dessa kan vibrera och störa mätningen då elverket körs. Att tänka på då AQ500 har GSM-kommunikation Byte av namn och riktning på systemet När namnet och riktningen ändras på systemet och data därefter laddas ner för tidpunkter före bytet, kommer de nya uppgifterna att finnas i inledningen på alla filer. Vindriktningen är dock baserad på inställningarna som gällde vid respektive tiominutersperiod. Observera att du själv måste hålla reda på när instrumentet är flyttat. För att minska risken att blanda ihop olika mätningar rekommenderar vi att man tömmer minneskortet mellan varje mätkampanj. Datahämtning med SODWIN-MCOM Det finns några tillfällen då SODWIN-MCOM anger att data laddats hem utan att så verkligen är fallet: 1.Det finns för många filer på minneskortet som sitter i AQ500. Töm kortet minst en gång per år genom att fysiskt hämta det från AQ500 och stoppa in det i en kortläsare kopplad till en dator. 2.Om minneskortet i AQ500 är tomt. Platsnamnet får enbart innehålla bokstäver och siffror. Specialtecken som @ ’ ` och så vidare kan påverka nedladdning av data. 9 Följ upp mätningen Din mätning måste övervakas kontinuerligt för att eventuella avvikelser ska upptäckas på ett tidigt stadium. Utan nödvändig uppföljning riskerar du att förlora data vilket i sin tur ökar osäkerheten då vindresursen på platsen ska utvärderas. Uppföljning av en installation Utöver de grundläggande funktionskontroller som görs i direkt anslutning till installationen måste mätningen följas upp en till två veckor efter installationstillfället. Syftet med uppföljningen är dels att se så att allt fungerar som det ska och dels att undersöka förekomsten av fasta ekon. Vänta en till två veckor för att få med så många vindriktningar som möjligt. Du bör titta på • Temperaturen - utan korrekt temperatur riskerar mätningen att bli felaktig • Kompletta profiler - medelvärdesbildade över dygn eller längre perioder är de användbara för att upptäcka fasta ekon. • Spektrum - kontrollera att högtalarna fungerar som de ska. Använd aldrig en högre uteffekt än 250W för att inte riskera att skada högtalarna Löpande veckokontroller Efter de inledande uppföljningarna måste mätningen övervakas veckovis för att avvikelser i driften ska upptäckas på ett tidigt stadium. Du bör titta på • Temperaturen - utan korrekt temperatur riskerar mätningen att bli felaktig • Batterispänningen - säkerställ att kraftförsörjningen fungerar som den ska • Bränslenivån - tanka innan det är tomt för att inte skada batterierna • Spektrum - kontrollera att högtalarna fungerar som de ska. Använd aldrig en högre uteffekt än 250W för att inte riskera att skada högtalarna Löpande månadskontroller Varje månad bör en enkel månadsrapport göras för att rimlighetsbedöma insamlad data. Du bör titta på • Datatillgänglighet • Tidsserier av temperatur, vindstyrka och vindriktning • Fördelningen av vindstryka och vindriktning • Kompletta profiler - medelvärdesbildade över dygn eller längre perioder är de användbara för att upptäcka fasta ekon. Läs mer i kapitel 4 10 Sköt om din AQ500 Förutom att kvaliteten på data måste kontrolleras regelbundet så är det också viktigt att din AQ500 sköts enligt gällande servicerekommendationer. Då minimerar du risken för bortfall av data. Läs mer i kapitel 4 Kraftförsörjningen AQ500 innehåller en vanlig dieselmotor och vanliga blysyrabatterier. Dessa komponenter slits på samma sätt som andra motorer och batterier. Livslängden på dieselmotorn är omkring 3000 timmar. Batterierna fungerar under normala driftförhållanden tillfredsställande under minst tre år. Du måste se till att både dieselmotor och batterier underhålls. Vid eftersatt eller felaktigt underhåll förstörs de. Som en konsekvens förlorar du data och måste låta utföra dyra reparationer. . Om dieselmotorn inte går på sommaren så rekommenderar vi att du manuellt sätter igång den någon gång i månaden. Detta kan göras på distans, se bilaga 5 för system med GSM-kommunikation, se bilaga 1 för system med webbkommunikation. Dämpmaterialets livslängd Dämpmaterialet som sitter i antennutrymmet åldras och slits då det utsätts för väder och vind. Efter några år kan detta påverka vindmätningen då materialets dämpande förmåga försämrats så mycket att ljud reflekteras inne i antennutrymmet. Mest kritiskt är det i den övre delen av antennutrymmet, det är därför där du bör kontrollera materialets kondition. Från början är materialet 30 mm tjockt, när tjockleken närmar sig 15 mm är det hög tid att byta ut det. Dämpmaterialet har en vågig struktur och tjockleken mäts från väggen materialet sitter på till topparnas spetsar. Bilderna till höger visar exempel på nytt och oskadat dämpmaterial (övre bilden) och helt utslitet dämpmaterial (nedre bilden). Temperatursensorn Att temperatursensorn fungerar som den ska är en nödvändighet för att vindmätningen ska bli korrekt. Eftersom ljudets hastighet i luft är temperaturberoende så kan en felaktig temperatur innebära att mätvärdena hamnar på fel höjd. En avvikelse på över tio grader innebär att felen i mätningen blir signifikanta. Montera aldrig temperatursensorn ovanför de mörka solpanelerna då detta gör att den uppmätta temperaturen blir för hög! 11 Analys av data från en AQ500 När observationerna gjorda med AQ500 ska utvärderas är det viktigt att AQSystems rekommendationer följs. • AQ500 lämnar ifrån sig observationer färdiga för vidare användning - filtrera aldrig data på signal-brusförhållandet eller på förekomst av standardavvikelse! • Det saknas mer turbulensdata än vindstyrka - detta påverkar inte kvaliteten på vindstyrkan! • Spikar (starkt avvikande, enstaka värden) av vindstyrka kan förekomma någon eller några gånger i månaden - dessa värden måste tas bort innan observationerna används. • AQ500 är ett vektormätande instrument - undersök om en konvertering till skalärvind är nödvändig! • Betingningsfel kan uppstå om data saknas - var noga med att undersöka om de är signifikanta på de mäthöjder du är intresserad av! • Läs mer i kapitel 5. Använd aldrig en numerisk modell för att validera kvaliteten på Din mätning! Vi mäter för att minska osäkerheten i modelleringen! 12 Jämför AQ500 med en annan mätning Då data från en AQ500 ska jämföras med mätningar gjorda i en närbelägen (inom några hundra meter) mätmast så är det viktigt att • data från AQ500 kvalitetskontrolleras noggrant • data från mätmasten kvalitetskontrolleras noggrant • datakällorna synkroniseras • jämförelsen enbart görs med samtidiga data • sektorer då AQ500 eller mätmast är störda tas bort från jämförelsen • jämföra samma nivåer - kompensera inte för skillnader i höjd mellan mastfot och platsen där AQ500 varit placerad • kompensera för att AQ500 är ett vektormätande instrument medan en skålkorsanemometer är ett skalärmätande • räkna ut ett osäkerhetsmått på jämförelsen • läsa igenom avsnitt 5.6 innan arbetet startas 13 14 1. Inledning AQ500 är ett fjärrmätinstrument av typen SODAR (Sonic Detection and Ranging). Med hjälp av ljud mäter AQ500 vinden upp till 200 meter över marken. Ljudet som används har en frekvens på 3144 Hz. Detta motsvaras av tangent 83 på ett vanligt piano med 88 tangenter. AQ500 är speciellt utvecklad för att användas i tufft vinterklimat men fungerar naturligtvis även under den varma tiden på året. Tack vare att strömförsörjningen består av både elverk och solpaneler är driften under sommarhalvåret till stor del fri från utsläpp. Själva instrumentet är placerat på en släpvagn som även innehåller kraftförsörjning för säker drift . Detta gör AQ500 lätt att flytta med en vanlig personbil. AQ500 kan användas som enda instrumentet i en vindmätningskampanj eller tillsammans med en mast. Jämfört med en mast får du mätningar på betydligt fler nivåer. Figur 1-1 Bilden visar de tre högtalarna/mikrofonerna (svarta) tillsammans med de reflekterande parabolerna (vita) som utgör antennenheten i AQ500. Meteorologi Under vintern förbättras driftsäkerheten av en dieselvärmare som förvärmer generatorn innan den startar. Överskottsvärmen från dieselvärmaren går inte till spillo utan används för att smälta eventuell snö och is i utrymmet där sodarantennen är placerad. Som användare behöver du därför inte oroa dig för att mätningar ska utebli under den kalla tiden på året. Dieselvärmaren är en option som kan monteras i fabrik eller eftermonteras i fält. Konstruktionen av antennenheten, som skapar ljudpulser,, är robust och saknar rörliga delar. Högtalarna, där ljudet skapas, sitter vända upp och ner, se Figur 1-1 , och blir därför inte fyllda med snö. Snön lägger sig istället på de paraboliska ytorna som har värmeslingor i sig och dessutom översköljs av överskottsvärmen från dieselvärmaren. AQ500 är ett precisionsinstrument som måste behandlas som ett sådant för att fungera tillfredsställande. Resultatet du får beror till 50 procent på instrumentet och till 50 procent på hur du använder det. Mätningar Statistik Figur 1-2 De tre kompetensområden som är nödvändiga för att till fullo utnyttja AQ500. För ökad spårbarhet så rekommenderar vi att du validerar din AQ500 mot en bra mätmast i platt terräng och med homogen växtlighet före och efter varje mätkampanj. Förutom att använda instrumentet på rätt sätt måste man också förstå vad det är instrumentet levererar samt kunna presentera det på ett förståeligt sätt; det gäller att ha kunskap om både meteorologi, mätningar och statistik när man analyserar och utvärderar sina data. Detta illustreras av Figur 1-2 och är naturligtvis inte enbart begränsat till AQ500, det är viktigt även när mätningar utförda i mast eller med andra fjärrmätinstrument analyseras. 15 Ordlista Antenndel/antennutrymme – det utrymme i vagnen där sodarantennen är placerad. Mätlob – den konformade volym som AQ500 mäter i. AQ500 mäter med tre lober. Se Figur 1-3. Dieselvärmare – förvärmer generatorn i AQ500 innan den sätter igång. Den ökar livslängden på generatorn då kallstarter undviks. Överskottsvärmen leds till antennutrymmet och säkerställer att antennen är fri från snö och att isbildning undviks. Orografi – läran om jordytans former. Dopplereffekt – frekvensen på ett utsänt ljud uppfattas annorlunda om ljudkällan rör sig mot eller ifrån lyssnaren. Signal-bruskvot – förhållandet mellan ekot som AQ500 registrerar och brus (buller) från omgivningen. Fast eko – ett eko från ett stillastående föremål, till exempel ett träd, en husvägg eller en mast. Sodarantennen – den del av AQ500 där ljudpulser skapas och ekon registreras. Antennen är tredelad, se Figur 1-1. Fjärrmätinstrument (remote sensing instrument) – ett instrument som mäter på distans genom analys av till exempel ekon av ljud (sodar) eller reflektioner av ljus (lidar). Även radar och instrument monterade på satelliter räknas som fjärrmätinstrument. Spektrum – Uppdelning av en vågrörelse som till exempel ljud i frekvenser eller våglängder. Lufteko – ett eko från atmosfären. Ekot uppstår då ljudet reflekteras i små temperaturvariationer som hela tiden förekommer i atmosfären. 16 Orografisk avvikelse – en avvikelse i den uppmätta vindstyrkan som beror på orografin i den närmaste omgivningen runt platsen där AQ500 är installerad. Webviewer – AQSystems webbaserade system som gör det enkelt för brukare av AQ500 att övervaka och administrera mätningen. Zenitvinkel – Vinkeln mellan lodlinjen och centrum på mätloben. Se Figur 1-3 1.1 Funktion och geometri AQ500 mäter vindens riktningskomponenter, två horisontella och en vertikal, genom att sända upp ljud i atmosfären.Ljudet reflekteras av små temperaturvariationer. Dessa rör sig med vinden och det reflekterade ljudet får på grund av dopplereffekten en annan frekvens än det utsända. Skillnaden mellan utsänd och mottagen (reflekterad) frekvens används för att räkna ut hur mycket det blåser. AQ500 är baserad på monostatisk teknik. Detta betyder att högtalarna som skickar ut ljudpulserna också agerar mikrofoner och lyssnar på det reflekterade ljudet. För att 15° kunna beräkna vindens tre komponenter så är AQ500 utrustad med tre separata högtalare/mikrofoner som skickar ut ljud i tre riktningar. Högtalarna/mikrofonerna visas i Figur 1-1. Geometrin för hela systemet visas i Figur 1-3. Ljudet som AQ500 sänder ut sprider sig i en konformig volym som vi kallar mätlob. Lobens centrum lutar 15º mot lodlinjen och den har en vidd på 12º. Vinkeln mellan de tre mätloberna är 120º. Mätloberna betecknas A, B och C med A riktad i dragstångens riktning 120° 6° C A B Figur 1-3 Vänster: Det utsända ljudet sprider sig i en konformig volym som vi kallar mätlob. Konens centrum lutar 15º mot lodlinjen. Halva konens vidd är 6º. Höger: AQ500 sänder ut ljud i tre lober separerade med 120º. 17 1.1.1 Systematiska och slumpmässiga fel Alla mätningar är behäftade med fel. Mätfelen kan delas in i systematiska och slumpmässiga. Ett exempel är en sliten tumstock där den första millimetern saknas. Varje gång den används blir mätningen en millimeter för lång. Den har ett systematiskt fel på plus en millimeter. Ett exempel på ett slumpmässigt mätfel är avläsningsfelet. Eftersom tumstocken är graderad i millimeter är avläsningsfelet runt en millimeter. Men en gång läser du av en millimeter för mycket och nästa gång en för litet eller rent av precis rätt. Genom att upprepa mätningen några gånger och ta ett genomsnitt minskas inverkan av det slumpmässiga mätfelet. Det jämnar ut sig. Genom många upprepningar blir det försumbart. Det systematiska mätfelet påverkas inte av att man tar ett genomsnitt utan kvarstår oförändrat. I vissa situationer kan man behöva väga systematiskt och slumpmässigt mätfel mot varandra när man utformar ett mätinstrument. Fjärrmätinstrument för vind är just ett sådant exempel. Fjärrmätinstrument för vind – sodarer och lidarer – använder ögonblicksmätningar av vinden i olika mätvolymer ovanför sig. Vinkeln mellan lodlinjen och mätvolymerna kallas zenitvinkeln och visas i Figur 1-3. En liten zenitvinkel ger små avstånd mellan mätvolymerna. Detta är en stor fördel i kuperad terräng eftersom vinden ovanför fjärrmätinstrumentet följer terrängen och därmed följer krökta banor som visas i Figur 2-9. Ett krökt vindfält ger ett systematiskt fel i vindmätningen. Detta fel ökar med avståndet mellan mätvolymerna, det vill säga med zenitvinkeln. En liten zenitvinkel ger även en svagare signal och därigenom även ett större slumpmässigt fel eller brus. Vid utformning av ett fjärrmätsystem måste man således avväga för- och nackdelarna med en viss zenitvinkel mot varandra. Vid konstruktionen av AQ500 har vi föredragit en mindre zenitvinkel av följande skäl. En liten zenitvinkel ger ett litet systematiskt fel men högre brus. Det systematiska felet kan inte elimineras genom medelvärdesbildning medan bruset helt kommer att försvinna vid medelvärdesbildning. Eftersom det är medelvärdet som är det intressanta i vindresurstillämpningar är detta den korrekta avvägningen. Lidarer har ungefär dubbelt så stor zenitvinkel som AQ500 och därigenom ett större systematiskt fel än AQ500 i en given terräng. Lidarer har ofta en lägre brusnivå vilket i princip är en rent kosmetisk fördel och inte en fördel i vindresurssammanhang. 1.1.2 AQ500 är ett vektormätande instrument AQ500 beräknar den horisontella vinden som de två vinkelräta komposanterna av en vektor, till exempel nord-sydkomposanten och ost-västkomposanten. Detta görs många gånger under en tiomintersperiod varpå det komposantvisa medelvärdet beräknas. Resultatet kallas vektormedelvinden. Denna har en viss styrka och riktning. En skålkorsanemometer ger vindstyrkan direkt. Anemometern loggas många gånger under en tiominutersperiod och därefter beräknas ett medelvärde. Resultatet blir skalärmedelvinden som har en viss styrka. Vindriktningen kan inte mätas med anemometern. En vektor har både längd och riktning medan en skalär bara har längd. I jämn och turbulensfri vind är vektor- och skalärmedelvinden lika. I verkligheten har vi alltid viss turbulens i vinden och det uppstår då en skillnad mellan medelvärdena. Hur stor skillnaden blir beror på hur turbulent vinden är, ju mer turbulens desto större skillnad. 18 Vektormedelvinden är alltid något svagare än skalärmedelvinden. Det betyder att AQ500 mäter en något svagare vind än en skålkorsanemometer. Skillnaden är inte ett fel utan en konsekvens av att medelvindstyrka kommit att definieras som skalärmedelvärdet. Eftersom vindturbinernas effektkurvor av hävd verifieras mot skålkorsanemometrar kan man behöva räkna om vinden uppmätt med en AQ500. I de flesta fall är skillnaden mellan vektormedelvinden och skalärmedelvinden liten eller försumbar. I bilaga 4 finns en metod för omräkning från vektor- till skalärmedelvärde. 2. Bedömning av en mätplats I inledningen nämndes att resultatet från en mätning med AQ500 till 50 procent beror på instrumentet och till 50 procent på hur det används. En stor del av de 50 användningsprocenten består av att hitta en lämplig mätplats och i det här avsnittet behandlas bedömning av en plats lämplighet för mätning med en AQ500. Man bör alltid sträva efter att installera AQ500 på en plats fri från störningar. Då undviker man att mätningen ifrågasätts när den ska användas i arbetet med att utvärdera vindresursen. Observera att vi bara berör platsens lämplighet för vindmätning med AQ500. Var någonstans i projektområdet mätningen bör göras för att maximera nyttan med mätningen är specifikt för varje projekt och berörs inte här. Ibland är man tvungen att mäta på platser som inte är idealiska. Vi rekommenderar att man i sådana fall planerar mätning och installation tillsammans med den konsult som ska analysera data samt upplyser alla berörda, till exempel finansiärer, om de prioriteringar som gjorts. Det är också viktigt att följa upp mätningen noga och vidta åtgärder om störningar förekommer. 19 2.1 Ekon från fasta föremål AQ500 kan i dag fås med mätintervall 20-150 meter eller 50-200 meter. När en ljudpuls är skickad så startas en klocka. När det gått så lång tid som det tar för ljudpulsen att färdas till lägsta mäthöjd och tillbaks så börjar AQ500 lyssna efter ekon. AQ500 slutar lyssna när det gått så lång tid som det tar för ljudpulsen att färdas till högsta mäthöjd och tillbaks. Ekon från föremål i omgivningen, till exempel träd, byggnader eller en mätmast, som når AQ500 under lyssningsfasen kan orsaka en avvikelse i mätningen. Ekon som når fram innan AQ500 börjar lyssna och efter det att AQ500 slutat lyssna påverkar inte mätningen. Föremål som befinner sig närmare än lägsta mäthöjd och längre bort än högsta mäthöjd påverkar inte mätningen. representerar högsta mäthöjd. I volymen mellan dessa båda halvsfärer får inga störande föremål finnas. Det är inte höjden på föremålet som bestämmer hur nära en AQ500 kan placeras. Avståndet bestäms av den högsta mäthöjden hos AQ500. Om ett föremål reflekterar det av AQ500 utsända ljudet eller inte beror på hur stort föremålet är i förhållande till våglängden på ljudet. Våglängden på ljudet som AQ500 skickar ut är runt 10 centimeter. och för att kunna reflektera detta måste ett föremål vara större än cirka 15 centimeter. Smala träd och tunna kvistar är därför exempel på föremål som inte reflekterar ljudet. Buskar och låga barrträd kan till och med vara fördelaktigt att ha omkring mätplatsen då de är bra akustiska dämpare. Det innebär att det finns en volym inom vilken det inte ska finnas några störande föremål. I Figur 2-1 representerar den inre halvsfären lägsta mäthöjd medan den yttre Lägsta mätnivå Högsta mätnivå Figur 2-1 Konerna är mätloberna på en AQ500. Den inre halvsfären representerar lägsta mäthöjd, den yttre högsta mäthöjd. Inga föremål som kan störa mätningen får finnas i volymen mellan halvsfärerna. 20 Att föremål som finns närmare AQ500 än lägsta mäthöjd inte kan påverka mätningen är inte helt korrekt. Naturligtvis så är det helt grundläggande att man inte placerar AQ500 så att någon av mätloberna går in i ett föremål. Det vertikala avståndet mellan lobernas ytterkant och marken på olika avstånd från AQ500 visas i Figur 2-2. På grund av den lilla zenitvinkeln så behöver det öppna området runt om AQ500 inte vara så stort vilket underlättar vid placering i fält. Som tidigare nämnts är zenitvinkeln 15º och vidden på loberna 12º. Vinkeln mellan loberna är 120º, se Figur 1-3 Höjd till lobens ytterkant (m) 78 65 52 39 26 13 Horisontellt avstånd (m) 30 25 20 15 10 5 Figur 2-2 Det vertikala avståndet mellan ytterkanten på loberna och marken på olika avstånd från AQ500 21 Så undviker du fasta ekon För att undvika fasta ekon är det viktigaste att platsen som väljs för installation besöks och att data kontrolleras noggrant. Läs mer om kontroller av data i avsnitt 5.3. Målet är att inte ha några störande föremål i volymen mellan de två halvsfärerna i Figur 2-1. Undersök den akustiska miljön på en plats genom att klappa i händerna och lyssna efter ekon. Uppskatta hur lång tid det tar innan ekona når dig och försök avgöra vilka föremål som orsakar ekona. Undvik om möjligt platser med för mycket ekon. Läs mer i avsnitt "Dokumentation av rekognoserade platser" nedan. Det är inte alltid möjligt att hålla volymen helt fri från föremål. Man måste då tänka på att inte rikta någon av mätloberna mot föremålet. Istället ska AQ500 placeras så att loberna riktas på ömse sidor om föremålet. Detta illustreras i Figur 2-3. Figur 2-3 Om höga föremål finns på ett avstånd som är kortare än högsta mäthöjd bör man undvika att rikta någon mätlob mot föremålet. De röda pilarna visar lobernas riktning. Det är enkelt att ta reda på vilka höjder som eventuellt kan påverkas av ett föremål mellan de båda halvsfärerna. Ett exempel visas i Figur 2-4. AQ500 är placerad vid A. Vid B står en mast som är 100 meter hög. Det horisontella avståndet mellan AQ500 och masten är 120 meter. Avståndet mellan AQ500 och mastens topp kan med hjälp av Pythagoras sats enkelt räknas ut till 156 meter. Detta betyder att det är mäthöjderna mellan 120 meter och 155 meter som man bör undersöka extra noga efter eventuella störningar. Det höjdintervall av mätningen som ett föremål av en viss höjd kan påverka minskar ju längre bort föremålet är. Ett 20 meter högt träd på ett avstånd av 50 meter kan påverka ett höjdintervall på knappt fem meter medan samma träd 150 meter bort kan påverka ett intervall på drygt en meter. Om man av något skäl väljer att ställa AQ500 på en plats som inte är helt idealisk så är det viktigt att man följer upp 22 mätningen efter installationen och vidtar lämpliga åtgärder om det visar sig att mätningen störs. 156 m A 120 m 100 m B Figur 2-4 Med Pythagoras sats är det enkelt att räkna ut vilka höjder som kan påverkas av ett fast eko. Byggnader Byggnader har stora ytor som kan reflektera ljud väldigt effektivt. Om det finns byggnader i närheten så är utgångsläget detsamma som för andra typer av föremål, att man inte ska ställa AQ500 närmare än högsta mäthöjd. Om man ändå gör det så måste man placera AQ500 mot ett hörn utan att rikta någon av mätloberna mot huset, se Figur 2-5. Syftet är att minimera den reflekterande ytan. UNDVIK OM MÖJLIGT ALLTID ATT PLACERA EN AQ500 SÅ ATT BYGGNADER FINNS I DEN KÄNSLIGA VOLYMEN I Figur 2-1 Figur 2-5 En AQ500 som, mot våra rekommendationer, placeras nära en byggnad bör placeras mot byggnadens hörn med loberna på ömse sidor. På så vis minimeras den reflekterande ytan. Träd Träd med grova och kala stammar är bra ljudreflektorer och man bör undvika att ha sådana i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1 . Ett exempel på en trädrad som kan orsaka ekon visas i Figur 2-6. grenar är bra på att absorbera ljud och därmed bra för den akustiska miljön. Men det är viktigt att alltid undersöka detta på plats och inte välja plats för installation baserat på enbart kartor och foton. I bakgrunden så utgör en granplantering gränsen mot hygget. Övergångar mellan hygge och skog kan fungera som en reflekterande vägg och därmed orsaka ett fast eko. Störst risk är det när träden är av typer där stammarna i huvudsak är kala. Granar med mycket barrförsedda Platsen i Figur 2-6 bedömdes på plats som mycket olämplig på grund av ekon från träden. Om en AQ500 trots allt placeras på en plats som denna måste mätningarna kontrolleras mycket noga och alternativa platser bör finnas rekognoserade om instrumentet måste flyttas. Figur 2-6 Kala, grova stammar kan orsaka störande ekon. Avståndet till träden är omkring 60 meter. Granridån i bakgrunden med en del kala stammar, drygt 100 meter bort, kan fungera som en reflekterande vägg och bör också beaktas i bedömningen av platsen. 23 Sluttningar beströdda med stenblock Undvik att placera en AQ500 jämte en sluttning som är beströdd med stenar och stenblock. Ett exempel på en sådan plats visas i Figur 2-7. Om man ändå väljer att installera på en plats som denna bör man ställa sig så nära stenblocken som möjligt och inte rikta någon av mätloberna mot träden. Figur 2-8 visar ytterligare ett exempel på en plats med större stenblock på en sluttning som kan inverka negativt på mätningen. Figur 2-7 Man bör om möjligt undvika kala stammar och stenblock i volymen mellan de båda halvsfärerna i Figur 2-1 Figur 2-8 En slänt med stora stenblock kan orsaka oönskade reflektioner av det utsända ljudet. Undvik om möjligt platser som denna. 24 2.2 Brant terräng - en översikt Brant terräng kan i vissa fall påverka vindmätningen och orsaka vad vi kallar en orografisk avvikelse. Detta avsnitt innehåller en kort översikt, mer detaljer finns i bilaga 7. Anledningen till att terrängen kan påverka är att AQ500 mäter i tre volymer och antar att strömningen genom dessa är rak. Detta antagande måste alla fjärrmätinstrument (sodar och lidar) som utnyttjar dopplertekniken göra. Ju mer krökt luftströmningen är desto mindre giltighet har antagandet om rak strömning och desto större kan felet bli, se Figur 2-9. Man ska dock inte överdriva risken, det ska vara rejält kuperat för att orografiska avvikelser på den uppmätta vindstyrkan ska vara ett problem. AQ500 har ett ovanligt litet orografiskt fel på grund av sin lilla zenitvinkel på 15º. Många andra fjärrmätinstrument (sodar och lidar) har större zenitvinkel och får därför ett större fel. De avvikelser som ändå uppstår kan i ganska stor utsträckning korrigeras i efterhand med hjälp av datorsimuleringar. Men man bör i möjligaste mån undvika att vara beroende av datormodeller för korrigering. En viktig anledning att mäta vinden är ju att slippa lita till datormodeller som lider av betydande osäkerheter. Att tillämpa en stor datorberäknad korrigering på mätt vind upphäver i viss mån nyttan av en mätning. Vår rekommendation är därför att man i första hand försöker välja en plats där avvikelser orsakade av orografi är små. I följande avsnitt visar vi hur du kan avgöra om platsen är lämplig eller om en efterhandsjustering av mätningarna bör göras. Figur 2-9 Överst visas vinden över plan mark. Vinden varierar inte utan är densamma för alla tre mätloberna. Problemet att räkna ut vindens tre komponenter är välbestämt. Underst visas situationen när instrumentet står på krökt mark vilken ger en krökt luftström. Vinden är olika vid de tre mätloberna. Variationen är principiellt omöjlig att beräkna med bara tre mätlober. Den kommer istället att ge sig tillkänna som en avvikelse i den beräknade vinden. 25 Det finns några enkla tumregler som kan användas när det gäller att bedöma terrängens lämplighet för mätning med AQ500. När det gäller brant terräng så kan man redan innan man är ute i projektområdet definiera områden som inte är lämpliga att placera en AQ500 på genom att studera detaljerade kartor. Om mäthöjden H är mycket större än eller mycket mindre än terrängens typiska höjdvariation Δ så är avvikelsen liten. Om H är högst 10% av Δ så är avvikelsen liten Om H är större än 4 Δ så är avvikelsen liten i fallet att man mäter på en kulle. Mäter man på en ås måste mäthöjden vara omkring 15 Δ. Detta illustreras i Figur 2-10. H< Δ 10 H Kulle: H > 4∆ H>4Δ Ås: H > 15∆ H Δ Δ B B Figur 2-10 Pilarna symboliserar AQ500:s mätlober. När mäthöjden H är högst 10% av terrängens typiska höjdvariation Δ är felet litet. Detsamma gäller om mäthöjden är 4 gånger högre än terrängens typiska höjdvariation om mätningen sker på en kulle. Motsvarande för en ås är 15 gånger terrängens typiska höjdvariation. Om brantens lutning är mindre än 10 procent så är avvikelsen liten. Lutningen, Λ, beräknas som brantens höjd Δ genom brantens bredd B; Λ = Δ / B, se Figur 2-11. Observera att brantens bredd i vindriktningen måste användas. Om lutningen är brantare än 10 procent (Λ>0,1) så bör instrumentet flyttas bort från branten så att det står 3 till 4 gånger brantens bredd nedströms densamma. Man bör aldrig ställa AQ500 nedanför ett brant terrängparti då avvikelsen är som störst där. Genomarbetade exempel på hur en skattning av avvikelsen görs finns i bilaga 7. Är du efter din skattning fortfarande osäker på platsen så kontakta AQSystem. ∆ — <10% B Δ B Figur 2-11 Om lutningen på branten är mindre än 10% så är den orografiska avvikelsen inte signifikant. 26 2.3 Buller I allmänhet är buller från omgivningen inte ett problem. Men det är trots allt bra att tänka på det när man väljer sin plats. Några källor till buller beskrivs nedan. Vägar och industrier AQ500 har installerats jämte kraftigt trafikerade vägar, både i Sverige och utomlands, och det har fungerat utmärkt att mäta. Vid stora dataförluster finns risk för betingningsfel, läs mer i avsnitt 5.4 och bilaga 6. Undvik därför att mäta på platser där omgivningen gör att datatillgängligheten minskar. Kvalitetstalet, signalbrusförhållandet multiplicerat med 10, som finns i datafilerna kan användas för att undersöka hur bullret påverkar mätningen. Om det varierar med bullrets dygnsvariation och sjunker under 21, vilket gör att data förkastas, så betyder det att bullret är ett problem. Lösa föremål Lösa föremål inne i vagnens utrymmen kan orsaka störande ljud om de börjar vibrera när elverket körs. Solpanelerna ska under inga omständigheter förvaras i antennutrymmet då mätning pågår. Däremot är det en utmärkt plats för dem under transport. Använd inte AQ500 som förvaringsplats. Transportera bort utrustning som inte används och se till att verktyg i vagnen ligger på ett sådant sätt att de inte kan orsaka störande vibrationsljud. Stag från större master Var uppmärksam om du placerar ditt system nära större kommunikationsmaster som är stagade. Vid tillfällen med kraftiga vindar kan en ton skapas av stagen. Om tonen är nära den som AQ500 sänder ut, 3144 Hz, går det inte att mäta på platsen. 27 2.4 Dokumentation av rekognoserade platser Det är viktigt att vara väl förberedd när potentiella mätplatser ska besökas och bedömas. Förutom lämplig utrustning så måste man ha en plan för vad man tittar på när man väl är på plats. Man glömmer snabbt och speciellt om man besöker många platser är det viktigt att strukturera informationen. I bilaga 9 finns ett förslag på protokoll som kan användas ute i fält. Vi utgår från detta när vi beskriver hur en platsbedömning inför mätning med en AQ500 bör göras. Planera aldrig rekognosering och installation av en AQ500 samma dag. Efter genomförd rekognosering behöver intrycken bearbetas vid skrivbordet innan slutgiltigt beslut om mätplats tas. Risken är annars stor att en mindre lämplig plats väljs på grund av stress. Namn Namnge varje besökt plats på ett sätt som gör att du lätt minns den när du kommer hem och ska sammanfatta iakttagelserna. Detta är extra viktigt när du besöker flera platser på samma gång. Koordinater Använd en gps för att bestämma positionen och notera denna tillsammans med vilken typ av koordinater det rör sig om. Har man ingen gps går det naturligtvis att markera platsen på en karta. Vi rekommenderar att man alltid markerar positionen på en karta redan ute i fält oavsett om man har en gps med sig eller inte. Detta minimerar risken för fel om gps:en av någon anledning skulle ange fel koordinater. Akustisk miljö och föremål Kontrollera platsens akustiska miljö genom att klappa händerna i olika riktningar. Lyssna efter ekon och försök att identifiera ljudreflektorer som kan störa mätningen. Ljudet rör sig ungefär med 330 m/s. Ett eko som återkommer efter en sekund härstammar alltså från ett föremål som är drygt 150 meter bort. Notera vilka föremål som finns i omgivningen och försök att avgöra vilka som orsakar ekon. Ekon som kommer från föremål som är närmare än lägsta mäthöjd eller längre bort än högsta mäthöjd påverkar inte mätningen. Detta illustreras av Figur 2-1. Det är inte säkert att ett eko som det mänskliga örat hör stör mätningen, men för att minimera risken så bör platser med kraftiga ekon undvikas. Platser med fasta ekon som 28 påverkar mätningen kan identifieras i data. Läs mer om detta i avsnitt 5.3. Avstånd till grannar Notera avstånd och riktning till eventuella bostadshus. AQ500 sänder ut ett ljud som motsvarar ungefär tangent 83 på ett vanligt piano med 88 tangenter. Det är alltså hörbart för det mänskliga örat. AQ500 sänder ut ungefär en ljudpuls i sekunden dygnet runt. Man bör därför försäkra sig om att inga bostäder eller fritidshus som kan störas finns i närheten. Hur långt ljudet hörs beror både på vädersituationen och på den omgivande terrängen. En lugn och stilla sommarnatt i ett öppet landskap kan ljudet höras många hundra meter medan det i blåsiga situationer inte uppfattas av ett mänskligt öra på grund av bakgrundsbruset. Det finns därför inga riktlinjer om hur långt ifrån bebyggelse man bör placera systemet. Vi rekommenderar att man informerar och för en dialog med de boende i närområdet för att inte riskera att oplanerat behöva flytta instrumentet. Transport Beskriv vägen till och från platsen. Det är inte bara vid installation och avinstallation det ska gå att ta sig till platsen. Service och tankning måste kunna utföras. Hur ser vägen ut efter några månaders höstregn? Kommer den att plogas eller behövs det snöskoter på vintern? Beskriv också markens beskaffenhet där AQ500 ska installeras. Kommer stödbenen att stå på fast underlag eller behövs plankor eller grus för att stabilisera? Synlighet Hur exponerad är AQ500 för förbipasserande? Solpaneler, dieselmotor, diesel och batterier är stöldbegärligt. Vidtag lämpliga åtgärder för den plats du valt. Det kan röra sig om att sätta upp en vägbom, använda kamouflagenät eller installera övervakningskamera. Observera att övervakningskameror kan behöva tillstånd. Riktning på systemet Ange en rekommenderad riktning på systemet. Systemets riktning anges av dragstången, läs mer om hur du mäter upp riktningen i avsnitt 3.2. Observera att det viktigaste är att mätningen håller hög kvalitet, inte att solpanelerna är riktade mot söder. Riktningen på panelerna har därför låg prioritet jämfört med alla andra aspekter av platsen. Bilder Dokumentera omgivningen med fotografier i minst fyra väderstreck. Genom att även inkludera en kompass på bilderna så finns information om både riktning och omgivning på samma plats, se Figur 2-12 för ett exempel. Notera i protokollet om det är något på någon bild som speciellt bör beaktas. TIPS. Fotografera protokollet för platsen både före och efter bilderna på omgivningen. Då är det enkelt att veta vilken plats de tillhör. Figur 2-12 Med en kompass på bilderna så finns information om riktning och omgivning på samma plats. I det här fallet är bilden tagen mot sydväst. Meteorologi och orografi Lämpligheten ur ett meteorologiskt perspektiv är projektspecifikt och behandlas inte här. Bedömningen bör göras som en del av förberedelserna innan platsbesöket och kan noteras i protokollet för att all information om platsen ska finnas på samma plats. Branta terränglutningar kan påverka mätningen Även detta är projektspecifikt men eftersom det är direkt relaterat till själva mätprincipen som AQ500 använder så finns det i avsnitt 2.2 några enkla tumregler som hemma vid skrivbordet kan användas för att bedöma om terrängens påverkan är signifikant eller inte. I bilaga 7 finns en mer detaljerad beskrivning av terrängens inverkan och en enkel metod som kan användas för att beräkna hur stor effekten maximalt kan bli på mätningen. Bedömningen bör göras som en del av förberedelserna innan platsbesöket och kan noteras i protokollet för att all information om platsen ska finnas på samma plats. 29 2.5 Exempel på installationer I detta avsnitt finns exempel på installationsplatser och hur man bör hantera dem. De är kategoriserade från 1 till 5. Kategori 4 - mindre bra plats för mätning med AQ500, undvik om möjligt Kategori 1 - utmärkt plats för mätning med AQ500 Kategori 5 - inte lämplig för mätning med en AQ500 Kategori 2 - mycket bra plats för mätning med en AQ500 Observera att kategoriseringen anger lämpligheten för mätning med en AQ500, inte hur nyttig platsen är sett ur ett projektperspektiv. Kategori 3 - bra plats för mätning med AQ500 Kategori 1 Figur 2-13 visar fyra exempel på platser i kategori 1. Det är öppet i alla riktningar och det finns inga föremål i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1 som kan orsaka störande ekon. Terrängen är i alla fyra fallen utan kraftiga lutningar vilket betyder att det inte finns någon risk för orografiska avvikelser i mätningen, läs mer i avsnitt 2.2. Detta är fyra utmärkta mätplatser. Figur 2-13 Fyra exempel på platser i kategori 1. Det finns inga störande objekt inom volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1. Omgivningen är i alla fyra fallen utan kraftiga terränglutningar.. 30 Kategori 2 Till höger i Figur 2-14 visas ett exempel på en plats i kategori 2. Detta är en mycket bra mätplats. Det är öppet i alla riktningar, det enda som eventuellt kan störa är mätmasten som kan skönjas i bildens högra kant. Masten är 80 meter hög och det horisontella avståndet mellan AQ500 och masten är 140 meter. Avståndet mellan AQ500 och mastens topp är 161 meter. Detta visas i den schematiska bilden till vänster i Figur 2-14 där AQ500 står vid A medan masten står vid B. Det är därmed på mäthöjderna mellan 140 och 160 meter som masten kan orsaka störningar. För att minimera risken 161 m A 140 m för störningar bör ingen av mätloberna riktas mot masten och man bör efter installationen kontrollera mätdata efter tecken på fasta ekon på de höjder som potentiellt kan störas, se avsnitt 5.3. Om det visar sig att masten stör så är den effektivaste åtgärden att flytta AQ500 längre ifrån masten så att den hamnar utanför den känsliga volymen i Figur 2-1. I det här fallet var högsta mäthöjd 150 meter vilket därmed skulle kräva en mycket kort flytt. 80 m B Figur 2-14 HÖGER: Ett exempel på en plats i kategori 2. Här finns en liten risk att masten kan störa mätningen, i övrigt finns inga terrängpartier som kan orsaka problem och heller inte några störande ljudkällor. VÄNSTER: Masten kan om den orsakar fasta ekon störa mätningen på höjderna mellan 140 och 160 meter. I Figur 2-15 visas unga tallar med mycket barr som är bra på att absorbera ljud. På platser där vegetationen består av homogen ung tallskog är den akustiska miljön ofta mycket bra och hamnar därför i kategori två. Även granar med mycket barr utan exponerade stammar, som i Figur 2-16, är bra på att absorbera ljud. Figur 2-15 Kategori 2. Unga tallar med mycket barr, i det här fallet 2-4 meter höga, är bra på att absorbera ljud och platser som denna är ofta bra akustiskt. Figur 2-16 Kategori 2. Granar med mycket barr utan exponerade stammar är, liksom unga tallar, bra på att absorbera ljud. 31 I Figur 2-17, Figur 2-18 och Figur 2-19 visas ytterligare exempel på mätplatser som hamnar i kategori två. Gemensamt för dem är att terrängen är fri från skarpa lutningar och att vegetation i huvudsak består av smala träd och låg barrskog som är bra på att absorbera ljud och därmed minimerar sannolikheten för fasta ekon. Figur 2-17 Kategori 2. Den låga, ljudabsorberande vegetationen i bakgrunden befinner sig mellan de båda halvsfärerna i Figur 2-1. Där är den värdefull för att dämpa oönskade ekon. De lite högre träden är närmare än lägsta mäthöjd och kan därför inte orsaka fasta ekon. Figur 2-18 Bara smala träd som inte reflekterar ljudet som AQ500 sänder ut och platt terräng gör att platsen hamnar i kategori 2. De unga barrträden är bra på att absorbera ljud och är därför bra att i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1. Figur 2-19 Kategori 2. Ung granskog absorberar ljud mycket bra. Denna plats kan nästan räknas som kategori 1, men det finns högre träd runt omkring som kan orsaka reflektioner. Träden är så låga att mätloberna går fria. 32 Kategori 3 I Figur 2-20 är det de höga träden, 40 meter bort vars övre delar sträcker sig in i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1, med delvis kala stammar som man bör koncentrera sig på. Rikta loberna på ömse sidor om träden vid en installation under dessa förhållanden. Det är viktigt att mätningen följs upp efter installationen och att systemet flyttas om det visar sig att träden påverkar mätningen. Figur 2-21 visar en plats där träden står väldigt nära installationsplatsen. När det är så trångt är det först och främst viktigt att mätloberna går fria, se Figur 2-2. Man ska också orientera systemet så att mätloberna riktas på ömse sidor om träden och vara noga med att kontrollera så att inga fasta ekon förekommer, se avsnitt 5.3. På platsen i Figur 2-22 är det granridån i bakgrunden, 60 meter bort, som man bör vara observant på. Om granarna, som befinner sig i området mellan halvsfärerna i Figur 2-1, har kala exponerade stammar kan de fungera som en reflekterande vägg. Uppföljning av mätningen är väldigt viktig. Figur 2-21 En plats i kategori 3: Björkar står väldigt nära. Loberna måste gå fria och riktas på ömse sidor om träden. Figur 2-23 visar en t r å n g plats med en blandning av ljudabsorberande barrträd och lövträd med kala och reflekterande stammar. Det är viktigt att loberna går fria och att mätningen följs upp noggrant. Figur 2-22 En plats i kategori 3. Skogsridån i bakgrunden kan fungera som en reflekterande vägg. Figur 2-20 En plats i kategori 3. Rikta loberna på ömse sidor om träden så går det bra att mäta på en plats som denna. Figur 2-23 En plats i kategori 3. Det är ganska trångt med träd nära inpå. Träden är en blandning av ljudabsorberande barrträd utan kala stammar och lövträd med kala stammar som kan reflektera ljudet. Det är viktigt att följa upp mätningen. 33 Figur 2-24 visar en typisk plats i kategori 3. Det är en vändplats vid ett vägslut omgiven av träd av varierande art och ålder men med dominans av unga träd med smala stammar. De flesta platser som liknar denna är bra platser att mäta på. Men precis som vid alla andra installationer är det viktigt att följa upp mätningen så att inga störningar förekommer. Installationen i Figur 2-25 är på gränsen mellan kategori 3 och kategori 4. Granskogen som gränsar till hygget består till stor del av träd med kala och exponerade stammar. Att skogskanten sträcker sig diagonalt bort från AQ500 gör att ekon kan komma från flera olika avstånd och därmed påverka ett större intervall av profilen. I det här fallet hördes inga kraftiga ekon på platsen och uppföljningen visade inga tecken på att fasta ekon förekom. Men på platser som denna kan det ibland vara bättre att placera AQ500 så nära skogskanten som möjligt så att den hamnar innanför den inre halvsfären i Figur 2-1. Figur 2-24 En ganska typisk plats i kategori 3. En vändplats med träd av varierande höjd och ålder runt omkring. I allmänhet är detta en bra mätplats, men uppföljning är som alltid viktigt. Figur 2-25 Kategori 3. Skogen i bakgrunden består av höga granar med kala stammar. Den diagonala sträckningen i förhållande till AQ500 gör att fasta ekon kan påverka flera höjder. 34 Kategori 4 Figur 2-26 visar ett exempel på en plats i kategori fyra. Platsen är omgiven av tallar. De närmaste är innanför den inre halvsfären i Figur 2-1 men då skogen längre bort består av samma typ av träd med en stor andel kala stammar är risken för fasta ekon stor. Vi rekommenderar först och främst att man inte använder platsen. Vill man ändå försöka måste man vara ytterst noga med att följa upp mätningarna och leta efter tecken på fasta ekon, se avsnitt 5.3. Det är bra att redan innan installationen ha föreberett en alternativ plats dit AQ500 kan flyttas om det visar sig att fasta ekon påverkar mätningen. Figur 2-27 visar en plats med både höga och kala stammar samt berg i dagen. Vi rekommenderar i första skedet att man överväger att använda en annan plats. Om detta inte är möjligt bör man ställa AQ500 så nära de nakna stenhällarna som möjligt utan att rikta någon av mätloberna mot träden. Avståndet till träden blir då mellan 20 och 30 meter. och de hamnar då innanför den inre halvsfären i Figur 2-1. Figur 2-28 visar en AQ500 placerad i en ung tallskog som är bra på att dämpa ljud. Att platsen ändå hämnar i kategori fyra beror på att det finns en mätmast cirka 120 meter bakom AQ500. Installationsplatsen var också väldigt svårtillgänglig och terrängen något kuperad. Dessa faktorer tillsammans gjorde att platsen hamnade i kategori 4. Figur 2-26 Ett exempel på en plats i kategori 4. Denna typ av skog med kala stammar innebär en stor risk för fasta ekon. Figur 2-27 En plats i kategori 4. Kala stammar och berg i dagen som kan orsaka fasta ekon om AQ500 inte placeras på ett lämpligt sätt. Figur 2-28 De omgivande unga tallarna är bra på att absorbera ljud och därmed minimera oönskade ekon. Masten i bakgrunden, cirka 120 meter bort, gör tillsammans med dålig tillgänglighet till platsen samt kuperad terräng att den hamnar i kategori 4.. 35 I Figur 2-29 visas en installation ute på ett kalhygge. Avståndet till trädridån till höger om AQ500 motsvarar ungefär navhöjd. Det betyder att det är på höjder kring navhöjd som det finns risk för fasta ekon. Finns det indikationer på att skogsridån kan orsaka oönskade ekon så bör platsen undvikas. En lämpligare placering kan i det här fallet vara närmare skogsridån så att den hamnar innanför den inre halvsfären i Figur 2-1. Höga träd med glesa kronor och delvis exponerade stammar omger installationsplatsen i Figur 2-30. Detta tillsammans med mätmasten i bakgrunden, drygt 120 meter bort, gör platsen mindre lämplig för mätning med en AQ500. Det är viktigt att mätningen följs upp noggrant om platsen används. Figur 2-29 Kategori 4. I bakgrunden finns en trädridå med delvis kala stammar på ett avstånd som ungefär motsvara navhöjd. På dessa höjder är det viktigt att det inte finns några störningar. En lämpligare placering hade varit närmare skogsridån så att den hamnar innanför den inre halvsfären i Figur 2-1. Figur 2-30 Kategori 4. Höga träd med delvis kala stammar omger platsen som är granska trång, mätloberna går dock fria. Dessutom finns en mätmast cirka 120 meter från installationsplatsen. 36 Kategori 5 Figur 2-31 visar ett exempel på en plats i kategori 5. Träden står extremt nära, mätningar från platsen kommer inte att hålla godkänd kvalitet. Notera också att systemet inte har några skyddstaggar, dessa bör alltid vara monterade. Figur 2-32 visar en plats med höga alar med kala stammar. Tydliga ekon hördes från de kala stammarna drygt 60 meter bort. Det finns även en skogsridå cirka 130–150 meter bort som kan verka som en reflekterande vägg. Platser som denna rekommenderas inte för mätning med AQ500. Figur 2-31 Ett exempel på en plats i kategori 5. AQ500 står mitt inne bland tallar med nakna stammar. Mätningen blir obrukbar. Figur 2-32 En plats i kategori 5. Höga och kala alstammar orsakade tydliga ekon på den här platsen. Den glesa, uppväxta, tallskogen i Figur 2-33 gör den akustiska miljön extremt dålig. Det finns stammar som kan reflektera ljudet så långt det går att se. Platsen är direkt olämplig för mätning med en AQ500. På platsen som visas i Figur 2-34 installerades en AQ500 trots att avståndet till fackverkskonstruktionerna inte var längre än 60-70 meter. Dessa orsakade stora störningar och mätningen fick avbrytas. Målet måste alltid vara att inga störande föremål finns i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1. Figur 2-33 Kategori 5. Gles tallskog som denna med kala stammar så långt det går att se erbjuder en mycket dålig akustisk miljö. Platsen är inte lämplig för mätning med AQ500. Figur 2-34 Kategori 5. En AQ500 installerades på den här platsen men elstolparna av fackverkstyp 60-70 meter bort gjorde mätningen obrukbar. 37 3. Installera systemet TEMP/FUKTGIVARE 1. Leta upp en plan yta att ställa systemet på. Fäll ner de fyra stödbenen och grovjustera systemet i våg, se Figur 3-1. Det är viktigt att hålla området under vagnen fritt från gräs, buskar och kvistar. AQSystem rekommenderar att området täcks med sand, grus eller en presenning för att undvika att gräs, buskar eller kvistar kommer i kontakt med elverkets avgasrör. STÖDBEN 2. Installera temperatur/luftfuktighetsgivaren på utsidan av trailern. Figur 3-1 Montera inte givaren ovanför solcellerna. Detta leder till felaktiga temperaturvärden. Eftersom temperaturen används för att beräkna vinden riskerar också denna att bli felaktig. 3. Plocka ut solcellerna ur antennutrymmet. 4. Lossa de tre yttersta spännena på antennen, Figur 3-2. Lyft försiktigt upp antenntoppen och placera vattenpasset på bottenplattan, Figur 3-3 Figur 3-2 5. Justera med hjälp av stödbenen tills systemet står helt i våg. 6. Om systemet har OMNI antenner (vita rör) montera dessa på hållarna, se Figur 3-4. Höj sedan upp antennhållarna. Figur 3-3 Figur 3-4 Installera antennerna med två skruvar. 38 3.1 Installera solpanelerna OBSERVERA att en bra mätning utan störningar är mycket viktigare än att solpanelerna är riktade mot söder! 1. Lossa skruvarna som håller fast ramen i väggen, se Figur 3-5. 2. Vik ut ramen och skruva fast de korta benen i vagnen. Använd skruvarna som lossades tidigare för att hålla fast de längre benen i ställningen. Figur 3-6. 3. Skruva fast den undre U-balken längst ner på ställningen, se Figur 3-6. Använd fyra skruvar från installationsmaterialet. Figur 3-5 4. Skjut in solpanelerna i ramen och lås fast dem med de hänglås som finns i installationsmaterialet, se Figur 3-7. TIPS! Solpanelerna är uppmärkta efter den ordning de ska ha när de monteras. 5. Koppla in kablarna från installationsmaterialet till solcellerna. Skruva loss täcklocket vid genomförningen i väggen och trä igenom kablarna. Koppla ihop kablarna från solcellerna med kablarna i kopplingsboxen inne i vagnen; röd kabel till röd kabel, svart kabel till svart kabel. Se Figur 3-8. Figur 3-6 6. Koppla in solcellsregulatorn med kontakten nere vid batteribanken, se Figur 3-9. Figur 3-7 Figur 3-8 Figur 3-9 39 3.2 Mät upp systemets riktning Mät upp systemets riktning med hjälp av kompassen som medföljer i installationsmaterialet. Gå 10–15 meter bakom vagnen, Figur 3-10, rikta in kompassens kant mot ena sidan av vagnen och vrid sedan kompasshuset tills den röda pilen i kompassens botten ligger i samma riktning som norrpilen i kompassen, se Figur 3-11. Notera riktningen, den skall användas senare. OBS! Det är viktigt att hålla kompassen horisontellt för att få en korrekt mätning. Figur 3-11 I det här fallet hade systemet riktningen 160 grader. 3.3 Starta systemet Figur 3-10 Ställ dig 10–15 meter bakom vagnen och rikta kompassen längs med sidan. Slå på strömbrytaren, Figur 3-12. Strömbrytaren finns i kontrollskåpet. Då systemet är igång kommer ett pip höras cirka en gång per sekund. Ljudstyrkan på pipet ökar gradvis och efter cirka två minuter så sänder systemet med den effekt som systemet är inställt på. Om systemet är utrustat med en dieselvärmare så startar inte AQ500 om det är under 12,5 VDC i batteribanken. Om spänningen understiger 12,5 VDC så går elverket igång på manuell cykel och det kan ta ett par minuter innan elverket har börjat ladda batteribanken så att AQ500 startar. Figur 3-12 Strömbrytare Starta elverket genom att trycka på knappen A på kontrollpanelen och lyssna så att det inte förekommer några vibrationer eller missljud. Kontrollenheten känner automatiskt av spänningen i batteribanken. Om solpanelerna inte ger tillräcklig laddning startas elverket automatiskt och laddar batterierna. Om systemet har 230VAC matning så laddas systemet istället från 230 VAC matningen då spänningen sjunker. Systemet är nu igång, det som återstår är att ställa in sodarparametrarna. Se bilaga 2 och bilaga 3 för hur du gör detta för system med GSM-kommunikation eller bilaga 1 för system med webbkommunikation. 40 Kontrollera - Horisontering - Riktningen på systemet - Att strömförsörjningen är ställd i "Auto mode" - Bränslenivån - Att vagnen är låst vid drag och dörr till kontrollenhet 3.4 Installation med helikopter eller skogsmaskin AQ500 kan även installeras med helikopter eller skogsmaskin. Släpet har lyftöglor på taket som används vid dessa installationer. Totalvikt på AQ500C Wind Finder utan bränsle i tanken är 1200 kg. Vid helikopterlyft kan vikten minskas genom att man plockar ur batteribanken, då minskar vikten med 180 kg. Batterierna är mycket strömstarka så vidta nödvändiga försiktighetsåtgärder för att undvika kortslutningar 41 4. Efter installation När systemet är installerat så måste man lägga in systemets riktning och ställa in vilken effekt högtalarna ska sända med. För de system som är utrustade med GSM-kommunikation finns detta beskrivet i bilaga 3. För de system som är utrustade med webbkommunikation finns det beskrivet i bilaga 1. 1. Titta på mätdata en till två veckor efter installationen för att säkerställa att allt fungerar och att det inte finns några fasta ekon. 2. Kontrollera varje vecka att systemet är igång och fungerar som det ska. 3. Fyll på bränsle innan det tar slut. 4. Gör månadsvisa kontroller av datakvaliteten. 5. Låt serva ditt system regelbundet, minst var tredje månad. För GSM-system så måste också automatisk hemtagning av data konfigureras, detta finns beskrivet i bilaga 2. För webbsystem skickas all data automatiskt till AQSystems server. När alla inställningar är gjorda så är det viktigt att kvalitetssäkra mätningen. Som stöd för detta finns fem steg markerade med rött nedan. Dessa steg säkerställer att du inte får några obehagliga överraskningar när det är dags att utvärdera data efter avslutad mätkampanj. 4.1 Kommunicera, fjärrstyr och ladda hem data Är din AQ500 utrustad med GSM-kommunikation så finns information om hur du laddar hem och tittar på data beskrivet i bilaga 2 och 3. GSM-system kan även styras med SMS, vilka funktioner som finns tillgängliga står i bilaga 5. Är ditt system utrustat med webbkommunikation så finns all nödvändig informationen gällande kommunikation, nedladdning av data och fjärrstyrning i bilaga 1. 4.2 Rekommenderade kontroller Då systemet är installerat är det av yttersta vikt att man följer upp mätningarna. Lämna inte systemet obevakat under långa perioder då detta kan medföra stora dataförluster och i värsta fall en oanvändbar mätserie. I de följande avsnitten beskrivs de kontroller AQSystem rekommenderar. 4.2.1 I samband med installation Redan i anslutning till installationen måste man försäkra sig om att allt fungerar som det ska innan man åker ifrån platsen. Säkerställ att temperaturgivaren fungerar och ger rimliga värden samt att högtalarmembranen är hela genom att titta på spektrum innan du åker från platsen. Kalla membran kan producera konstiga spektrum. Låt därför AQ500 vara igång i minst en halvtimme innan du kontrollerar spektrumen. Det viktigaste är att temperatursensorn fungerar och att det inte finns några föremål i omgivningen som reflekterar ljud och därmed orsakar fasta ekon. Hittar man tecken som tyder på att något i omgivningen stör mätningen bör man starkt överväga att flytta systemet för att undvika orsaken. Vi rekommenderar att man tittar på följande parametrar • Temperatur - utan korrekt temperatur blir inte vindmätningen korrekt • Kompletta vindprofiler - för att detektera fasta ekon • Spektrum - kontrollera att högtalarmembranen är ok En vecka eller två efter installation är det viktigt att titta igenom insamlad data. Syftet med kontrollen är att säkerställa att allt fungerar som det ska och att installationen ger goda data. 42 Läs mer om kontrollerna av temperatur, vindprofiler och spektrum i kapitel 5. kompletta 4.2.2 Veckovisa kontroller När man konstaterat att det inte finns något på platsen som stör mätningen går mätkampanjen in i en driftfas. Nu gäller det att se till att det inte blir några onödiga avbrott i mätningen på grund av bränslebrist eller att någon komponent som går sönder inte upptäcks inom rimlig tid. • Kontrollera att inga larm från AQ500 gällande låg bränslenivå eller låg batterispänning finns. Larm kan fås via SMS för system med GSM-kommunikation eller kontrolleras via Webviewern för system med den kommunikationslösningen. Vi rekommenderar att följande kontroller görs minst en gång varje vecka: • Kontrollera högtalarmembranen genom att titta på spektrum. • Kontrollera att den uppmätta temperaturen ser rimlig ut. 4.2.3 Månadskontroller Varje månad bör man titta på dittills insamlad data. Vi rekommenderar att man åtminstone tittar på följande • Kompletta vindprofiler Har man tillgång till data från en närbelägen (inom några hundra meter) mätmast så kan denna användas i månadsuppföljningen. Avvikelser upptäcks betydligt enklare vid jämförelser än vid granskning av en ensam dataserie. • Tidsserier av vindstyrka, temperatur och vindriktning • Datatillgänglighet Observera att jämförelser endast bör göras om mastmätdata har fullgod kvalitet. Läs mer om detta i kapitel 5. • Fördelning av vindstyrka och vindriktning 43 4.2.4 Regelbunden service Förutom regelbundna kontroller av driftstatus och datakvalitet är det också viktigt att sköta om hårdvaran. Själva antennenheten är mycket robust och har inga rörliga delar vilket gör att den enbart i undantagsfall orsakar databortfall på grund av trasiga högtalarmembran. Använd aldrig högre uteffekt än 250 Watt på högtalarna för att undvika skador på högtalarmembranen. Kraftförsörjningen AQ500 innehåller en vanlig dieselmotor och vanliga blysyrabatterier. Dessa komponenter slits på samma sätt som andra motorer och batterier. Livslängden på dieselmotorn är omkring 3000 timmar. Batterierna fungerar under normala driftförhållanden tillfredsställande under minst tre år. Du måste se till att både dieselmotor och batterier underhålls. Vid eftersatt eller felaktigt underhåll förstörs de. Som en konsekvens förlorar du data och måste låta utföra dyra reparationer. . Om dieselmotorn inte går på sommaren så rekommenderar vi att du manuellt sätter igång den någon gång i månaden. Detta kan göras på distans. I tabellen nedan visas serviceschemat för kraftförsörjningen Vid besök Varje månad Bränsletillförsel Varje 200:e drifttimma på elverket Varje 400:e drifttimma på elverket 1. Kontrollera bränslefilter • 2. Kontrollera anslutningar till bränsleslang • Motorolja 3. Kontrollera / Fyll motorolja 4. Byt motorolja 5. Rengör oljefilter • Första tillfället • • Luftfilter och kylsystem 6. Kontrollera luftfilter 7. Byt luftfilter • • Elsystem 8. Kontrollera syranivån i startbatteri 44 • Temperatursensorn Att temperatursensorn fungerar som den ska är en nödvändighet för att vindmätningen ska bli korrekt. Eftersom ljudets hastighet i luft är temperaturberoende så kan en felaktig temperatur innebära att mätvärdena hamnar på fel höjd. En tumregel är att en avvikelse på över tio grader innebär att felen i vindstyrka blir signifikanta. Montera aldrig temperatursensorn ovanför de mörka solpanelerna då detta gör att den uppmätta temperaturen blir för hög! Dämpmaterialets livslängd Dämpmaterialet som sitter i antennutrymmet åldras och slits då det utsätts för väder och vind. Efter några år kan detta påverka vindmätningen då materialets dämpande förmåga försämrats så mycket att ljud reflekteras inne i antennutrymmet. Mest kritiskt är det i den övre delen av antennutrymmet, det är därför där du bör kontrollera materialets kondition. Från början är materialet 30 mm tjockt, när tjockleken närmar sig 15 mm eller om det börjar kännas hårt är det hög tid att byta ut det. Dämpmaterialet har en vågig struktur och tjockleken mäts från väggen materialet sitter på till topparnas spetsar. Exempel på nytt dämpmaterial visas i Figur 4-1 och Figur 4-2. Ett exempel på slitet dämpmaterial visas i Figur 4-3. Figur 4-1 Nytt dämpmaterial i övre delen av antennutrymmet. Töm minneskortet På system med GSM-kommunikation måste man tömma minneskortet med jämna mellanrum, gärna en gång varje år. Blir antalet filer för stort på kortet kan hämtningen av data misslyckas. Detta kan ske även om det fortfarande finns plats på minneskortet och hänger ihop med längden på den lista med filer som skapas. Ingen data går förlorad, men det går inte att hämta hem den utan att åka till AQ500 och fysiskt plocka ut och tömma kortet på data. De filer som hämtas från kortet bör sparas på ett säkert sätt. Figur 4-2 Nytt dämpmaterial i närbild. Övriga kontroller Vi rekommenderar att nedanstående punkter kontrolleras vid varje besök och/eller servicetillfälle • Kontrollera antennen – snö, is, skräp, fågelbon eller dylikt ska tas bort. Använd inte antennutrymmet för förvaring! • Kontrollera kablage Figur 4-3 Slitet dämpmaterial i närbild. 45 5. Analys av data AQSystem gör vissa filtreringar redan i insamlingsskedet för att säkerställa en hög kvalitet på mätdata. Syftet med filterna är att användaren ska kunna använda data för vindresursutvärdering utan vidare filtrering. Filtrera aldrig data på signal-brusförhållande eller på förekomst av standardavvikelse. Data från AQ500 kommer färdigfiltrerad och redo för vidare användning! Inga filter är helt täta och ibland kan avvikande värden passera. Det är därför viktigt att man går igenom sina data innan de ska användas. Felaktiga extremvärden hos vindstyrkan kan förekomma någon eller några gånger per månad. Dessa måste tas bort innan data används. Det saknas mer turbulensdata (standardavvikelse) än vindstyrka och vindriktning. Detta beror på att det ställs olika kvalitetskrav på signalen från atmosfären beroende på om det är vindstyrka/vindriktning eller standardavvikelse som beräkas. få upp tillgängligheten på standardavvikelsen till samma nivå som för vindstyrkan/vindriktningen. AQ500 är ett vektormätande instrument till skillnad från en skålkorsanemometer som är ett skalärmätande instrument. Vektormedelvinden är alltid något lägre än skalärmedelvinden. Som en del i analysen bör man alltid undersöka om en konvertering från vektormedelvärde till skalärvärde är nödvändig! Läs mer om skillnaden vektor-skalär i avsnitt 1.1.2 samt i bilaga 4. En mycket viktig del i analysen är att undersöka om mätningen är påverkad av systematiska fel om datatillgängligheten är lägre än 100 procent. I de följande avsnitten beskrivs vilka filter AQSystem applicerar på data, hur man bör gå igenom sin mätserie för att upptäcka avvikelser och systematiska fel, hur man gör sina data jämförbara med en mastmätning och hur man lämpligast gör själva jämförelsen. Vindstyrkan är inte felaktig bara för att det saknas standardavvikelse! Ett av AQSystems prioriterade utvecklingsområden är att STEG I ANALYSPROCESSEN KVALITETSKONTROLLERA DATA temperatur tidsserier kompletta profiler spektrum UNDERSÖK FÖREKOMST AV SYSTEMATISKA FEL UNDERSÖK BEHOV AV VEKTOR-SKALÄRKORREKTION 46 5.1 Datafiltrering av AQSystem Filtrering av data sker vid två tillfällen i datainsamlingsprocessen. Det första filtreringssteget är då ekot som AQ500 tar emot genomgår signalbehandling. Detta sker i datorn som sitter i AQ500. Det andra filtreringssteget genomförs då data överförs från AQ500 till användaren. Filöverföringen kan ske på två sätt 1. Användaren själv ringer upp systemet med hjälp av SODWIN-MCOM, se bilaga 2. Filterna är en del av MCOM. 2. AQ500 skickar automatiskt data var tionde minut till en säker server ägd av AQSystem. Filterna finns på servern. Då dessa filter uppdateras kontinuerligt är det viktigt att man alltid säkerställer att man har den senaste versionen av MCOM. Detta behöver man som användare inte tänka på om AQ500 är utrustad med AQWebview. Då ser AQSystem till att servern alltid har uppdaterade filter. Figur 5-1 visar en förenklad bild av processen. Det som är markerat i grått sker i datorn som sitter i AQ500 medan det som är markerat med blått sker på användarens dator eller på AQSystems server. De filter som appliceras på varje tidssteg i den senaste versionen av MCOM och på webbservern är beskrivna nedan. Den senaste versionen av MCOM finns alltid tillgänglig på AQSystems hemsida (kräver användarnamn och lösenord som tillhandahålls av AQSystem). 1. Signal-bruskvoten (SNR) måste vara större än 2,1 för att ett värde ska anses giltigt 2. En referensvindprofil (under antagande att en potenslag kan användas för att beskriva profilen) skapas av värdena på 50 och 100 meter. Om något värde på någon annan mäthöjd avviker med mer än +3 meter per sekund från referensvindprofilen filtreras det bort. Om värdet på någon annan höjd avviker med mer än -3 meter per sekund måste SNR vara lägre än 7 för att värdet ska anses ogiltigt. 3. Om vertikalvinden är större än 2,2 meter per sekund eller mindre än -2,2 meter per sekund anses både vertikalvinden, horisontalvinden och vindriktningen ogiltiga. Figur 5-1 Förenklad beskrivning av processen från utsänd ljudpuls till läsbart mätvärde. Stegen markerade med grått äger rum i AQ500 medan de blå stegen sker i användarens dator eller på AQSystems server om systemet har webblösning. 47 5.2 Normal tillgänglighet Hög datatillgänglighet är avgörande för att få en mätning som är fri från systematiska fel. Figur 5-2 visar hur stor datatillgängligheten av vindstyrkan, uttryckt som procent av mätperioden, normalt är på olika höjder. Datatillgängligheten är baserad på 30 mätkampanjer, i huvudsak utförda i Norden. Mätperioderna längd varierar mellan 76 och 769 dygn med en medellängd på 181 dygn. Sköter man AQ500 enligt AQSystems rekommendationer, beskrivna i kapitel 4, ska man ligga inom intervallet avgränsat av de röda kurvorna. Mäter man på platser där snö förekommer under vintern krävs en dieselvärmare för att datatillgängligheten ska vara tillfredsställande. För gärna dagbok över hur mätningen fortlöper. Det är då lättare för den som ska utvärdera mätningen att avgöra om en datatillgänglighet som avviker från den normala beror på att systemet inte underhållits på ett bra sätt eller om man måste söka andra orsaker. Figur 5-2 Den blå kurvan visar medelvärdet av datatillgängligheten hos AQ500 på olika mäthöjder. (z) Medelvärdet är baserat på data från 30 mätkampanjer. Längden på mätperioderna varierade mellan 76 och 769 dygn med ett medelvärde på 181 dygn. De röda kurvorna är medelvärdet plus och minus en standardavvikelse. 48 5.3 Kvalitetskontroll av data Att kvalitetskontrollera data innebär inte bara att studera de insamlade observationerna. Man måste också titta på i vilket skick AQ500 är och hur installationen är gjord. Det här avsnittet beskriver ingående vilka steg en kvalitetskontroll måste innehålla. Dokumentation En ordentligt dokumenterad installation ger den som analyserar möjlighet att bedöma vilka förutsättningar AQ500 har att göra ett bra jobb. Dokumentationen måste åtminstone innehålla • Fotografier på omgivningen • Fotografier på AQ500 efter installation • En karta över platsen med omnejd • Information om servicetillfällen • Händelselogg Med hjälp av dokumentationen måste det gå att avgöra om terrängen kan påverka mätningen och om det finns några ljudreflekterande föremål i volymen mellan halvsfärerna i Figur 2-1. Bedömning av platser beskrivs i kapitel 2. Kontrollera utrustningen Utifrån dokumentationen måste det gå att bedöma i vilket skick AQ500 är. • Hur gammalt är systemet? • Har service utförts enligt rekommendationerna i avsnitt 4.2.4? • Har systemet utsatts för kraftigt yttre våld under transport eller installation? Trafikolyckor, dåliga vägar med stora stenar eller djupa hålor eller om systemet tappats då det lyfts kan orsaka skador som kan påverka mätningen. • I vilket skick är det ljudabsorberande materialet i antennutrymmet? Har det blivit bytt någon gång? Utan bra dämpmaterial riskeras kvaliteten på mätningen. • Har tankning skett innan bränslet tagit slut? Detta är avgörande för att batterierna ska må bra. Bra batterier gör att dieselmotorn går mindre vilket är positivt både ur drift- och miljöaspekt. • Har termometern varit monterad korrekt? Se avsnitt 3. 49 Temperatur Är temperaturvärdena felaktiga eller saknas så kommer vindhastigheten att beräknas felaktigt. Formeln nedan kan användas för att uppskatta felet under antagande att vinden följer en potenslag. Den temperatur som finns registrerad i datafilerna används i beräkningen. Enda undantaget är om data är markerad som saknad med 9999. Då används +15°C. 40 30 20 Temperature (ºC) Kontrollera att temperaturgivaren ger rimliga värden. Både för platsen och för årstiden. I Figur 5-3 visas ett exempel på temperaturvariationen under ett år på en plats i Norden. På sommaren, när solen är stark, har vi normalt ett utpräglat maximum i temperaturen under dagen och ett minimum under natten, Figur 5-4. På vintern, när solen är svag, är det i hög grad molnförhållandena och passage av låg- och högtryck som ger temperaturkurvan dess utseende, Figur 5-5. 10 0 −10 −20 −30 −40 110101 där U = vindstyrka och δU / U = (Umätt - Uverklig) / Umätt . 110401 110701 111001 120101 Figur 5-3 Temperaturen under ett år på en plats i norden. T = temperatur och δT = Tmätt - Tverklig 24 och α är vindskjuvningspotensen. 22 Exempel 1 temperatur Temperature (ºC) Den verkliga temperaturen är cirka 15°C. Den felaktiga, mätta temperaturen är 0°C. Alltså Tverklig =+15 och Tmätt = 0. Vi får δT = 0 - 15 = - 15. Vindskjuvningen α = 0,3. Formeln ger 20 18 16 14 12 10 8 110619 dvs. -1,9 %. Den uppmätta medelvinden är 1,9 % för svag 110622 110623 0 −2 −4 −6 −8 −10 −12 −14 −16 110130 110131 110201 110202 110203 110204 110205 110206 110207 Figur 5-5 På vintern är det molnighet och passage av låg- och högtryck som i hög grad bestämmer utseendet på temperaturkurvan. 50 110624 2 Temperature (ºC) Ibland är inte temperaturavtagandet torradiabatiskt, men avvikelsen är normalt mindre än någon grad i de delar av atmosfären där AQ500 mäter (de lägsta 200 metrarna). Låt oss sätta in detta i formeln och ansätta en vindskjuvning α = 0,3. Vi får δU ⁄ U = 0,0013 eller 0,13 %. Om termometern fungerar är således temperaturavvikelsens inverkan på mätningen försumbar. 110621 Figur 5-4 Temperaturen på sommaren har en utpräglad daglig gång. I beräkningen av vindstyrkan antar vi att temperaturavtagandet i atmosfären är torradiabatiskt, 0,98°C / 100 meter. Exempel 2 temperatur 110620 Tidserie av vindstyrka Nästa steg i kvalitetskontrollprocessen är att visuellt inspektera tidserier av vindstryka och vindriktning. Genom att rita upp flera nivåer på samma gång är det enklare att upptäcka avvikelser. Ett exempel på spikar som måste tas bort visas i Figur 5-6. Det bör inte finnas mer än en handfull under en månad. 25 Wind Speed (m/s) Leta efter orimliga extremvärden, spikar, i vindstyrkan. Dessa måste tas bort innan data används! U50 U100 U150 30 20 15 10 5 Observera att värden markerade med 9999 i datafilerna inte är spikar utan markerar saknade observationer. 0 100214 100221 100228 Figur 5-6 Tidserie av vindstyrka, U, på höjderna 50, 100 och 150 m från februari 2010. På 100 meter syns några spikar som måste tas bort innan data analyseras vidare. 51 Kompletta vindprofiler I avsnitt 2.1 beskrivs hur man gör för att minimera risken för fasta ekon, det vill säga ekon från föremål i närheten av installationsplatsen. I det här avsnittet beskrivs hur fasta ekon påverkar mätningen och hur det vi kallar kompletta profiler kan användas för att detektera fasta ekon. AQ500 använder dopplereffekten för att beräkna vinden, se avsnitt 1.1. Ett stillastående föremål orsakar inget dopplerskift och ekot som kommer tillbaks har samma frekvens som den signal som sändes ut. Detta tolkas av AQ500 som att vindstyrkan är noll meter per sekund. Fasta ekon som blandas med riktiga atmosfärsekon gör att den uppmätta vindstyrkan blir lägre än den skulle varit om det inte funnits några fasta ekon. tidsskalan några timmar eller mindre. Vi rekommenderar därför att man gör medelvärden av de kompletta profilerna över minst ett dygn så att inte naturliga fluktuationer på grund av turbulens misstas för fasta ekon Låt oss studera de schematiska profilerna i Figur 5-9. Om vi vill göra ett medelvärde av alla kompletta profiler mellan 50 och 200 meter så är det enbart den blå profilen som uppfyller kravet att det finnas data på alla nivåer. Om vi istället vill ha medelvärdet av alla kompletta profiler mellan 50 och 100 meter så uppfylls kravet med data på alla nivåer av alla tre. Mer data innebär att vi får ett bättre underlag för att bedöma den kompletta profilen. Om de högsta nivåerna inte är intressanta så är det därför fördelaktigt att inte inkludera dem i medelvärdesbildningen. Att de nivåer som påverkas av fasta ekon får en något lägre vindstyrka än de opåverkade kan vi använda för att detektera dem. Ett mycket bra verktyg för att göra detta är kompletta profiler. Vi använder kompletta profiler för att inte riskera att dra fel slutsatser på grund av olika datatillgänglighet på olika höjder. En vindprofil för ett tidssteg, 10 minuter, är den enklaste profilen som kan fås från en AQ500. Under ett dygn kan vi som mest få 144 profiler. Kompletta profiler är kraftigt påverkade av systematiska fel och ska enbart användas för att undersöka förekomst av fasta ekon! En komplett profil är en profil där observationer finns på alla nivåer. Det är viktigt att man inte bara tittar på ett enstaka dygn eftersom de fasta ekonas påverkan på mätningen kan vara vindriktningsberoende. Så även om man inte upptäcker några fasta ekon under de första dygnen efter installationen bör man kontinuerligt följa upp och kontrollera sina data till dess att alla vindriktningar är representerade. I Figur 5-9 visas tre schematiska vindprofiler. De är från tre olika tidssteg och visar hur det blåste på olika höjder under tre tiominutersperioder. Den blå profilen innehåller data på alla höjder mellan 50 och 200 meter. Den röda profilen innehåller data på alla höjder mellan 50 och 100 meter medan den gröna profilen innehåller data på alla höjder mellan 50 och 150 meter. 0 70 Fasta ekon framträder tydligare om y-axeln eller både y och x-axlarna är logaritmerade. Vindprofiler som följer en potenslag ska vara raka om båda axlarna logaritmeras, vindprofiler som följer en logaritmisk profil ska vara raka om enbart y-axeln logaritmeras. Böjar och knyckar mot lägre vindstyrka tyder på fasta ekon. 50 Ett fast eko på en nivå påverkar inte datakvaliteten på övriga, ostörda, nivåer. 0 0 Man bör dock alltid sträva efter att installera AQ500 så att inga störningar förekommer för att minska risken för misstolkning av resultaten! 0 70 50 4 5 6 7 8 Figur 5-7 Schematiska vindprofiler för tre olika tiominutersperioder. Vindstyrkan på en viss höjd varierar mellan två tiominutersperioder. Vindprofilen är därför inte stabil på 52 Metodik för att använda kompletta profiler 1. Vilket höjdintervall är du intresserad av? Välj att göra kompletta profiler enbart med data på de höjder som är relevanta för din tillämpning. Närmast marken finns flera olika gränsskikt i atmosfären, dessa är i normalfallet inte intressanta ur ett vindenergiperspektiv. Vi rekommenderar att man, för att undvika förvirring, enbart tittar på data från höjder över 60 meter. I allmänhet behöver man heller inte titta på höjder över 150 meter. Ett exempel på kompletta profiler fria från störningar visas i Figur 5-10. Ett exempel med störda profiler visas i Figur 5-11. 190 01101 9 1 0 01101 0 7 01101 1 104 0110 01 10 0110 0 1 1 0110 0 11 0110 04 1 7 170 150 10 110 90 70 50 2. Rita upp kompletta vindprofiler med så lång medelvärdesperiod som möjligt, minst ett dygn lång bör perioden vara. Prova gärna olika längd på medelvärdesperioden, ju längre period desto mindre inverkan får enstaka dagar och desto säkrare blir bedömningen av en eventuell störning. 3. Gör en passning av en potensprofil eller en logaritmisk profil till din kompletta profil och rita sedan upp skillnaden mellan de två. Detta gör att eventuella avvikelser syns mycket tydligare än om enbart den kompletta profilen ritas upp. Om skillnaden är mindre än ± en procent anses mätningen vara fri från signifikanta störningar. Exempel på passning och skillnad visas i Figur 5-12 och Figur 5-13. u 20110115−20120202 170 170 150 150 130 130 110 110 z (m) 190 90 90 70 70 5 6 7 8 9 complete fit −0.5 0 0.5 com − fit (%) 1 50 1 7 5 3 3 3 3 3 3 3 3 5 3 4 5 6 7 8 8 8 8 8 8 8 5 3 3 7 4 5 6 7 8 8 Figur 5-9 Exempel på kompletta profiler med ett väldigt tydligt fast eko på nivåerna 120 till 170 meter. Nivåerna under 120 meter är möjliga att använda. Axlarna är logaritmerade så att profiler som följer en potenslag blir räta linjer. Vi ser att flera av profilerna inte följer en potenslag på nivåerna under 120 meter genom att de är böjda. 6 u 8 Figur 5-10 Höger; Den kompletta profilen över cirka ett år visas i blått. En passning av en potenslag till denna visas som rödstreckad linje. Vänster: Skillnaden mellan den kompletta profilen och passningen i procent. Skillnaden är extremt liten i detta fall. Figur 5-11 Som Figur 5-12 men med ett tydligt fast eko på högre nivåer. Det framgår också tydligt, genom profilens böjda form, att den inte följer en potenslag på ostörda nivåer. loglog 190 190 170 170 150 150 130 130 110 110 z (m) 50 −1 11 1 Figur 5-8 Exempel på kompletta profiler fria från störningar mellan 50 och 200 meter. Axlarna är logaritmerade vilket gör att profiler som följer en potenslag blir räta linjer. Profilerna är medelvärdesbildade över ett dygn och siffran efter datumet anger hur många profiler som ingår i den medelvärdesbildade profilen. u 20130801−20130818 com ±1% 10 7 loglog 190 4 90 90 70 70 50 com ±1% −2 0 2 com − fit (%) 4 50 complete fit 5.5 u 6 6.5 53 Spektrum Spektrum från AQ500 används främst för att kontrollera status på högtalarna. Om ett högtalarmembran gått sönder är det viktigt att det byts ut så snart som möjligt för att undvika förlust av data. Det finns två sätt att titta på spektrum. Antingen via programvara SODWIN.NET, se bilaga 3, eller via AQSystems Webviewer, se bilaga 1. Vilket av dessa verktyg man kan använda beror på vilken typ av kommunikationslösning som är installerad i AQ500. SODWIN.NET används då man ringer upp systemet med ett vanligt telefonmodem för att hämta hem data. Webviewern används då AQ500 automatiskt skickar data till AQSystems dataserver var tionde minut. I Webbviewern sparas alla spektrum från alla tiominutersperioder. För uppringda system sparas endast ett spektrum för varje gång som systemet rings upp. Ringer man upp systemet en gång per dygn och laddar hem data sparas ett spektrum per dygn, om man enbart ringer upp systemet till exempel var tionde dag så får man bara spektrum från det senaste tidsteget. FAKTARUTA Ett spektrum är en uppdelning av till exempel ljud i olika våglängder eller frekvenser. Genom att analysera ett inspelat ljud kan man få fram vilka frekvenser det består av. I AQ500 används en fouriertransform för att gå från tidsrummet till frekvensrummet. Hz. Toppar på spektrum som ligger till höger om centrumlinjen ska tolkas som att vinden blåser mot den mätloben. Detta betyder i sin tur att ekots frekvens är högre än den utsända. På motsvarande sätt så betyder toppar på spektrum till vänster om centrumlinjen att det blåser bort från den mätloben; frekvensen på ekot är lägre än det utsända ljudet. Under vindsvaga förhållanden eller då vinden blåser vinkelrätt mot den riktning som mätloben är riktad i så blir skillnaden i frekvens mellan det utsända ljudet och det reflekterade ekot mycket liten, toppen på spektrumet kommer i dessa fall att ligga på eller väldigt nära centrumlinjen. Figur 5-14, hämtad från Webviewer, visar fina spektrum på en nivå från de tre mätloberna. De är symmetriska och har samma form. Den blåaktiga vertikala linjen, centrumlinjen, representerar den frekvens som AQ500 skickar ut, 3144 Figur 5-12 Exempel på fina spektrum från de tre mätloberna visat i Webbviewern. Den ljusblå vertikala linjen, centrumlinjen, representerar frekvensen på det ljud som sänds ut. Är toppen till höger om centrumlinjen är frekvensen högre än den utsända – det blåser mot den loben. På samma sätt så betyder en topp till vänster om centrumlinjen att frekvensen är lägre än den utsända – det blåser från den loben. 54 Dataförlust på grund av trasiga högtalarmembran är ovanligt men man bör ändå kontrollera membranen i samband med de rutinmässiga veckokontrollerna, se spektrumet från den högtalare där membranet är sönder blir ett rakt streck i nederkanten av spektrumbilden, Figur 5-15. Ett trasigt högtalarmembran kan också visa sig som en .extra puckel på spektrumet, se Figur 5-16. Undvik trasiga högtalarmembran genom att inte ha högre uteffekt än 250 Watt på högtalarna! avsnitt 4.2. Ett trasigt högtalarmembran kan visa sig genom att Figur 5-13 Ett trasigt högtalarmembran kan visa sig genom att spektrumfiguren blir ett rakt streck i nederkanten på spektrumbilden för den högtalare där membranet är sönder.. I det här fallet är det B-högtalaren som är trasig. B-högtalaren hör samman med B-loben, se Figur 1-3 Figur 5-14 Ett trasigt högtalarmembran kan också visa sig som en extra puckel jämte det riktiga spektrumet. I det här fallet ligger störningen till vänster om det riktiga spektrumet på C-högtalaren. 55 5.4 Bedömning av betingning och systematiska fel Datatillgänglighet blir lägre ju högre mäthöjd man tittar på, se Figur 5-2. Saknas det data måste man undersöka vilka data man förlorar för att inte riskera systematiska fel i mätningen. Om data förloras slumpmässigt får man inget systematiskt fel. Om däremot data enbart saknas under visa yttre förhållanden finns det risk för systematiska fel, mätningen blir betingad på ett speciellt yttre förhållande. Man måste alltid undersöka om systematiska fel förekommer i mätningen! En metod för att undersöka förekomsten av systematiska fel finns beskrivet i bilaga 6. Vänligen observera att den beskrivna metoden enbart fungerar på perioder då AQ500 varit i drift. Om det finns uppehåll i mätserien så krävs det ytterligare information för att utvärdera förekomsten av systematiska fel under de perioderna. 5.5 Skalär-vektor korrektion En vindmätning gjord med AQ500 skiljer sig från en vindmätning gjord med traditionell skålkorsanemometer. Detta beror på att det är två olika mätprinciper som används, se avsnitt 1.1.2. En vindmätning med AQ500 ger i praktiken alltid ett lägre värde än vindmätning med anemometer. I bilaga 4 finns detta beskrivet och en metod för att få vinden uppmätt med en AQ500 jämförbar med en anemometervind presenteras. 5.6 Jämför AQ500 med en annan mätning När du vill jämföra data från en AQ500 med en annan mätning från samma plats så är det i grova drag tre saker som måste göras Använd enbart samtidig data och undersök också hur stor osäkerheten i jämförelsen är. I bilaga 8 finns en beskrivning av hur AQSystem tycker att en bra jämförelse ska utföras. 1. Kvalitetskontrollera data från AQ500 En numerisk modell är en mycket grov förenkling av verkligheten och kan aldrig återskapa vindens variationer i tid och rum. Att validera resultaten från en modellsimulering med hjälp av mätningar är grundläggande för att få en uppfattning om osäkerheten i modellresultatet. Vi mäter för att minska osäkerheten i modelleringen och kan därför inte använda modellresultat för att validera kvaliteten på en mätning. 2. Kvalitetskontrollera data från referensmätningen 3. Jämför dataseten Att jämföra två datakällor utan att kvalitetskontrollera dem är slöseri med tid då det inte går att värdera resultatet. Det är också viktigt att göra jämförelsen på rätt sätt. Använd aldrig en numerisk modell för att validera kvaliteten på Din mätning! Vi mäter för att minska osäkerheten i modelleringen! 56 Bilaga 1 - Användarhandledning AQ webviewer 1:1 1. Användarhandledning AQ webviewer AQSystems Webviewer är ett verktyg för övervakning av dina mätningar. För att logga in krävs enbart en webbläsare samt en dator med internetanslutning. Rekommenderade webbläsare är Firefox och Google Chrome. Gå till adressen webview.aqs.se och logga in med det användarnamn och lösenord du fått av AQSystem. 1.1 Fliken Overview - startsida Figur 1-1 visar hur det ser ut när du loggat in i AQSystems Webviewer. Det är fliken Overview i fliklistan till vänster som visas. I tabellen till höger visas en översikt över de av dina system som är upplagda i Webviewern. Startvyn ger en snabb överblick över systemens status. Pricken i anslutning till systemen i tabellen kan vara grön, gul eller röd. Är pricken grön betyder det att bränslenivån är ok, att batterierna är laddade och att systemet är igång. Är pricken gul eller röd så föreligger någon form av driftstörning. Orsaken till att pricken inte är grön kan man hitta genom att klicka på pricken eller genom att klicka på fliken Station. Både denna och övriga flikar beskrivs i detalj i senare avsnitt. I tabellen finns förutom statusinformation även uppgifter om när senaste vinddata samlades in, hur stor datatillgängligheten har varit under det senaste dygnet/ senaste veckan samt den senast insamlade vindhastigheten 100 meter över marken och temperaturen 2 meter över marken. Speciellt om du har många system är fliken Overview ett sätt att snabbt kontrollera hur dina system mår. Figur 1-1 Fliken Overview är den vy som möter dig när du loggat in. 2 1.2 Fliken Wind graph Under fliken Wind graph kan man titta på vindprofil och turbulensintensitet från valfritt tidsteg, se Figur 1-2. Längst upp på sidan i droplistmenyn kan man välja vilket system man vill titta på. Det datum som senaste data är ifrån visas jämte Date. Man väljer ett nytt datum genom att skriva ett nytt i rutan och trycka på Update available timestamps. Alternativt klickar man på den blå rutan jämte och väljer datum i den kalender som då kommer upp. Det tidssteg under valt dygn man vill titta på väljs i droplisten Choose timestamp. Det finns en checkbox, Show wind directions, under vindprofilen, om man klickar i den kommer pilar att visa vindriktningen i grafen. Om pilen pekar uppåt betyder det att vinden är sydlig, det vill säga att det blåser från söder mot norr. Figur 1-2 Under fliken Wind graph kan man titta på vindprofilen och turbulensintensiteten från valfritt tidssteg. 3 1.3 Fliken Station Under fliken Station visas detaljerad information om det system man valt i droplistmenyn. På sidan finns informationen samlad under olika rubriker. 1.3.1 Rubriken Alarms Under rubriken Alarms, Figur 1-3, visas systemets driftstatus med samma typ av färgade markeringar som under fliken Overview fast uppdelat i fyra kategorier. • Low fuel level – ändrar färg när bränslenivån börjar bli låg • Unable to start – ändrar färg om generatorn inte kan starta • Low battery, sodar disabled – ändrar färg om spänningen i batteriet blivit för låg och batterierna inte laddas. Systemet stängs av. • Scheduled maintenance – ändrar färg om ett datum för inplanerad service har passerats. Här finns också en knapp, Clear all alarms, som måste användas för att återställa larmen när orsaken åtgärdats. Observera att inga larm återställer sig själva i dagsläget! Figur 1-3 Rubriken Alarms under fliken Station. 1.3.2 Rubriken Status Nästa rubrik på sidan är Status. Här visas en tabell över systemets tekniska status just nu. Innehållet i tabellen visas i Figur 1-4. Punktlistan nedan innehåller information om innehållet. • Battery bank voltage – spänningen i batteribanken • Start battery voltage – spänningen i startbatteriet • Generator mode – kan vara Auto, Manual eller Stop. Innebörden beskrivs i nästa avsnitt. • Running generator – om rutan är ibockad så kördes generatorn vid det senaste tillfället som systemet hade kontakt med webbtjänsten (normalt var tionde minut). • Tot hours of operation – totala tiden som generatorn varit i drift. Generatorn förbrukar en liter diesel i timmen. • Running diesel heater – om rutan är ibockad så kördes dieselvärmaren vid det senaste tillfället som systemet hade kontakt med webbtjänsten (normalt var tionde minut). Dieselvärmaren förbrukar 0,1 liter diesel i timmen. • External power connected – är ibockad om 220 volt är inkopplat i systemet. • Motor air temperature – anger temperaturen i generatorn just nu • PLC firmware version – version på den mjukvara som finns i den dator som sköter övervakningen av eldriften i vagnen. • Sodar firmware version – mjukvaruversionen i sodar datorn Figur 1-4 Rubriken Status under fliken Station. 4 1.3.3 Rubriken Settings Därefter kommer rubriken Settings, Figur 1-5. Här har man möjlighet att ändra inställningar genom att klicka på knappen Edit under tabellen. Det är viktigt att komma ihåg följande när inställningar ändras i systemet • Det är alltid vagnen som kontaktar servern • En ändring som görs i formuläret under rubriken Settings skrivs inom två minuter till en inställningsfil som ligger på servern • Vid vagnens nästa kommunikationstillfälle, den ringer upp servern var tionde minut, så hämtar den inställningsfilen och applicerar ändringarna. • Vid nästföljande kommunikationstillfälle så skickas resultatet av inställningarna från vagnen tillbaks till servern. Det är med andra ord helt i sin ordning att det tar en stund från det att man trycker på knappen i webviewern tills man ser att inställningarna slagit igenom; två kommunikationstillfällen krävs. Figur 1-5 Rubriken Settings under fliken Station. I tabellen ingår följande • Control of generator - kan vara antingen Auto, Manual eller Stop. Vi rekommenderar Auto. · Är den inställd på Auto så körs generatorn igång då spänningen i batteribanken sjunkit under den gräns som är inställd under Start voltage (Generator). · Ändrar man inställningen till manual så sätter generatorn igång så fort instruktionen om ändring når systemet (tar som mest 10 minuter). När körningen är klar så ändras inställningen automatiskt till Auto. · Om den är inställd på Stop så stannar generatorn och förblir stoppad tills man ändrar inställningen. • Start voltage (Generator) – om generatorn är satt på Auto så startar den om spänningen i batteribanken sjunker under det värde som är satt här. Vi rekommenderar 12 Volt • Generator running time in auto mode (minutes) – så länge körs generatorn efter start då den är inställd på auto. Vi rekommenderar 60 minuter. • Generator running time in manual mode (minutes) – Så länge körs generatorn om den startas manuellt. Vi rekommenderar 60 minuter. • Diesel heater running time in auto mode (minutes) – så länge körs dieselvärmaren innan generatorn startar då generatorn är inställd på auto. Vi rekommenderar 60 minuter. • Diesel heater running time in manual mode (minutes) – så länge körs dieselvärmaren innan generatorn startar då generatorn startas manuellt. Vi rekommenderar minst 5 minuter. • Next Scheduled Maintenance – här lägger man in nästa planerade servicedatum. • Output power (Watts) – systemets uteffekt. Ett lägre värde innebär lägre volym på det utsända ljudet. Detta kan vara användbart om sodarn står nära bebyggelse. Men måste dock vara medveten om att ett lägre värde medför lägre datatillgänglighet på högre höjder. Vi rekommenderar 250 Watt under normal drift. • Antenna orientation (deg) – här ställer man in riktningen på systemets dragstång. Det är viktigt att denna är korrekt för att rätt vindriktningen ska beräknas. 5 1.3.4 Rubriken Environment Genom att klicka på Environment längst upp på sidan visas information om platsen där AQ500 står placerad, Figur 1-6. Följande information finns • Outdoor temperature - uppmätt temperatur utanför sodarn. • Humidity - uppmätt relativ fuktighet utanför sodarn. • Latitude (WGS-84) – systemets latitud i decimala grader. Ett plustecken innebär norra halvklotet, ett minustecken södra halvklotet. • Longitude (WGS-84) – systemets longitud i decimala grader. Ett plustecken innebär öster om nollmeridianen, ett minustecken väster om nollmeridianen. Här finns också en karta som visar var systemet står. Figur 1-6 Rubriken Environment under fliken Station. 6 1.4 Fliken Export Under fliken Export kan du exportera data från databasen till textfiler. När du klickar på Export så ser du vyn i Figur 1-7. Det finns ett enkelt sätt att exportera data och ett lite mer avancerat. Dessa två beskrivs i nästkommande avsnitt. Figur 1-7 Detta visas när du klickar på fliken Export. 1.4.1 Enkel export Detta är den metod vi rekommenderar om mätdata ska skickas till tredje part. Metoden säkerställer att all viktig information finns med i filerna. Börja med att välja startdatum i kalendern till vänster och slutdatum i kalendern till höger. Välj därefter "Classic" i droplisten där det står "Select template" och tryck på knappen Export. Detta gör att man får en fil per dygn med data under den period man valt. Dygnsfilerna ser ut på precis samma sätt som om man laddar hem data från systemet via GSM-modem med SODWIN MCOM. Skillnaden är att nu hamnar alla filer samlade i en .zip fil. Datorer med nyare versioner av Microsoft Windows (XP, VISTA, WINDOWS7, WINDOWS8) installerat stödjer .zip-filer, man behöver därför inte installera några extra program för att packa upp filen. 1.4.2 Avancerad export Man har också möjlighet att själv definiera mallar, så kallade templates, som beskriver formatet på data som exporteras. Är man bara intresserad av någon enstaka parameter kan detta vara ett snabbt sätt att få ut bara den information man anser vara relevant. Skapa en egen exportmall genom att klicka på knappen Manage templates, då visas en sida med alternativ enligt Figur 1-8. Man kan välja att göra en helt ny mall genom att börja fylla i fälten. Man kan också välja att editera en befintlig mall genom att välja den i droplisten. Skillnaden mellan om du väljer att skapa en ny mall eller editera en befintlig mall är att i fallet med befintlig mall så kommer en del uppgifter att vara ifyllda. Väljer du en befintlig mall kan du också ta bort den genom att trycka på knappen Delete som blir synlig jämte droplisten. För att skapa en ny mall går du igenom formuläret på sidan uppifrån och ned enligt följande: 1. Ge mallen ett namn i rutan Template Name 2. Välj önskat filformat. Tillgängliga format är a. .CSV - lämplig att öppna i MS Excel b. kommaseparerad .TXT – värdena i filen åtskiljs med kommatecken c. tabbseparerad .TXT värdena i filen åtskiljs av en tabb 3. Välj hur du vill ha dina värden i Table Style. a. All Levels in one Row (One integration period) – För ett tidsteg fås alla nivåers värden på en och samma rad i filen. b. Each Level at a Separate Row – varje nivå hamnar på en egen rad i filen. 4. Välj om du vill ha en punkt eller ett komma som decimalavgränsare. 5. Välj om du vill inkludera kolumnbeskrivningar i filen och bocka i om du vill ha en heading i filen. 6. Därefter väljer du ur droplisten de parametrar du vill inkludera. Markera en parameter och tryck på Add. 7 Den hamnar då i rutan närmast under droplisten. Upprepa proceduren för varje parameter du vill ha med. Tillgängliga parametrar visas i Figur 1-9. Det går att ändra i vilken ordning de valda parametrarna skrivs till filen genom att markera en parameter och flytta den upp och ner i listan med knapparna Up och Down. Det går också att ta bort en vald parameter om den är markerad genom att klicka på knappen Remove. 7. Välj vilka nivåer som ska tas med i filen genom att klicka i bockrutorna. Knapparna under bockrutorna kan användas om alla höjder ska markeras/avmarkeras. 8. Spara din mall genom att trycka på Update. Avbryt genom att trycka på Cancel. Figur 1-9 Tillgängliga parametrar för export. Figur 1-8 Här skapar du egna mallar för export av data. 1.5 Fliken Spectrum På fliken Spectrum har man möjlighet att titta på spektrum från de tre antennerna (A, B och C) i AQ500, se Figur 1-10. I Droplist-menyn väljer man vilket system man vill titta på. Det datum som senaste data är ifrån visas jämte Date. Man väljer ett nytt datum genom att skriva ett nytt i rutan 8 och trycka på Update available timestamps. Alternativt klickar man på den blå rutan jämte och väljer datum i den kalender som då kommer upp. Det tidssteg under valt dygn man vill titta på väljs i droplisten Choose timestamp. De övriga knapparna längst ned på sidan har följande funktion: • Lowest – rita spektrum från lägsta mätnivån. • Highest - rita spektrum från högsta mätnivån. • Down – stega nedåt bland nivåerna • Up – stega uppåt bland nivåerna • Auto step – stega automatiskt genom nivåerna genom att bocka i rutan. • Auto Gain – om ibockad så visas normaliserade spektrum, detta underlättar om man vill jämföra spektrum från olika nivåer. Toppar på spektrum som ligger till höger om centrumlinjen, den blåaktiga vertikala linjen, ska tolkas som att vinden blåser mot den mätloben. Detta betyder i sin tur att ekots frekvens är högre än den utsända. På motsvarande sätt så betyder toppar på spektrum till vänster om centrumlinjen att det blåser bort från den mätloben; frekvensen på ekot är lägre än det utsända ljudet. Under vindsvaga förhållanden eller då vinden blåser vinkelrätt mot den riktning som mätloben är riktad i så blir skillnaden i frekvens mellan det utsända ljudet och det reflekterade ekot mycket liten, toppen på spektrumet kommer i dessa fall att ligga nära centrumlinjen. Spektrumen kan användas för att identifiera trasiga högtalarmembran. Läs mer om detta i AQ500 Användarhandledning. Figur 1-10 Spektrum från nivån 50 meter. Datum och tidssteg går att ändra i fälten ovanför spektrumen. Med knapparna längst ned så går det att välja från vilka höjder man vill se spektrum. 9 1.6 Fliken Time series Här kan man på ett enkelt sätt titta på data som är lagrad i databasen. Man använder det formulär som visas i Figur 1-11. 4. I fältet History så kan man välja att läsa in data 30 eller 60 dygn bakåt i tiden från det datum man valde i fältet Date. 5. I fälten Height 1–4 så väljer man vilka nivåer man vill titta på. 6. Tryck på knappen Submit data and view result för att rita upp data. I grundutförandet visas en tidsperiod om ett dygn när man tittar på data. Ett exempel på hur det ser ut visas i Figur 1-13. Det finns några knappar och bockrutor som kan användas för att ändra hur data visas, se den nedre delen av Figur 1-13. Figur 1-11 Formuläret som används för att visualisera databasen. För att titta på data är det bara att följa stegen nedan 1. Välj vilket system du vill titta på i fältet Station. 2. Ange parameter i fältet Type. Tillgängliga parametrar visas i Figur 1-12. 3. Välj datum att utgå ifrån i fältet Date. Figur 1-12 Parametrar som kan visualiseras. Figur 1-13 Tidsserier av vindhastighet på tre höjder visualiserade. 10 1. Bläddra framåt och bakåt i tidsserien med hjälp av knapparna – One Day och + One Day. 2. Med bockrutan Show Measurement Points ikryssad så visas datapunkterna som cirklar på kurvorna. 3. Med Lock Scale så låser man den aktuella skalan så att den inte ändras när man bläddrar mellan dygnen. 4. Bockrutan Show Labels används om man vill/inte vill skriva ut namnet på de dataserier som visas i figuren. 5. Med bockrutorna Show Height 1–4 kan man välja vilka höjder man vill visa. 6. Längst ned finns tre radioknappar som gör det möjligt att välja om man vill visa ett helt eller ett halvt dygn i figurfönstret. 1.7 Fliken Wind rose Precis som namnet antyder kan man här titta på en vindros baserad på data från databasen, se Figur 1-14. 1. Välj system i fältet Station. 2. Välj från vilken höjd data ska hämtas ifrån i fältet Height. 3. Antalet sektorer väljs i fältet Segments, möjliga val är 8, 12, 16 och 32 stycken. 4. Välj start- och slutdatum och tryck därefter på knappen Generate rose för att rita upp vindrosen. Figur 1-14 En vindros baserad på några få dagars data. 1.8 Fliken Event log Under fliken Event log visas en sammanställning över inloggningar som gjorts. Där noteras också om det gjorts några ändringar under fliken Station. Däremot noteras inte i detalj vilka ändringar som gjorts, Figur 1-15. Figur 1-15 Fliken Event log innehåller en sammanställning över inloggningstillfällen samt noteringar om när ändringar gjorts. 11 Bilaga 2 - Användarhandledning SODWIN-MCOM 2:1 1. SODWIN-MCOM Program för automatisk nedladdning av data från AQ500 SODWIN-MCOM är det program som används för att ladda hem datafilerna som lagras i AQ500. Programmet kan användas för att ladda ner data från ett eller flera system. När programmet är installerat och inställt sköter det automatiskt datanedladdningen från de system som är aktiva. Mätdata som laddas ner lagras i läsbara filer på den plats som användaren har angett. 1.1 Installation Om du har en äldre version av SODWIN-MCOM avinstallera först den tidigare versionen. Avinstallationen gör du på Startmenyn -> Kontrollpanelen -> Lägg till eller ta bort program. Förfarandet kan vara något annorlunda och bero på vilken version av Windows du har installerad. Gör därefter följande 1. Öppna den medföljande CD:n i utforskaren eller ladda hem installationsfilerna från AQSystems hemsida. Detta kräver användarnamn och lösenord som du får av AQSystem. 2. Dubbelklicka på filen Setup.exe för att starta installationen. 3.Följ instruktionerna i installationsprogrammet. 4. Starta SODWIN-MCOM från startmenyn. När programmet startat visas vyn i Figur 1-1. Figur 1-1 Fönstret som visas då SODWIN-MCOM installeras. Inställningar Klicka på knappen System Settings, du ser då fönstret i Figur 1-2. Fälten beskrivs nedan. ComPort: Välj den ComPort som modemet är installerat i. Fetch Old: Det nummer som matas in här berättar för programmet hur långt tillbaks i tiden det ska leta efter filer som eventuellt inte har laddats ner. Data Folder: Här väljer man i vilken mapp de nedladdade filerna skall sparas. Start Time: Den tid som ställs in här är det klockslag då programmet ringer upp systemet för att ladda ner data. En rekommendation är att sätta ett klockslag under natten, till exempel 03:00 då det är mindre belastning på telefonnätet. Kostnaden för uppringningen kan också vara lägre på natten. Tänk på att om klockan i AQ500 avviker från klockan i den dator där SODWIN-MCOM är installerat så måste tiden för hämtning av data planeras så att dygnsfilen blir komplett. Om till exempel datorns klocka står på svensk 2 Figur 1-2 Fönstret som visas då du tryckt på System settings tid och klockan i AQ500 står på UTC/GMT så kan man påbörja hämtningen tidigast 01.10 svensk tid för att få med data från hela det föregående dygnet. Do Upgrade: Funktionen är ej aktiverad. Fetch Spectrum: Välj true för att ladda ner en spektrumfil. Klicka på OK när inställningarna är gjorda. Om du ångrar dig, så tryck på Cancel. 1.2 Knappen Schedule Figur 1-3 Detta fönster öppnas när du trycker på knappen Schedule. Ett nytt fönster öppnas, Figur 1-3. I det nya fönstret ställer man in maskinens parametrar. Klicka på knappen Add för att lägga till ett nytt system i listan. ID: Skriv in systemets namn. Använd enbart bokstäver och siffror. Site Name: Skriv in namnet på siten där systemet står. Active: Om rutan är ikryssad så är systemet aktivt och programmet kommer att ringa upp och ladda ner data på angivet intervall. Phone Number: Skriv dit systemets telefonnummer, detta har du fått av AQSystem. Använd 00 före landsnummer. Interval: Här skriver man i hur ofta systemet ska kontaktas. Normalt skriver man en etta här vilket innebär att systemet rings upp varje dygn. Figur 1-4 Advanced Functions-knappen dyker upp om du trycker på tangenten F12. Height: Här ställs systemets mäthöjd in, 150m eller 200m. Om height-värdet är felinställt så hämtar programmet hem data, men konverteringen till läsbara filer misslyckas och man får ett besked ”DATA FETCH FAIL” Man kan få fram extra funktioner i programmet genom att trycka på knappen F12 på tangentbordet. En Advanced Functions knapp dyker nu upp, se Figur 1-3. I Advanced Functions fönstret kan man välja att hämta data manuellt, Figur 1-4. Välj det system du vill hämta data från genom att markera det. Välj sedan de datum du vill hämta. När inställningarna är klara, klicka på Fetch för att ladda hem filerna. Det finns även en Clear Status knapp här som används för att nollställa programmet om det är problem med datanedladdningen. Stäng fönstret efter användning. Om fönstret är öppet fungerar ej den automatiska nedladdningen. Figur 1-5 Fönstret som visas om du trycker på Advanced Functions. Här kan du ladda hem data manuellt. 3 Bilaga 3 - Användarhandledning SODWIN.NET 3:1 SODWIN.NET Programvara för att styra din AQ500 och titta på data SODWIN.NET är en programvara som används då AQ500 skall ställas in efter installation. Programmet kan även användas för felsökning om fel i den nedladdade datan upptäcks. I programmet finns också funktioner för att exportera data som har laddats ned med SODWIN- MCOM. Data kan exporteras i format som kan importeras i andra programvaror för vidare analys. Man kan även använda programmet för snabbkontroll av batteriladdning och datatillgänglighet. 1.1 Installation Öppna den medföljande CD:n i utforskaren eller ladda hem installationsfilerna från AQSystems hemsida. Detta kräver användarnamn och lösenord som du får av AQSystem. Dubbelklicka på setup.exe, Figur 1-1, och följ sedan instruktionerna för att installera programmet. Figur 1-1 Dubbelklicka på setup.exe för att starta installationen. När programmet startas första gången skall företagsnamnet och en licensnyckel uppges, Figur 1-2. Dessa uppgifter tillhandahålls av AQSystem. Figur 1-2 När programmet startas första gången så fyller du i ditt förtegasnamn och din licensnyckel. Dessa uppgifter får du av AQSystem. 1.2 Setup - inställningar 1.När programmet är installerat så öppna det och klicka på fliken Setup. Vyn som visas i Figur 1-3 kommer upp. Klicka i alternativet Local Modem. Alternativet Internet Modem Pool är inte tillgängligt som val ännu. 2. Välj den Com Port som modemet är installerat i listan av Com Portar. Klicka på knappen Check Modem när Figur 1-3 Inställningar i SODWIN.NET görs på fliken Setup. 3:2 Com Porten är vald. Om rätt Com Port har valts kommer det upp ett fönster där det står Modem OK. 3. Välj mappen där data lagras vid nedladdning med SODWIN-MCOM. Om inget annat har angetts i SODWIN-MCOM är det mappen: C:\AQSystem som används. 4.Välj mapp där du vill att filerna som exporteras genom SODWIN.NET skall läggas. Läs mer om exportfunktionen längre ned i dokumentet. 5.Klicka på Apply Settings när samtliga inställningar är klara. Nu är programmets inställningar klara. 1.3 Lägga till system 1.Klicka på fliken Systems, Figur 1-4. 2.Klicka på knappen Add. Ett nytt fönster öppnas, Figur 1-5. 3.Skriv in namnet på systemet i fältet System Namnet får bara bestå av bokstäver, nummer, punkter eller mellanslag. Använd inga specialtecken här. Om telefonnummret består av ett landsnummer använd 00 före numret, INTE +. 5.Password-funktionen är inte aktiverad än. 6. Comment, i detta fält kan övrig information om systemet läggas till. 7.Klicka på OK när du är klar eller Cancel om du ångrar dig. 4.I fältet GSM Phone Number skriver du in det nummer som används då data ska hämtas hem. Detta nummer får du av AQSystem. Figur 1-5 Rutan kommer upp när du trycker på Add på fliken Systems. Figur 1-4 På fliken Systems lägger du till de system du vill ringa upp. 1.4 Ringa upp ett system 1.Markera systemet du vill ringa upp i listan på fliken Systems, Figur 1-6. 2.Klicka på Connect. Programmet kommer nu att ringa upp systemet. Figur 1-6 Markera det system du vill ringa upp i listan och tryck på Connect. 3:3 På de följande sidorna förklaras vilka inställningar samt kontroller som kan göras då man är uppkopplad mot systemet. Glöm ej att klicka på Hang Up när du är klar, annars kommer programmet fortsätta vara uppkopplat mot systemet. När man inte är uppkopplad mot något system står det Disconnected längs ner till vänster i programfönstret. 1.5 Ställ in ett system efter installation Tryck på fliken Station Params när programmet har kopplat upp mot systemet. Du ser då vyn i Figur 1-7. 1. Skriv in platsens namn i fältet Site. OBS använd enbart bokstäver och siffror! Byt alltid namn då systemet flyttas. 2. Skriv in riktningen som mättes upp vid installationen i fältet Orientation. 3. Skriv in klockslaget eller klicka i Synchronize with PC clock checkrutan för att ställa in systemets klocka. Väljer man Synchronize with PC clock kommer det upp alternativ där man kan välja UTC konvertering av klockan. Kontrollera att klockan går rätt regelbundet och notera när och hur stor justering som görs. Vi rekommenderar att klockan inte justeras för sommartid. 4. Audio Power reglaget används för att justera ljudvolymen för sodarn. Standardinställning vid mätning i fält skall vara 250W. Om systemet står där det kan störa kan man dra ner volymen något. Detta gör att datatillgängligheten kan bli något lägre på högre mäthöjder. 5. I rutan Firmvare kan du avläsa versionen på mjukvaran som är installerad i din AQ500 6. Ångrar du dig så tryck på knappen Cancel Changes. 7. Om allt är ok så tryck på Apply för att spara de nya värdena. Figur 1-7 På fliken Station Params kan systemets riktning, klocka och högtalarnas uteffekt ställas in. 1.6 Fliken Integration Klicka på fliken Integration så ser du vyn i Figur 1-8. När ett system är uppringt kan man här se vindprofilen, turbulensintensiteten och en del andra värden för den senaste tiominutersperioden. Är man inloggad över två tio 4 1 2 3 3:4 Figur 1-8 På fliken Integration kan du titta på mätdata från den senaste tiominutersperioden. minuters perioder kan man klicka på knappen Refresh för att få den nya tiominutersperioden nedladdad och visad. I informationsfältet (1) kan man se följande värden: • Temperatur • Luftfuktighet • Lufttryck (Endast system med tillbehöret lufttrycksmätare visar lufttrycket) • Spänningen i batteribanken • Effekten som högtalarna är inställda att sända med I tabellen (2) kan man se följande värden för den senaste tiominutersperioden: • Altitude = Mäthöjd. • Dir = vindriktning. • Speed : Genomsnittlig vindstyrka • σ Speed = Vindstyrkans standardavvikelse • V.Speed = Genomsnittlig vertikalvind. • σV.Speed = Vertikalvindens standardavvikelse • Turbulence% = Vindstyrkans standardavvikelse dividerat med vindstyrkan. Om checkboxen Wind Direction (3) är markerad visas vindriktningen som pilar i kompass riktningen. Storleken på rutorna kan ändras genom att flytta linjerna (4). 1.7 Kontroll av spektrum Välj fliken Spectrum, du ser då vyn i Figur 1-9. När fliken väljs hämtas spektrumen för den senaste tiominutersperioden från systemet som är uppringt. När checkboxen Autogain är markerad kommer spektrumet automatiskt att anpassas till fönstret. Genom att dra den högra listen upp eller ner visas spektrumen på de olika höjderna som systemet mäter på. Äldre, nedladdade, spektrum kan visas om du klickar på Open Spectrum och väljer en spektrumfil. Om knappen Open Spectrum inte fungerar så kontakta AQSystem. Du kan behöva en uppdaterad version av SODWIN.NET. Läs mer om hur man tolkar ett spektrum i bruksanvisningen till AQ500. Figur 1-9 På fliken Spectrum visas spektrum från de tre antennerna. 3:5 1.8 Fliken Gradient Välj fliken Gradient, du får då upp vyn i Figur 1-10. Här kan man på ett lätt sätt kontrollera vindprofiler samt tillgänglighet för hela dygn. Detta kräver att man har nedladdad data tillgänglig.. I det vänsta fältet väljer du det system du vill kontrollera. Välj sedan datum. När checkboxen: Show Mean Graph (1) är markerad visas vindprofilen i det vänstra fältet samt datatillgängligheten i det högra fältet för den dag som är vald. När checkboxen: Show Gradient (2) är markerad visas vindprofilen för de perioder då samtliga mätvärden (20150m eller 50-200m) finns tillgängliga. När checkboxen: Show Calc. Rough Graph (3) är markerad visas en vindprofil baserad på en potenslag. Potensen, alfa, beräknas med hjälp av vindstyrkan från 50 och 100 meter. Fönstrens storlek kan ändras genom att flytta linjerna (4). 4 2 1 3 Figur 1-10 På fliken Gradient kan du titta på vindprofiler och datatillgänglighet. 1.9 Fliken System monitoring På fliken System Monitoring, Figur 1-11, kan man se datatillgängligheten på olika höjder (1) för hela dygn. Detta kräver att man har tidigare nedladdad data tillgänglig. Man kan även kontrollera batterispänningen för systemet här (2).Genom att kika på diagrammen kan man se om man till exempel har avvikelser under vissa tidpunkter på dygnet. I diagrammet för batterispänningen kan man bland annat se om systemet går mest på elverket (3) och om solcellerna fungerar som de ska (4). 1 2 3 4 3:6 Figur 1-11 På fliken System Monitoring kan man se datatillgänglighet på olika höjder dygnsvis. Man kan även se hur batterierna ladda. 1.10 Fliken Export Under fliken Export kan du exportera data till format som enkelt kan läsas in i andra program för vidare analys, Figur 1-12. 1. Välj mallen (Template) som du vill använda när du exporterar din data. Mer om hur man ställer in mallarna följer på nästa sida. 2. Välj det system som du vill exportera data från. 3. Välj mellan vilka datum du vill exportera data. 4. Klicka på Export now! Figur 1-12 På fliken Export kan man välja att exportera data för en tidsperiod. Olika mallar kan väljas för hur mätdata ska formateras. 1.11 Fliken Export templates Under fliken Exp. template, Figur 1-13, kan mallar som anger hur data ska formateras vid exportering av data definieras. Klicka på knappen Add för att skapa en ny mall. Klicka på namnet Untitled för att namnge mallen. Välj de variabler du vill exportera i menyn Available Items genom att dubbelklicka på namnet. Variabeln läggs nu till i tabellen Export Specification. 1. Välj hur du vill att den exporterade filen ska vara formaterad genom att markera de olika alternativen under Available Items: • File Format (Out), här väljer man vilket format den exporterade filen skall ha, välj Excel för ett format lämpat för Excel, Comma separated för kommaseparerad textfil och Tab separated för tabbseparerad textfil. • Bocka i Include Column Description för att få med namnet på varje kolumn i det exporterade dokumentet. • Bocka i Launch Application om du vill att filen automatiskt skall öppnas direkt när exporten är slutförd. • Bocka i Preferred table style. All Levels in one Row betyder att alla valda höjder för en integrationsperiod kommer att exporteras på samma rad. Each Level at a Separate Row, betyder att alla valda höjder för en integrationsperiod kommer att exporteras till en ny rad. • Välj den decimalsymbol som skall användas, Comma (Komma) eller Point (Punkt). 2. Välj de höjder du vill ska inkluderas i den exporterade filen genom att klicka i boxarna för respektive höjd. 3. När alla val är gjorda klickar du på Apply Settings för att spara mallen. Olika mallar kan skapas för olika användningsområden. Figur 1-13 Under fliken Exp. Template kan du skapa mallar för export av data. 3:7 1.12 Fliken Gsm Signal Fliken GSM Signal, Figur 1-14, kan användas då systemet installeras för att ställa in en riktningsantenn så att man har bästa möjliga uppkopplingssignal alternativt för att kontrollera styrkan på GSM signalen i området. 1. Slå av strömmen till sodarenheten. 2. Koppla upp datorn mot modemet enligt anvisningarna i Figur 1-14. 3. Slå på strömmen till sodarenheten, vänta till dioden på modemet har börjat blinka. 4. Klicka på Start Test!. En stapel kommer nu att visa sig. Om systemet är utrustat med en riktningsantenn vrider du antennen tills stapeln är så full som möjligt. Glöm inte att koppla tillbaks sladden när du testat klart. Figur 1-14 På fliken GSM Signal kan man kontrollera GSM-mottagningen. 1.13 Fliken Event log Figur 1-15 På fliken Event log visas de senaste händelserna. Under fliken Event Log, Figur 1-15, kan man se de senaste åtgärderna som har utförts av SODWIN.NET. 3:8 1.14 Fliken Help Figur 1-16 Under fliken Help finns länkar till mer information. Under fliken Help, Figur 1-16, finns länkar till mer information. 1.15 Fliken About Under fliken About, Figur 1-17, finns information om versionsnummer samt vem mjukvaran är licensierad till. Figur 1-17 Under fliken About finns information om mjukvaran och vem den är licensierad till. 9 Bilaga 4 - Teknisk not: Omvandling mellan vektoriellt och skalärt mätt vind 4:1 Rapportnummer Datum 20120315-6 2012-03-15 Titel Delgivning Omvandling mellan vektoriellt och skalärt mätt vind AQSystems kunder Status Klar, version 2 Namn 4:2 Skriven Lasse Johansson Granskad Johan Hansson Godkänd Pelle Hurtig 2 3 4 INLEDNING......................................................................................................... 2 2.1 Syfte........................................................................................................... 2 2.2 Bakgrund.................................................................................................... 2 RECEPT ............................................................................................................. 3 3.1 Allmänt recept ............................................................................................ 3 3.2 Recept för MATLAB ................................................................................... 3 METOD ............................................................................................................... 3 4.1 Detaljer om omvandlingen .......................................................................... 5 5 EXEMPEL ........................................................................................................... 6 7 VARFÖR ÄR VEKTORIELLA OCH SKALÄRA MEDELVÄRDEN OLIKA? ......... 11 9 HÄRLEDNING AV OMVANDLINGSFAKTORERNA .......................................... 12 9.1 Definition av vinden .................................................................................. 12 9.2 Vektor- och skalärmedelvärde .................................................................. 12 9.3 Väntevärde och varians av ett belopp ...................................................... 13 9.4 Uttryck för medelvärdena ......................................................................... 13 9.5 Uttryck för variansen ................................................................................ 14 9.6 Omvandling mellan skalärt och vektoriellt mått ......................................... 14 10 ETT MATLAB-RECEPT .................................................................................... 16 11 REFERENSER .................................................................................................. 17 4:3 2 INLEDNING 2.1 Syfte 2.2 Att ange en praktisk metod för omvandling av vektormedelvind som mäts med AQ500 till skalärmedelvind som mäts med en skålkorsanemometer Att exemplifiera med verkliga data Bakgrund AQ500 beräknar den horisontella vinden som de två vinkelräta komposanterna av en vektor, exempelvis nord-sydkomposanten och ost-västkomposanten. Detta görs många gånger under en tiominutersperiod varpå det komposantvisa medelvärdet beräknas. Resultatet kallas vektormedelvinden som har en viss styrka och riktning. En skålkorsanemometer å andra sidan ger vindstyrkan direkt. Anemometern loggas många gånger under en tiominutersperiod varpå medelvärdet beräknas. Resultatet är skalärmedelvinden som har en viss styrka. Anemometern kan inte mäta vindriktningen. En vektor är något som har längd och riktning medan en skalär bara har längd. Vindhastighet, exempelvis nord 12 meter per sekund är en vektor medan vindstyrka, exempelvis 6 meter per sekund är en skalär. I en jämn och turbulensfri vind är vektor- och skalärmedelvinden lika. I verkligheten är vinden dock alltid mer eller mindre turbulent och då uppstår en skillnad mellan de båda medelvärdena. Se Tabell 1 för exempel. Lägg märke till att vektormedelvinden alltid är något svagare än skalärmedelvinden. Det betyder att AQ500 mäter en något svagare vind än en skålkorsanemometer. Denna skillnad är inte något fel utan en konsekvens av att medelvindstyrka kommit att definieras som det skalärmedelvärdet. Däremot är det ett fel att blanda ihop dessa båda och att använde det ena istället för det andra. Skillnaden mellan skalär och vektoriell medelvind är oftast liten eller försumbar som vi såg i Tabell 1 eller Figur 1. I kapitel 6 återfinns en geometrisk förklaring av skillnaden och i kapitel 8 ger vi en noggrannare matematisk härledning. Men nu skall vi först koncentrera oss på hur man går till väga rent praktiskt för att omvandla mellan skalär- och vektormedelvind. 4:4 3 RECEPT 3.1 Allmänt recept 1. Välj sodardata från en viss höjd för omvandling från vektor- till skalärmedelvind, detta är U 2. Beräkna turbulensintensiteten, TI, för alla obsar U över 4 m/s som där s är standardavvikelsevärdena 3. Beräkna medelvärdet av TI, detta är A 4. Beräkna standardavvikelsen av TI, detta är B 5. Beräkna omvandlingsfaktorn C som 6. För att omvandla tidsserien U multiplicerar du med C. För att omvandla Weibullparametrarna beräknade från U multiplicerar du skalparametern med C. Formparametern lämnas orörd. 7. Fortsätt från 1 med nästa höjd. 3.2 Recept för MATLAB Se §10. 4 METOD Receptet tidigare bygger på följande metod. Först definierar vi vinden. Vi ger den välbestämda egenskaper som överensstämmer med vad vi ser i naturen; en lämplig balans mellan slumpmässighet och ordning. Därefter beräknar vi egenskaperna hos ett skalärt respektive vektoriellt medelvärde. Detta gör vi för ett typiskt stickprov omfattande tio minuters vind som mäts ungefär en gång per sekund. Tills sist jämför vi medelvärdena, analyserar skillnaden och formulerar ett recept för omräkning mellan dem. Detaljerna finner du i §9. Den systematiska skillnaden mellan vektor- och skalärmedelvinden är där 2 U S UV 0,8TI UV (1) är medelvärdet av den turbulenta intensiteten. Vi kan alternativt skriva 2 U S UV (1 0,8TI ) (2) Exempelvärden på ges i Tabell 1. 4:5 Slutsatsen är att skålkorsanemometervinden > sodarvinden och att skillnaden < 10 %, och är försumbar vid låg turbulens, är av samma storleksordning som osäkerheten hos en skålkorsanemometer av god = 10 till 15 % kvalitet i hög turbulens är betydande i stark turbulens, > 15 % (%) 0,1 0,5 1 2 3 5 (%) 4 8 11 16 19 25 Tabell 1. Exempelvärden på = medel av skalärvind – vektorvind för olika = medel av turbulensintensiteten. Ett diagram av samma sak visas Figur 1 där även färgkoden förklaras. average difference scalar-vector (%) 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 average TI (%) 15 20 Figur 1. Medelvärdet av skillnaden skalär – vektor (%) mot medelturbulensen (%). I det gröna området är skillnaden försumbar, i det gula kan en korrigering behövas; skillnaden är ungefär lika stor som osäkerheten hos en skålkorsanemometer av hög kvalitet med korrekt toppmontering. I det röda området måste en korrigering företas. 4:6 4.1 Detaljer om omvandlingen Härledningen av skillnaden skalär – vektorvind, formel (1) ovan samt omvandlingen, formel (2) sker i två steg. Först beräknar vi skillnaden för en tiominutersperiod och sedan beräknar vi skillnaden för hela mätperioden, det vill säga över många tiominutersperioder. 4.1.1 Den kanoniska omvandlingen Detta är omvandlingen för en enstaka tiominutersperiod med känd turbulens. Uttrycket för skillnaden blir enkelt i U s ,i U v ,i TI i 2 U v ,i 2 (3) där U är tiominutersmedlen, index i är numret på tiominutersperioden och s=skalär resp. v = vektor. Om vi uttrycker samma sak som en omvandling från vektor- till skalärmedel blir det TI i2 U si U vi 1 2 (4) Med hjälp av detta kan vi omvandla enstaka obsar eller hela tidsserien med god noggrannhet för turbulensnivåer upp emot 50 % alltså för alla realistiska turbulensnivåer. Detaljerna återfinns i §9.6.1. 4.1.2 NF-omvandlingen Om vi har observationer av vindstyrkan men inte av turbulensen för en viss tiominutersperiod så kan vi inte utföra den kanoniska ("regelrätta") omvandlingen. Genom ett antagande om normalfördelad (NF) turbulens kommer vi runt detta problem. Kan vi omvandla vektorvinden under en längre period, t.ex. hela mätperioden, U v till skalärvind U s för samma period? Vi skulle kunna tillämpa (4) så här TI 2 U 1 0,5TI 2 U s U v 1 v 2 (5) Ja, vi skulle kunna göra detta men det är inte helt statistiskt renlärigt och vi skulle få en underskattning. Istället tar vi turbulensens variabilitet med i beräkningen och får då den riktigare skattningen A2 B 2 U s U v 1 2 (6) Här är A medelvärdet av den turbulenta intensiteten TI och B är dess standardavvikelse. Detta uttryck kan ytterligare förenklas U s U v 1 0,8TI 2 (7) vilket gäller på många av de mätlokaler vi stött på. (Jämför med sista delen av (5).) 4:7 Formel (6) är behändigare än (4) eftersom vi kan använda en omvandlingsfaktor för alla observationer. Faktorn används när man omvandlar Weibullparameterns skalfaktor (formfaktorn påverkas inte). Detaljer återfinns i §9.6.2 5 EXEMPEL Först inspekterar i data. Databortfallet visas i Figur 2. Det typiska bortfallet på medelvind U är några procent på 100 meters höjd. För standardavvikelsen av vinden, från vilken turbulensen beräknas, är bortfallet större, 10-15 %1 på 100 meter. Vi anar ett problem här; Om vi måsta ha samtidiga obsar av medelvind och standardavvikelse för att kunna omvandla vektorvind till skalär vind så kommer den senare att få samma – lägre – dataåterbäring som standardavvikelsen vilken är begränsande. Detta är inte acceptabelt eftersom databortfall ger ett systematiskt fel genom betingning. Vi har därför utvecklat metoden §4.1.2 som tillämpades i receptet §3.1. 220 Uv 200 TI 180 z (m) 160 140 120 100 80 60 40 0 5 10 15 20 loss (%) 25 30 35 Figur 2. Databortfallet (%) på olika mäthöjder. I Figur 3 ser vi vindtidsserier på några olika höjder under ungefär en månad och i Figur 4 turbulensen. Vi har klippt av y-axeln vid 50 %. Högre turbulensvärden än så uppträder vid svag vind och även i konvektiva situationer när luften är labilt skiktad. 1 En förbättring av mätningen av standardavvikelsen med höjd återbäring är på gång och kommer att lanseras under 2012. 4:8 20 50 100 150 18 16 Uv (m/s) 14 12 10 8 6 4 2 0 100411 100418 100425 100502 100509 Figur 3. Vindstyrka mätt med AQ500 för höjderna 50, 100 och 150 m. 50 50 100 150 45 40 35 TI (%) 30 25 20 15 10 5 0 100411 100418 100425 100502 100509 Figur 4. Turbulensintensitet mätt med AQ500 på höjderna 50, 100 och 150 m under en vårmånad. Dygnsvariationen syns tydligt. Hög turbulens TI > 40 % uppträder i konvektiva svagvindssituationer med konvektion. I Figur 5 ser vi samma turbulensdata som i Figur 4 men nu som medelprofiler. Den heldragna linjen är medelprofilen av alla obsar alltså inklusive den extremt höga turbulensen i svag vind. Den streckade linjen är medelprofilen för obsar vid vindstyrka över 4 m/s. 4:9 200 150 z (m) mean(TI) mean(TI|U<4 m/s) 100 50 0 5 10 TI (%) 15 20 Figur 5. Profiler av medelturbulensintensiteten. Dels för alla obsar (heldragen) och dels bara för obsar U>4 m/s. Åter en annan bild av turbulensen ser vi i Figur 6. Turbulensens medelvärde och dess standardavvikelse på höjden 100 meter är uppdelat i vindstyrkeklasser. Vi ser även här att hög medelturbulens endast förekommer i vid de svagaste vindarna, under 2-3 m/s. 160 A = mean(100) (%) B = std(100) (%) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 Uv100 (m/s) 12 14 16 18 Figur 6. Turbulensintensitet på 100 möm. Medelvärde, A, och standardavvikelse, B, mot vindstyrka. Klassvidd 1 m/s. När vi tillämpar formel (4) på vektorvinden, Uv, får vi skalärvind, Us. I Figur 7 ser vi en jämförelse av dessa på 100 meters höjd. Eftersom omvandlingsfaktorn är ganska liten, knappt en procent, ligger punkterna nästan på en rät linje. Endast de svagaste vindstyrkorna, för vilka turbulensen är hög, flyttas märkbart. 4:10 20 18 16 Us 100 (m/s) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 Uv100 (m/s) 15 20 Figur 7. Skalärvinden Us beräknad från vektorvinden Uv med formel (4). Den röda linjen är y = x. Vi kan studera omvandlingen från Uv till Us ytterligare i Figur 8. Den heldragna linjen visar skillnaden när den kanoniska omvandlingen enligt §4.1.1 används då varje par medelvindoch turbulensobs omvandlas med formel (4) innan klassmedelvärdet Us tas. Cirklarna visar resultatet av att tillämpa formel (6) för varje vindstyrkeklass. Det blir ingen synbar skillnad mellan den kanoniska och NF-metoden i detta fall. Detta innebär bland annat att turbulensintensiteten är nära normalfördelad i varje vindstyrkeklass vilket styrker antagandet att detta gäller även om man slår ihop alla klasser. Det skänker även förtroende för approximationen. Den streckade linjen är värdet av formel (6) då A och B beräknats från alla turbulensobsar för vilka U>4 m/s. Den största skillnaden mellan dessa både metoder, den kanoniska och NF-metoden, är alltså en bråkdel av en procent och därmed försumbar. Eftersom skillnaden blir ännu mindre om metoden tillämpas på en medelvind eller en Weibullparameter så rekommenderar vi NF-metoden i kraft av dess enkelhet och effektivitet. Vi kan inte nog understryka att tillämpningen av denna metod måste föregås av en inspektion av data så att man kan konstatera att de ser normala ut. 4:11 2 canonical normalapprox, classwise normalapprox, average 1.8 1.6 (Us - Uv)/Uv (%) 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 Uv (m/s) 15 20 Figur 8. Den relativa skillnaden i procent med den kanoniska metoden (heldragen), NFmetoden klassvis (ringar) och NF-metoden för data med U>4 m/s (streckad). Klassvidd 1 m/s. Den sista grafen i Figur 9 visar en jämförelse av metoderna i form av profiler. Skillnaden är obetydlig. 200 canonical normalapprox, average z (m) 150 100 50 0 0.5 1 (Us - Uv)/Uv (%) 1.5 2 Figur 9. Profiler av den relativa skillnaden i procent beräknad med den kanoniska metoden och med NF-metoden. Exempel på 100 m är det ena värdet 0,6 % och det andra 0,7 %. Skillnaden är således helt försumbar. 4:12 7 VARFÖR ÄR VEKTORIELLA OCH SKALÄRA MEDELVÄRDEN OLIKA? Ett vindmätinstrument (med kringutrustning) kan fungera enligt minst två olika principer; vektoriellt eller skalärt. Observationerna kommer att bli aningen olika. Betrakta Figur 10 och studera följande geometriska förklaring av skillnaden. Låt oss studera några vindögonblick, pilarna 1,2 osv i figuren. Vindstyrkan är densamma, säg 10 m/s men vindriktningen varierar. Alla vindvektorer är alltså radier till cirkeln med radien 10. Om vi tar medelvärdet av vindstyrkorna 1, 2 osv, alltså medelvärdet av längden av dessa blir det 10 m/s. Detta är den skalära medelvinden. Medelvindriktningen är längs U-axeln i figuren vilket är liktydigt med att medelvärdet av vinden längs V-axeln är noll och vi behöver därför bara studera U-komponenten vidare. Vektorvinden är alltså medelvärdet av projektionerna av vindvektorerna 1, 2 osv på Uaxeln. Alla projektionerna är ≤ 10 vilket därför måste gälla även medelvärdet. Detta är vektormedelvinden. Figur 10. Några vindvektorer med samma styrka men olika vindriktningar projicerade på Uaxeln. 4:13 9 HÄRLEDNING AV OMVANDLINGSFAKTORERNA 9.1 Definition av vinden Vi konstruerar en stokastisk vind, W, med kända egenskaper och beräknar dess skalära och vektoriella medelvärde samt skillnaden dem emellan. Hur vinden konstrueras är inte så viktigt men det skulle vara oklokt att inte passa på att välja en vind som gör beräkningarna enkla. Vi ansätter en vind som 1. är stationär till styrka och riktning 2. har horisontellt isotrop turbulens 3. har normalfördelade komponenter (U, V). Vi väljer ett koordinatsystem längs medelvindriktningen och studerar en vind med styrkan ett. Hastighetsvektorn skrivs W (U,V ) (1 U',V ' ) (8) Primarna betecknar de fluktuerande komponenterna, vilka är normalfördelade med väntevärde noll och variansen 2 U ' ,V ' N(0, 2 ) (9) där nu kan tolkas som turbulensintensiteten. För realismen hos denna vind talar bland annat sekundmätningar med ultraljudsanemometrar. Sådana mätningar visar att vinden inte är helt horisontellt isotrop men avvikelserna är inte så stora. Teorin nedan kan relativt enkelt anpassas till icke-isotrop turbulens men på bekostnad av enkelheten. 9.2 Vektor- och skalärmedelvärde Vektormedelvärdet2 av vindstyrkan definieras som 2 Wv U V 2 (10) Det skalära medelvärdet är Ws U 2 V 2 (11) Varianserna kan skrivas som v2 Var( W) Var(U ,V ) ( 2 , 2 ) (12) s2 Var(Ws ) (13) och 2 n Strecket betecknar ett vanligt aritmetiskt medelvärde: X Xi / n . i 1 4:14 9.3 Väntevärde och varians av ett belopp Som ett steg på vägen skall vi beräkna väntevärde och varians av den stokastiska variabeln Y X där X (1 1 ) 2 ( 2 ) 2 och där 1, 2 N (0,1). Y är ocentralt -fördelad. Denna fördelning är svår att arbeta med, varför vi härleder en förenklad approximation. Väntevärdet av Y är 1 Var( X ) E (Y ) m 1 2 8 m (14) där m E(X ) och Var(X ) är variansen av X. Vi får m 1 2 2 respektive Var( X ) 4 2 (1 2 ) . Efter insättning i (14) får vi 1 2 (1 2 ) 2 1 . E (Y ) 1 2 1 2 2 2 2 (1 2 ) 2 (15) Variansen av Y blir Var(Y ) 2 (1 2 ) 2 (1 2 ) . (1 2 2 ) (16) Dessa uttryck är korrekta till O( 4) vilket innebär att de är goda så länge är mindre än typ 0,5 alltså för turbulens upp till 50 %. 9.4 Uttryck för medelvärdena 2 2 I vektorformuleringen är X U V . Vidare är Var(U ) Var(V ) 2 / nv där nv är antalet obsar i medelvärdet. Tänk på att nv är antalet oberoende obsar som kan vara (mycket) färre än det totala antalet obsar om processen är översamplad. Med hjälp av (14) får vi vektormedelvärdet v E (Wv ) 1 2 2nv (17) I skalärformuleringen är X U 2 V 2 . Varianserna är per definition Var(U ) Var(V ) 2 . Efter insättning i ekvation (14) får vi skalärmedelvärdet s E (Ws ) 1 2 2 (18) Skillnaden dem emellan är s v 2 2 2 2n v (19) Eftersom vi har minst 30 oberoende obsar under en tiominutersperiod kan den andra termen i högerledet försummas och vi kan skriva 4:15 s v 2 2 (20) Detta är ekvation (3) men med något andra beteckningar. 9.5 Uttryck för variansen Vektorvariansen, Var(W), definierades i (12). Den skalära variansen, Var(|W|), fås ur (13). Det intressanta är den turbulenta intensiteten, vilket är kvadratroten ur variansen. Skillnaden mellan vektoriell och skalär turbulens är v s 2 (1 2 ) 3 2 (21) För en relativt hög turbulens på, säg, 15 % ( = 0,15) blir skillnaden –0,002 eller 0,2 %. Detta är mycket mindre än den precision med vilken turbulensen kan mätas. Slutsatsen är att skillnaden mellan vektoriellt mätt och skalärt mätt turbulens är försumbar. 9.6 Omvandling mellan skalärt och vektoriellt mått Omvandlingsformeln (4) gäller för parvisa obsar av medelvind och turbulens. Det skulle vara bekvämt att få en mer generell formel för medelvindstyrkan under hela mätperioden eller Weibullparametrarna. Dessutom vore det bra att slippa kravet på ett turbulensvärde per medelvindvärde eftersom turbulensvärden kan saknas. Effekten blir då att endast en delmängd av vindstyrkeobsarna kan omvandlas, vilket ger betingning och ett systematiskt fel. 9.6.1 Den kanoniska metoden Det centrala problemet är att beräkna medelvärdet 2 U s U v 1 2 (22) för en hel tidsserie. Detta är medelvärdesformen av (4) 9.6.2 NF-metoden För att uppnå den fördel och komma undan den nackdel som nämndes inledningsvis antar vi att turbulensen är en normalfördelad (NF) stokastisk variabel med väntevärde A och standardavvikelse B. Vi får då följande behändiga resultat A2 B 2 U s U v 1 2 C (23) Av detta följer att skalfaktorn i Weibullfördelningen3 skall omvandlas enligt 3 En tvåparameters Weibullfördelning med fördelningsfunktion 4:16 . As AV C men formfaktorn k påverkas inte. (Varning för symbolkollision: As och Av är Weibullparametrar vilka av hävd betecknas med A. Det är inte samma A som i ekvation (23)!) 4:17 10 ETT MATLAB-RECEPT If you use the AQ System wind structure format in MATLAB4, do the following %% 1. Load your sodar data structure, call it x to conform with this example. % place load command here %% 2. Compute the turbulence intensity (TI) from the wind speed (U) and the standard deviation and assign it as a new substructure: x.ti.data = x.u.sv ./ x.u.data; %% 3. Censor the TI data with the U data to keep only values U > 4 ti = x.ti.data; ti(x.u.data < 4) = NaN; %% 4. Compute the constants A (the mean turbulence intensity) and B (the standard deviation of the turbulence intensity) in equation 6. A = nanmean(ti); B = nanstd(ti); %% 5. Compute the conversion factor: C = 1 + (A.^2 + B.^2)/2; %% 6. Apply the conversion factor like % Example 1 us_mean = nanmean(x.u.data) .* C; figure plot(us_mean,x.u.z),xlabel('U_s (m/s)'),ylabel('z (m)') % Example 2 - requires that you have the WAFO toolbox which you find here % http://www.maths.lth.se/matstat/wafo/ figure [Pv] = wweibfit(x.u.data(~isnan(x.u.data(:,11)),11)) % Pv(1) is the Weibull scale parameter based on vector wind for level 11. % The shape parameter is Pv(2). To % convert this to scalar parameters do Ps(1) = C(11)*Pv(1); Ps(2) = Pv(2); % Note the shape parameter is not affected! % some plotting u = 0:30; figure plot(u,wweibpdf(u,Pv(1),Pv(2)), u,wweibpdf(u,Ps(1),Ps(2))),xlabel('u (m/s)'),ylabel('probability density') 4 Kommer under 2012. 4:18 11 REFERENSER [1] Quality check sodar data – data yield. AQ System Technical Note 1. [2] Johansson, L. 2009. Omvandling mellan vektor- och skalärmedelvind. [3] Johansson, L. 2010. Metoder för korrektion av vektormedelvind mätt av sodar vid låg dataåterbäring på turbulensdata. 4:19 Bilaga 5 - Styr ditt system på distans med SMS 5:1 Rapportnummer Klicka här för att ange text. Datum 2012-03-16 Titel Styrning av AQ500 med SMS Delgivning AQSystems kunder Kund Klicka här för att ange text. Antal sidor 6 Kundens referens Klicka här för att ange text. Revision 0 Skriven 5:2 Namn Johan Hansson Datum 2012-03-16 1 INLEDNING Om din AQ500 är utrustad med GSM-kommunikation kan du styra olika delar av driften genom att skicka ett SMS till systemet. Vad du kan göra beror på vilken version av styrprogrammet som är installerat i ditt system. Du hittar versionen på displayen i styrsystemet som sitter monterat i sodarn. Du kan även kontakta AQSystem för att få besked om vilken version ditt system levererades med. Du kommunicerar med systemet genom att skicka ett SMS till styrsystemets telefonnummer. Observera att detta nummer inte är samma nummer som du använder när du ringer upp och hämtar data. Numret till styrsystemet finner du i den dokumentation som ditt system levererades med. Av säkerhetsskäl är det endast förprogrammerade nummer som kan användas för att skicka instruktioner till styrsystemet. Vill du ändra eller lägga till nummer kräver det att någon åker till systemet och gör det på plats. 1.1 Version 2 till 4 av styrprogrammet Inställningarna som går att göra i version 2 till 4 av styrprogrammet visas i Tabell 1. Tabell 1. Inställningarna som kan göras i version 2 till 4 av styrprogrammet. Det som står i kolumnen "Innehåll i SMS skickas i ett SMS till styrprogrammets telefonnummer. Innehåll i SMS 00000000!MODE=1 Parameter Manual Start 00000000!OK=1 Auto Mode 00000000!ESC=1 Stopp Mode Funktion Kör en manuell cykel och återgår därefter till automode Försätter vagnen i automode Försätter vagnen i stop mode 5:3 1.2 Version 7 Om styrprogrammets version är 7 är det möjligt att fråga systemet vilka inställningar som gäller just nu, dessa visas i Tabell 2. De kommandon som används för att göra ändringar i inställningarna visas i Tabell 3. Tabell 2. Funktioner som kan användas för att få veta inställningarna i systemet om versionen på styrprogrammet är 7. Det som står i kolumnen "Innehåll i SMS" skickas i ett SMS till styrsystemets telefonnummer. Innehåll i SMS 00000000!READGTA=1 Parameter Generator Time Auto 00000000!READGTM=1 Generator Time Manual 00000000!READHTA=1 Heater Time Auto 00000000!READHTM=1 Heater Time Manual 00000000!READOHG=1 Operations Hours Generator Generator Start Voltage 00000000!READGSV=1 00000000!STARTBATT=1 Start Battery Voltage 00000000!BATT=1 Main Battery Bank 5:4 Funktion Visar tiden i minuter elverket går vid autostart Visar tiden i minuter elverket går vid manuell start Visar tiden i minuter som dieselvärmaren går innan elverk startar vid auto start Visar tiden i minuter som dieselvärmaren går innan elverk startar vid manuell start Visar antal driftstimmar för dieselgeneratorn Visar spänningen i volt då elverket automatiskt ska starta (som decimaltal). Visar spänningen i volt i startbatteriet (som decimaltal). Visar spänningen i volt i batteribanken (som decimaltal). Standard 60 60 60 5 11,7-12 Tabell 3. Funktioner som kan användas för att ändra inställningarna i systemet om versionen på styrprogrammet är 7. Det som står i kolumnen "Innehåll i SMS" skickas i ett SMS till styrsystemets telefonnummer. Innehåll i SMS 00000000!SETGTA=mmmm Parameter Generator Time Auto. Ställ in hur länge elverket ska gå vid auto start 00000000!SETGTM=mmmm Generator Time Manual. Ställ in hur länge elverket ska gå vid manuell start 00000000!SETHTA=mmmm Heater Time Auto. Ställ in hur länge dieselvärmaren ska gå vid auto start 00000000!SETHTM=mmmm Heater Time Manual. Ställ in hur länge dieselvärmaren ska gå vid manuell start 00000000!SETGSV=vvv Generator Start Voltage. Ställ in vid vilken spänning i batteribanken elverket ska starta automatiskt 00000000!MODE=1 Manual Start 00000000!OK=1 Auto Mode 00000000!ESC=1 Stopp Mode Funktion mmmm = minuter Exempel (sätt tid till en timme): 00000000!SETGTA=60 mmmm=minuter Standard 60 mmmm=minuter 60 mmmm=minuter 5 60 vvv=spänning I tiondels volt. 11,7-12 Exempel (12.5 Volt) 00000000!SETGSV=125 Kör en manuell cykel och återgår därefter till automode Försätter vagnen i automode Försätter vagnen i stop mode 5:5 1.3 Version 9 Om styrprogrammets version är 9 är det möjligt att fråga systemet vilka inställningar som gäller just nu, dessa visas i Tabell 4. De kommandon som används för att göra ändringar i inställningarna visas i tabell x+1. Tabell 4. Funktioner som kan användas för att få veta inställningarna i systemet om versionen på styrprogrammet är 9. Det som står i kolumnen "Innehåll i SMS" skickas i ett SMS till styrsystemets telefonnummer. Innehåll i SMS 00000000!READGTA=1 Parameter Generator Time Auto 00000000!READGTM=1 Generator Time Manual 00000000!READHTA=1 Heater Time Auto 00000000!READHTM=1 Heater Time Manual 00000000!READOHG=1 Operations Hours Generator Generator Start Voltage 00000000!READGSV=1 00000000!STARTBATT=1 Start Battery Voltage 00000000!BATT=1 Main Battery Bank 5:6 Funktion Visar tiden i minuter elverket går vid autostart Visar tiden i minuter elverket går vid manuell start Visar tiden i minuter som dieselvärmaren går innan elverk startar vid autostart Visar tiden i minuter som dieselvärmaren går innan elverk startar vid manuell start Visar antal driftstimmar för dieselgeneratorn Visar spänningen i volt då elverket automatiskt ska starta. (som decimaltal) Visar spänningen i volt i startbatteriet. (som decimaltal) Visar spänningen i volt i batteribanken. (som decimaltal) Standard 60 60 60 5 11,7-12 Tabell 5. Funktioner som kan användas för att ändra inställningarna i systemet om versionen på styrprogrammet är 9. Det som står i kolumnen "Innehåll i SMS" skickas i ett SMS till styrsystemets telefonnummer. Innehåll i SMS 00000000!SETGTA=mmmm Parameter Generator Time Auto. Ställ in hur länge elverket ska gå vid auto start 00000000!SETGTM=mmmm Generator Time Manual. Ställ in hur länge elverket ska gå vid manuell start 00000000!SETHTA=mmmm Heater Time Auto. Ställ in hur länge dieselvärmaren ska gå vid auto start 00000000!SETHTM=mmmm Heater Time Manual. Ställ in hur länge dieselvärmaren ska gå vid manuell start 00000000!SETGSV=vvv Generator Start Voltage. Ställ in vid vilken spänning i batteribanken elverket ska starta automatiskt 00000000!MODE=1 Manual Start 00000000!OK=1 Auto Mode 00000000!ESC=1 Stopp Mode 00000000!POPO=1 Power off, Power on Funktion mmmm = minuter Exempel (sätt tid till en timme): 00000000!SETGTA=60 mmmm=minuter Standard 60 mmmm=minuter 60 mmmm=minuter 5 60 vvv=spänning I tiondels volt. 11,7-12 Exempel (12.5 Volt) 00000000!SETGSV=125 Kör en manuell cykel och återgår därefter till automode Försätter vagnen i automode Försätter vagnen i stop mode Startar om Sodarenhet om exempelvis sodarns modem har hängt sig. 5:7 Bilaga 6 - Teknisk not: Kvalitetskontroll - dataförlust och betingning 6:1 Rapportnummer Datum 20120316-53 20120316 Titel Delgivning Kvalitetskontroll – dataförlust och betingning AQ Systems kunder Status Klar, version 2 Namn Skriven Lasse Johansson. 110928. Granskad Pelle Hurtig, Johan Hansson Godkänd Sten-Ove Rodén Revision LJ. 111227. LJ 120316. SAMMANFATTNING Typiska värden på dataåterbäringen för vindstyrka med AQ500 visas i Figur 1. Avsaknad av data kan genom betingning ge systematiska fel i vindstyrka och andra parametrar. Sådana fel kan och bör beräknas och, om så krävs, korrigeras. En metod och ett recept för detta ges i denna not. 6:2 TABLE OF CONTENTS 1 INLEDNING......................................................................................................... 3 1.1 Syfte........................................................................................................... 3 1.2 Bakgrund.................................................................................................... 3 2 METOD ............................................................................................................... 3 2.1 Saknade data – betingning ......................................................................... 4 2.2 Beräkning av systematiskt fel vid dataförlust .............................................. 5 2.3 Är beräkningen god? .................................................................................. 6 3 RECEPT ............................................................................................................. 8 6:3 1 INLEDNING 1.1 Syfte 1.2 Att ange en praktiskt användbar metod för kvalitetskontroll av data med avseende på dataåterbäring samt skattning och korrigering av systematiska fel. Att exemplifiera med typiska data. Bakgrund När felaktiga data eliminerats har de flesta mätserier större och mindre hål. Det är viktigt att kunna avgöra om dataåterbäringen är tillräcklig för att data skall kunna användas för pålitliga skattningar av medelvinden, Weibullparametrar och liknande. Vi behöver därför värden på vilken dataåterbäring som kan förväntas och en metod för att skatta inverkan av datahål. 2 METOD Inspektera alltid dina data visuellt först. Du bör åtminstone rita upp vindstyrkan och vindriktningen mot tid. Använd ditt omdöme och all tillgänglig information, exempelvis samtidig vindriktning på närliggande lokaler. Kolla att allt ser bra ut. Figur 2 visar en typisk graf. 30 50 100 150 200 25 U (m/s) 20 15 10 5 0 110501 110601 110701 110801 110901 111001 Figur 1. Medelvindstyrkan for några olika höjder. Detaljerna undersöks genom att man förstorar och granskar grafer av detta slag. 6:4 Som första kontroll fastställer du dataåterbäringen. Obsar med värdet 9999 är ogiltiga. Inga sådana värden får tas med i vidare beräkningar. Det är lämpligt att göra en graf lik den i Figur 2 som visar andelen 9999-värden i tidsserien av vindstyrka. Värdena är typiska för AQ500 idag 2011. På 100 meters höjd är databortfallet några procent. 220 200 180 z (m) 160 140 120 100 80 60 40 0 5 10 15 20 25 U (%) Figur 2. Databortfall i medelvinden, U, för olika mäthöjder. (Databortfall = 100 – dataåterbäring.) På z = 100 m saknas cirka 2 %. Totalt antal obsar är 19319 omfattande 4,5 månader. 2.1 Saknade data – betingning Ett mätsystem som till exempel en anemometer eller ett fjärrmätinstrument drabbas av databortfall. När ett medelvärde beräknas från de tillgängliga obsarna kan ett systematsikt fel uppstå. Om databortfallet är oberoende av det som mäts är felet litet1. Men om bortfallet är betingat på (beror av) det som mäts så kommer medelvärdet att vara stört. Låt oss studera vindstyrka. En nedisad anemometer ger fel vindstyrka. Dessa felvärden kan tas bort förutsatt att man kan hitta dem. Det är inte så lätt eftersom nedisning kan ge såväl för högt som för lågt mätt vind. Om de tas bort blir det hål i mätserien. Vi vet att nedisning är vanligare vid svag än vid stark vind. Att ta bort nedisade mätningar blir därför att ta bort 1 Om ett mycket stort antal mätningar görs går felet mot noll, vilket kallas 'stora talens lag' inom statistiken. 6:5 svag vind. När medelvinden beräknas blir den alltså för stark. I statistiska termer säger man att sannolikheten för en giltig vindstyrkeobservation är betingad på vindstyrkan. På samma sätt kan ett fjärrmätinstrument lida av betingning. Lidarer kan till exempel inte mäta i dimma som huvudsakligen förekommer i lågvindssituationer. I sådana fall kommer ett vindmedelvärde av lidardata att vara för högt. En viss sorts sodar störs av hård vind varför medelvinden kommer att underskattas. Ovanstående är exempel och inte en uttömmande lista på vad som kan ske. Från statistisk synpunkt är det inte nödvändigt att undersöka detaljerna bakom dataförlusterna. Däremot är det nödvändigt att undersöka eventuella betingningar, att beräkna dessa och att korrigera dem om det behövs. 2.2 Beräkning av systematiskt fel vid dataförlust Definiera A som händelsen "giltig obs finns". Vi skall beräkna felet, , på grund av databortfall. Det är helt enkelt (1) där är den verkliga medelvindstyrkan, och är medelvindstyrkan beräknad från eftersom vi bara giltiga obsar, alltså vindstyrkan betingad på A2. Vi kan bara beräkna vet vindstyrkan när vi har en observation av den. Det vi vill veta är emellertid den sanna medelvindstyrkan, , men eftersom data saknas kan vi inte beräkna den. I Figur 3 ser vi ett exempel på fördelningen av den observerade vindstyrkan på 100 meter kallad U100. Som vi såg i Figur 2 saknas endast 2 % av obsarna på 100 meters höjd. Antag att mätningen för övrigt är perfekt. Då är fördelningen i figuren en nästan exakt fördelning av U100 under denna mätning. pU100 (x|A100) 0.2 (s/m) 0.15 0.1 0.05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 x (m/s) 16 18 20 22 24 3 Figur 3. Fördelningen av observerad U100. Klassvidd 2 m/s. 2 utläses ” givet A” eller ”medelvindstyrkan givet att det finns giltiga obsar”. Här betyder pU100(x|A) : sannolikheten att vindstyrkan U100 tillhör klassen x givet att det finns en observation (A är sann). 3 6:6 Låt oss ta 100 meter som referenshöjd i detta fall. Fördelningen av U100 används som approximation av fördelningen på högre höjder. Genom att studera vad som händer när vi stryker observationer i mängden U100, som är nästan komplett, så kan vi beräkna det systematiska felet av databortfall på högre höjder. För att detta skall fungera måste vindstyrkan vara fördelad som på 100 meters höjd. Detta är antagligen inte uppfyllt eftersom vindstyrkan vanligen tilltar med höjden. För att komma runt detta kommer vi att anta att fördelningarna, normerade med medelvindstyrkan, är tillräckligt lika. Detta antagande undersöker vi senare. Vi kan nu skriva ner en approximation av det systematiska felet, , i medelvindstyrka på höjden z i förhållande till referenshöjden 100 meter som (2) är den sanna medelvindstyrkan på 100 meters höjd. är medelvindstyrkan på 100 meter då det finns obsar på höjden z. I Figur 4 ser vi (z) beräknad på detta sätt. Vi vill i detta sammanhang påminna om följande: Skalparametern i Weibullfördelningen är proportionell mot medelvindstyrkan. Ett visst fel i medelvind ger samma fel i skalparametern. 220 200 z (m) 180 160 140 120 100 80 -0.5 0 0.5 1 (%) 1.5 2 2.5 Figur 4. Felet i procent mot höjd. På 200 m höjd är den observerade vinden cirka 2 % svagare än den verkliga vinden. 2.3 Är beräkningen god? Vi ska nu undersöka om antagandet att fördelningen på 100 meters höjd är representativ för höjder upp till 200 meter. Eftersom vindstyrkan så gott som alltid tilltar med höjden skulle antagandet kunna ifrågasättas. 6:7 I Figur 5 ser vi ett tydligt samband mellan vinden på 100 och 200 meter, åtminstone för U200 < 15 m/s. Vi kan skriva det som det linjära sambandet eller generellare . Vi kan beräkna medelvärdet och sedan sätta in detta i felformeln (2) för att förbättra denna. Då får vi (3) I vårt exempel är α=0,1 och =1,1 varför resultatet blir praktiskt taget detsamma som med den enklare formuleringen. Lägg märke till att den enkla formen (2) är konservativ; felet överskattas något. I fall då vi får stora fel med formel (2) bör resultatet bekräftas med den noggrannare formen (3). 20 18 16 U200 (m/s) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 U100 (m/s) 15 20 Figur 5. U200 mot U100. Den gröna linjen är y = x. Den röda är regressionen U200 = 1,1U100 + 0,1. 6:8 3 RECEPT 1. 2. 3. 4. Välj en referenshöjd med god dataåterbäring så högt upp som möjligt Ta ut alla obsar som inte har värdet 9999, detta är Beräkna medelvärdet, detta är Ta ut obsar ur för de tidpunkter då det finns giltiga obs på , dvs. då 5. Beräkna medelvärdet av dessa: detta är 6. Använd formel (2) för att beräkna betingningsfelet på 150 m detta är betingningsfelet på 150 m. Positivt innebär att den sanna vinden är starkare än den observerade och att den observerade vinden bör ökas. Negativt innebär att den observerade vinden bör minskas. Exempel: Om 150 = 0,01 skall den observerade vinden på 150 m ökas 1 % dvs. . 7. Upprepa från 4 för andra höjder än 150 m. 8. Ifall är större än 2-3 % (eller mindre än –2 till –3 %), så bör man kontrollera att metoden är god på det sätt som beskrivs i §2.3. 6:9 Bilaga 7 - Teknisk not: Orografisk avvikelse 7:1 Rapportnummer 20120313-4 Datum 2012-03-14 Titel Teknisk not orografi Delgivning AQS Kunder Version 1 Skriven Granskad Godkänd 7:2 Namn Lasse Johansson Johan Hansson Datum 2012-03-14 2012-03-15 Innehåll 1 Inledning ........................................................................................................................ 4 1.1 Naturens former .......................................................................................................... 4 1.2 Hur man tolkar bilderna............................................................................................... 4 1.3 Avvikelsernas mönster ................................................................................................ 6 2 Tumregler ....................................................................................................................... 8 2.1 Hjälpmedel.................................................................................................................. 8 2.2 Utförande .................................................................................................................... 8 3 Regler för placering .......................................................................................................10 4 Skattning av orografiska avvikelser ...............................................................................10 5 Exempel 1 .....................................................................................................................12 6 Exempel 2 .....................................................................................................................14 7:3 Sammanfattning När vinden blåser över formationer i landskapet följer luften krökta banor. AQ500 mäter lufthastigheten på tre ställen ovanför sig. Krökningen gör att lufthastigheten på dessa tre ställen kommer att variera en aning, medan AQ500 förutsätter att hastigheten inte varierar. Kollisionen mellan verkligheten och AQ500:s förutsättning ger upphov till en avvikelse mellan sann vindstyrka ovanför instrumentet och den som instrumentet ger. Avvikelsen kallas "orografisk avvikelse". Vi visar hur avvikelsen beror på höjdens form och hur den kan undvikas eller minskas. Vi ger regler för placering av AQ500 och en enkel metod för att skatta den orografiska avvikelsens storlek. När man övat några gånger är det mycket enkelt. Riv ut sidorna 10 och 11, plasta in och ta med ut i skogen! Orografi, av grekiska ὄ ϱ ος [òros] berg, är en beskrivning av landskapets höjder. Synonymt med topografi; τονπος [tonpos] plats. 7:4 1 1.1 INLEDNING Naturens former Höjder kan ge orografiska avvikelser om de är tillräckligt stora och branta. Vi kommer att dela in höjder i två renodlade slag: kullar och åsar. Vardera höjdslaget finns i hel- eller halvvariant, se Figur 1. KULLE HALVKULLE ÅS HALVÅS Figur 1. Renodlade naturformationer. Tänk på att vindriktningen är viktig; om det blåser längs en ås blir det naturligtvis ingen orografisk avvikelse. Störst avvikelse blir det om luften blåser den brantaste vägen. 1.2 Hur man tolkar bilderna I Figur 2 ser vi en halvkulle. Den färgade ytan ligger 100 meter över marken, vilket är en typisk höjd där man vill veta vindresursen. I fallen nedan kallar vi för enkelhets skull denna höjd för mäthöjden, H, trots att AQ500 mäter på både lägre och högre höjder. Under den färgade ytan, H-ytan, framträder ett rutnät som markerar marken. Vi ser att den har samma halvkulleform som H-ytan. Färgen visar skillnaden mellan den vind AQ500 levererar och den verkliga vinden. Om man ställer sodarn på olika platser kan man alltså avläsa avvikelsen med H-ytans färg på den platsen. Avvikelsen ges i procent av den verkliga vinden enligt färgnyckeln bredvid. Den varierar i detta fall från ungefär –2 % till +2 %. 7:5 Figur 2. Den färgade nivån ligger 100 meter (=H) ovan den rutade yta som är halvkullens marknivå. Höjdskalan är förstorad cirka fem gånger för att halvkullens form skall framträda tydligare. Det blå strecket är 500 meter långt och med hjälp av det kan vi skatta lutningen från foten till toppen av halvkullen till 20 %. Färgskalan visar vilken skillnad det skulle bli mellan sodarvinden och den verkliga vinden på höjden H om sodarn placerades på marken under. Figuren är inte skalriktig utan vi har förstorat höjdskalan cirka fem gånger för att man skall se formen tydligare. Halvkullen är 100 meter hög medan området mäter fyra gånger sex kilometer. Det lilla blå skalan är 500 meter lång varför vi kan skatta lutningen till cirka 100/500 = 0,2 eller 20 %. Vinden kommer från vänster eller höger, alltså längs halvkullens rygg. Mönstret för avvikelsen är symmetriskt om markens lutning är mindre än 20 % vindstyrkan är mindre än 10 m/s. Därför gäller figurerna både för vind från vänster och från höger, alltså uppför såväl som nedför branten. Alla följande figurer har samma höjd-, längd- och färgskalor som Figur 2. 7:6 1.3 Avvikelsernas mönster Vi kan dra följande slutsatser av Figur 2: sodarvind = verklig vind där marken är plan (inte nödvändigtvis horisontell), det vill säga runt om halvkullen samt längs ryggen på något avstånd från branten sodarvind > verklig vind nedanför kullen sodarvind < verklig vind ovanpå kullen sodarvind = verklig vind ungefär mitt på branten Betrakta nu Figur 3. Där har vi sammanställt ett galleri av olika höjder så att du enkelt kan jämföra dem. Överst till vänster finner du samma halvkulle som i Figur 2. Överst till höger samma form men dubbelt så brant; 40 % alltså en mycket kraftig lutning. Vi ser att avvikelsen = sodarvind – verklig vind är större än för 20-procentkullen. Lägg märke till att avvikelsen fortfarande är bunden till själva branten och snabbt klingar av bort från den. I mittenbilderna ser vi avvikelsen vid strömning uppför eller nedför en halvås med lutning 20 % till vänster respektive 40 % till höger. Lägg märke till att avvikelsen är något större än för motsvarande halvkulle. Det beror på att luften delvis kan strömma runt kullen, men all luft måste strömma över åsen. Krökningen av luftflödet blir därför något större över en ås än över en kulle. I de understa två bilderna ser vi en kilformad ås. I den vänstra bilden är lutningen hos åsen 20 % på båda sidorna. Lägg märke till att de blå zonerna, som följer kilåsens kanter, smälter samman vid dess spets. Avvikelsen vid åsens spets blir alltså dubbelt så stor där zonerna möts. I den högra bilden ser vi kilåsen ur en annan vinkel. Denna ås har större lutning, 40 %. Vi ser återigen att avvikelsezonerna möts vid åsens spets. Lägg märke till att avvikelsezonerna i detta fall är osymmetriska. Vinden kommer från vänster och avvikelsen är störst på vänstersidan, lovartsidan eller stötsidan. På den andra sidan, läsidan är avvikelsen mindre, både uppe på kilåsen och nedanför. Det beror på att strömningen är osymmetrisk runt åsen. Denna osymmetri blir alltmer uttalad ju brantare åsen är ju hårdare vinden blåser med skog än utan. Märk att denna osymmetri leder till mindre skillnad mellan sodarvind och verklig vind. 7:7 Figur 3. Galleri av avvikelsen sodarvind – verklig vind ovan prototypformer i naturen. Rutnäten antyder markytan (delvis skymd). Sluttningarna till vänster lutar 20 %, de till höger 40 %. Överst ses ett par halvkullar, därunder halvåsar och nederst kilformade åsar. Vinden blåser uppför sluttningen, från vänster. I samtliga fall utom det högra understa fallet (se texten) blir mönstret detsamma om vinden blåser från motsatt håll. Delfigurerna har samma längd- och färgskalor, den nedre högra ses från en annan vinkel. 7:8 2 TUMREGLER För att kunna tillämpa tumreglerna måste vi ta ut måtten på höjderna. Det gäller att identifiera följande tre mått 2.1 höjd bredd i vindriktningen vidd tvärs vindriktningen Hjälpmedel För detta måste du ha en karta med höjdkurvor och skalstock. En lämplig skala är 1:50000 eller mindre; 1:20000, 1:10000. Du måste även ha en linjal. Första gångerna du gör detta rekommenderar vi att du beväpnar dig med tålamod för att kunna mäta och räkna om samma sak några gånger. 2.2 Utförande Identifiera den förhärskande vindriktningen på din plats. Jämför kartan över din plats med höjderna i Figur 1 för att avgöra vilken sorts höjd du har med hänsyn till vinden. Tag sedan fram måtten på brantvidden B och höjden , se exemplen i Figur 4. Du använder följande formel för att beräkna lutningen Det andra måttet som behövs är förhållandet mellan mäthöjden H och höjden . Vi kallar detta förhållande för och beräknar det som Den orografiska avvikelsen blir mindre än 1 % och kan försummas om 1. höjden är flack, närmare bestämt om den är mer än tio gånger så bred som den är hög: <10 %. 2. mäthöjden är liten jämfört med kullens/åsens höjd: < 0,1. 3. mäthöjden är mycket större än kullens höjd: > 4. 4. mäthöjden är mycket större än åsens höjd: > 15. Om inget av ovanstående gäller så gå vidare till kapitel 4. 7:9 A 800 B2 600 V 400 B1 200 0 N B3 -200 -400 -600 -800 -1000 -1000 -500 0 500 1000 Figur 4. Bilden visar en karta över två höjder. De tunna linjerna är femmetersekvidistanser, de feta är 25metersdito. Båda höjderna är 50 meter höga; =50. X- och y-axeln är graderad i meter. Den runda kullen har en brantvidd B3≈300 m. Brantvidden är vidden av det branta området, man skall alltså inte börja mäta den mitt uppe på den platta toppen av kullen och inte sluta långt ute på platta marken. Kullen har naturligtvis samma brantvidd åt alla håll och därmed tvingas vinden uppför samma lutning oavsett varifrån det blåser. Lutningen är alltså 3=/B3≈50/300=0,17 eller 17 % om man så vill. Är den andra höjden en kulle eller en ås? Det beror på vindriktningen! Om det blåser ostlig eller västlig vind strömmar luften över en långsträckt höjd; A är mycket större än V i figuren. En del luft kan alltså strömma vid sidan om höjden istället för över den. Detta är vindmässigt en kulle. Om det däremot är nordlig eller sydlig vind måste luften över, den kan inte strömma runt höjden i samma utsträckning. Detta är vindmässigt en ås. Det är alltså måtten A och V samt vindriktningen som är styrande för om det är en ås eller en kulle. Vid ost- eller västvind är brantvidden B2≈500 m och lutningen 2≈50/500=0,1. Vid nord- eller sydvind får vi vidden B1≈100 och alltså 1≈0,5. 7:10 3 REGLER FÖR PLACERING För att minimera orografiska avvikelser vid användning av AQ500 skall följande regler tillämpas där så är möjligt. 1. Om AQ500 kan placeras så som specificeras av punkt 1-4 i avsnitt 2.2 blir avvikelsen liten 2. Placera AQ500 ovanpå höjden hellre än nedanför. 3. B är bredden av det branta partiet. Placera AQ500 några gånger B bort från det branta partiet. 4. Sträva efter att ha det branta partiet i lä och/eller lovart av mindre dominerande vindriktningar. Försök ha flacka partier i lä och lovart av dominerande vindriktning. Avvikelsen kan skattas med hjälp av de diagram som återfinns nedan. Om man misstänker att avvikelsen trots åtgärder fortfarande är signifikant, mer än cirka en procent, bör mätningen justeras i efterhand på lämpligt sätt. AQ System erbjuder en sådan tjänst. 4 SKATTNING AV OROGRAFISKA AVVIKELSER Du kan själv göra en enkel skattning av den orografiska avvikelsens storlek för en bedömning av om en korrektion av mätningarna måste göras eller inte. Den metod som vi kommer att presentera är just en skattning, inte en precisionsberäkning. Metoden är enkel och kräver endast karta, linjal och noggrannhet. Vi gör först samma steg som i avsnitt 2.2 1. Identifiera den förhärskande vindriktningen; 30o- eller 45o-sektorn är tillfyllest om inte dominerande vindriktning är extra smal eller uppdelad; använd isåfall motsvarande smala sektorer. 2. Bestäm ifall höjden har kulleform eller åsform i vindriktningen. 3. Identifiera det branta områdets bredd; var det börjar och var det slutar, detta är brantvidden B. Identifiera det branta områdets höjd på samma sätt, detta är branthöjden . 4. Beräkna lutningen och kvoten 5. Tag dessa och använd diagrammet i Figur 5 eller Figur 6 för att beräkna avvikelsen. För halvkulle/halvås blir det endast ett bidrag. För kulle/ås summeras bidragen från lä- och lovartsidan (fram och baksidan i vindriktningen). 7:11 Figur 5. Diagram för beräkning av maximala skillnaden sodarvind–verklig vind över en halvkulle. På vågräta axeln kvoten mellan mäthöjd H och kullens höjd . På lodräta axeln brantens lutning som är kvoten mellan kullens höjd och brantens vidd B i vindriktningen. Kurvorna visar skillnaden i procent. Exempel: Om kullen har höjden = 100 meter och den mäthöjd vi är intresserade av är H=100 meter blir värdet H/== 1. Om branten är ungefär B=500 meter får vi genomsnittliga lutningen =/B = 0,2. Vi avläser avvikelsen cirka –1,5 %. För mäthöjden H=200 meter blir det istället cirka –1 %. Figur 6. Diagram för beräkning av maximala skillnaden sodarvind–verklig vind över en halvås. På vågräta axeln kvoten mellan mäthöjd H och åsens höjd . På lodräta axeln brantens lutning som är kvoten mellan åsens höjd och brantens vidd B i vindriktningen. Kurvorna visar skillnaden i procent. Exempel: Om åsen har höjden = 100 meter och den mäthöjd vi är intresserade av är H=100 meter blir värdet H/== 1. Om branten är ungefär B=500 meter får vi genomsnittliga lutningen =/B=0,2=20%. Vi avläser avvikelsen cirka –2 %. För mäthöjden H=200 meter blir det istället cirka –1,5 %. 7:12 5 EXEMPEL 1 Vi följer receptet i kapitel 4. 1. Den dominerande vindriktningen är syd till väst. 2. Betrakta den förhållandevis enkla orografin på mätlokalen, Figur 7. Det är en höjd ungefär 30 meter över omgivningen, avlång, cirka V1=500 meter på ena ledden och V2=200 på den andra. Eftersom V1 är mycket större än V2 är höjden en kulle för vind längs V1 men en ås för vind längs V2. Med andra ord är höjden en kulle för nordvästoch sydostvind och en ås för nordost- och sydvästvind. Den senare är alltså den förhärskande. 3. Eftersom höjden är så pass liten är det inte möjligt att placera AQ500 några gånger B2 bort från någon av branterna, vilket skulle gjort att den orografiska avvikelsen blev försumbar. Det bästa man kan göra är att ställa AQ500 så långt bort från B2-branten som möjligt samt att skatta avvikelsen för att se om vi bör efterhandsjustera mätningarna . 4. Vid vind från sydväst och nordost är branterna B2=95 meter respektive B4=200 m, =25 meter. Vi får lutningen 2=0,25 på sydvästsidan och 4=0,12 på motsatt sida. Den intressanta mäthöjden är planerad navhöjd: H=100 m. Därför bli =H/≈4. 5. För en ås ger Figur 6 avvikelserna –2,5 % respektive –1,5 %. Sammanlagt alltså – 4%. Hur blir det för vind från andra riktningar? 2. 3. 4. 5. Som vi såg tidigare är höjden en kulle för vind från nordväst och sydost. Måtten är B1=130 meter respektive B3=260 meter. Vi får lutningen 1=/B1=0,2 på nordvästsidan och 3=0,1 på sydvästsidan. För en kulle får vi ur Figur 5 avvikelserna drygt –1 %, säg –1,5 % respektive –1%. Sammanlagt alltså –2,5 %. I detta fall bör man alltså efter mätningen justera för orografiska effekter. I Figur 8 ser du avvikelsen i området beräknad med en strömningsmodell. 7:13 B1 V1 B4 B2 X B3 V2 Figur 7. Höjdkarta över området. Ekvidistans 5 m för tunna och 25 m för tjocka höjdkurvor. X och y i meter. Färgskalan anger höjd. Krysset är rekommenderad position för AQ500. Figur 8. Avvikelsen sodarvind-verklig vind (%) i området i Figur 7. T.v. för NV- eller SO-vind. T.h. för SVeller NO-vind. Färgen på en viss plats ger den avvikelse 100 möm man skulle få om AQ500 placerades där. 7:14 6 EXEMPEL 2 Vi följer receptet i kapitel 4. 1. Den dominerande vindriktningen är väst. 2. Områdets dominerande orografi är en liten höjd. För vind från väster eller öster antar vi att höjden är en kulle; den är mer rund än långsträckt tvärs vindriktningen. 3. Höjden är drygt 25 m högre än omgivningen, vi tar =25 m. Det brantaste partiet vetter år väster. Avståndet mellan 25-metersekvidistanserna är runt 150 m, vilket är B. 4. Vi får en största lutning i området på cirka =25/150≈0,2. Är mäthöjden H=100 m får vi =H/≈4 ovanpå kullen. För andra ställen i området är dock mindre eller mycket mindre än 25 m, varför kvoten blir mycket större än 4. 5. I Figur 5 avläser vi för =0,2 och =4 ett värde på avvikelsen för lovartsidan mellan – 1 % och –2 %, säg –1,5 %. På läsidan är lutningen mycket mindre; säg att avvikelsen är –0,5 %. Totalt –2 % vid väst- och ostvind om AQ500 placeras uppe på kullen. Vid sydväst- eller nordostvind är lutningen mindre, säg =0,1, och mer avlång tvärs vinden. Vi använder Figur 6 och får med =0,1 och =4 avvikelsen –1,5 %. Vi dubblar detta för att få både lä- och lovartbidraget; totalt –3 %. För andra delar av området, exempelvis området med höjden 40-50 m nordost om kullen, kommer att vara stort; 10-20 och <0,05. Om AQ500 placeras där blir avvikelsen ≤ 1 % och ingen justering behövs. Slutsatsen är att om AQ500 placeras på kullen bör en efterhandsjustering göras. (Tänk också på att om en mätning, oavsett mätmetod, görs ovanpå kullen och skall "flyttas ned" till turbiner på andra platser i området kommer den numeriska modell som då måste begagnas, t.ex. Wasp, att ge stora fel och därmed osäkerhet.) Om man undviker kullen och dess närområde behövs ingen efterjustering. Avvikelsen vid olika vindriktningar visas i Figur 10. 7:15 Figur 9. Höjdkarta över området. Ekvidistans 5 m för tunna och 25 m för tjocka höjdkurvor. X och y i meter. Färgskalan anger höjd. Figur 10. Avvikelsen sodarvind-verklig vind (%) i området i Figur 9 för vindriktning enligt pil. Färgen på en viss plats ger den avvikelse man skulle få 100 möm om AQ500 placerades där. 7:16 Bilaga 8 - Metodik för jämförelse mellan AQ500 och annan mätning 8:1 Report number 20130823-12 Date 20130823 Report Title Guide for comparing AQ500 data with other data Distribution AQS Clients Number of pages 25 Revision 0 Prepared by Reviewed by Approved by AQSystem Box 2135 SE135 02 TYRESÖ SWEDEN 8:2 Name Lasse Johansson Johan Hansson Date 2013-08-29 2013-11-05 Kyrkogatan 30 SE411 15 GÖTEBORG SWEDEN [email protected] +46 8 776 40 86 Quick reference / content of the report 1 Comparing AQ500 with other measurement data. 2 Checking reference data 3 2.1 Site visit 2.2 Examine documentation 2.3 Examine equipment 2.4 Examine data 2.5 Verify elimination of bad data Checking the AQ500-data 3.1 Site visit 3.2 Examine documentation 3.3 Examine equipment 3.4 Examine data 3.4.1 Data retrieval 3.4.2 Temperature 3.4.3 Extreme values – spikes 3.4.4 Complete wind profiles 3.5 4 Verify elimination of bad data Comparing reference data with AQ500 data 4.1 Comparability 4.2 Synchronization 4.3 Compare datasets pairwise 4.3.1 Select pair 4.3.2 Calculate difference 4.3.3 Correct for vector-scalar 4.3.4 Calculate relative difference 4.3.5 Estimate uncertainty of difference 4.3.6 Repeat this procedure for other heights. 5 Refernces 6 EXAMPLE 6.1 7 Labels in the examples Checking reference data 7.1 AQSystem Examine documentation 2 (25) 8:3 7.2 Examine equipment 7.3 Examine data 7.3.1 Wind speed/anemometers 7.3.2 Wind vanes/direction 7.4 8 Checking the AQ500-data 8.1 Examine documentation 8.2 Examine equipment 8.3 Examine data 8.3.1 Wind speed 8.3.2 Temperature 8.3.3 Data retrieval 8.3.4 Wind profiles 8.4 9 Verify elimination of bad data Comparing reference data with AQ500 data 9.1 Comparability 9.2 Synchronization 9.3 Compare datasets pairwise 9.3.1 The pair U100AQ and U101A 9.3.2 Calculate difference 9.3.3 Correct for vector-scalar 9.3.4 Calculate relative difference 9.3.5 Estimate uncertainty of difference 9.3.6 Repeat this procedure for other heights. AQSystem 8:4 Verify elimination of bad data 3 (25) 1 COMPARING AQ500 WITH OTHER MEASUREMENT DATA. The comparison work proceeds in the following phases 1. Check reference data. 2. Check AQ500 data. 3. Compare the data sets. 2 CHECKING REFERENCE DATA Mast mounted anemometers is currently the reference to which other wind measuring instruments are compared to. In this document it is more or less implied that "reference data" is from an anemometer. The general methodology described is however appropriate to use when the reference data is of a different kind, for example from another remote sensing instrument. Data from numerical models such as Wasp or MERRA is of low quality and shall not be used to check the quality of measurements. If the reference data is of unknown or questionable quality, the comparison will have no value. In this case, the comparison should be discontinued since the conclusions drawn will be obscure. The procedure of checking the reference data depends on the type of instrument with which it was collected. The instrument supplier must deliver proper guidelines for this. 2.1 Site visit 2.2 Examine documentation If a site visit has been done, the information should be first hand and flawless. If no site visit was done, the documentation is second hand information and must be scrutinized. Proper documentation must be present: - 2.3 relevant photos of the details of the anemometer mounting photos of the whole mast and of the surroundings a detailed map of the surrundings drawing of the mounting with dimensions calibration certificates logger configuration log with service events, instrument malfunctions and any changes made during the measurement period Examine equipment The standard, quality, and maintenance of the equipment and the mounting must be sufficient. Aging of equipment must be taken into consideration. This requires the executor of the comparison to possess enough experience and skill to judge. AQSystem 4 (25) 8:5 2.4 Examine data The reference data must be examined. As a minimum, the pairwise difference between anemometers at equal or close heights must be examined to reveal lee and windward disturbances, freezing and other irregularities. Direction and width of lee sectors is determined and data affected by lee effects from each anemometer must be removed from the comparison. Wind speed data from freezing periods and other malfunctions must be removed from the comparison. The wind wanes are compared to one another and to some independent observation about the true wind direction to ascertain that the vanes correspond properly to one another and indeed show the true wind direction. Wind direction data from freezing periods and other malfunctions must be removed from the comparison. 2.5 Verify elimination of bad data A very important step in the quality control is to verify that the erroneous data you intended to remove actually is removed. Never fill data holes with interpolated data, data from other levels or sensors! Holes must be left. Then, when the equipment and the site is found to support the assumption that the measurements reflect the true wind speed at each level, proceed with the next step: checking the AQ500-data. 3 CHECKING THE AQ500-DATA Detailed information about the AQ500 can be found in the AQ500 User guide (AQSystem 2013). If this is your first time analyzing data from an AQ500 we recommend that you read it before you start. 3.1 Site visit 3.2 Examine documentation If a site visit has been done when the AQ500-unit was present, the information should be first hand and flawless. If no site visit was done with AQ500 present, the documentation is second hand information and must be scrutinized. Proper documentation must be present: - relevant photos of the installation and of the surroundings installation protocol a detailed map log with service events, instrument malfunctions and any changes made during the measurement period From the documentation it must be possible to determine the distance from the AQ500 to the reference measurement and to sound reflecting objects such as buildings, trees and turbines AQSystem 8:6 5 (25) (a met mast is also a sound reflecting object). The distance should be at least one measurement height (150 or 200 m depending on the configuration). For more information about how to evaluate the suitability of a site with respect to the AQ500 please refer to chapter 2 in the User Guide (AQSystem 2013). 3.3 Examine equipment Examine the documentation to find out the following - How old is the system? Has it been regularly maintained? Has it been involved in any accidents causing shock such as traffic accidents, bumping into stones, holes, or dropped during lifting? What is the condition of the sound absorbing foam in the antenna and the antenna compartment? When was the foam renewed? Has the system been fuelled before the diesel tank ran empty? Has the thermometer been properly mounted The relevance of the above will be clear if you read the User Guide (AQSystem, 2013). 3.4 Examine data For details about how data from an AQ500 should be examined see chapter 5 in the User Guide (AQSystem, 2013). 3.4.1 Data retrieval Check data retrieval. Data loss consists of two parts: downtime and invalid data. Downtime is when AQ500 is not operating, typically due to low fuel, lack of maintenance of motor or battery. Invalid data are 9999-values at certain times or heights, typically due to snow in the antenna (no heater or heater not activated) or atmospheric conditions. At 100 meters, the data loss should be less than three percent in total (downtime+invalid data) if the AQ500 has been installed properly and is run at full pulse power 250 W. Additionally, if in snowy climate, equipped with heater. If more than three percent at 100 m and if the excess loss is due to downtime, check for failure to fuel and failure to service. If in cold climate, check that the heater was operating. If the amount of invalid data is more than three percent, the site might be unfavorable for measuring with an AQ500. 3.4.2 Temperature Do the temperature data appear correct? Without correct temperature data the wind speed data will be erroneous. 3.4.3 Extreme values – spikes Extreme wind speed values can occur in the time series, these must be removed before removed before the comparison. There should not be more than a handful during a month. AQSystem 6 (25) 8:7 3.4.4 Complete wind profiles Check wind profiles, refer to chapter 5 in the User Guide (AQSystem 2013). Check daily and monthly average complete profiles. Weekly and monthly complete profiles are often closely power-law or log-law shaped. Bumps or dents towards lower wind speeds can indicate fixed echo disturbances. Daily complete profiles are not always power-law or log-shaped, but persistent dents or bumps reveal fixed echoes. 3.5 Verify elimination of bad data A very important step in the quality control is to verify that the erroneous data you intended to remove actually is removed. Never fill data holes with interpolated data, data from other levels or sensors! Holes must be left. Then proceed with the next step: comparing data. 4 4.1 COMPARING REFERENCE DATA WITH AQ500 DATA Comparability The first step in the comparison is to determine, based on the documentation, if the two measurements are possible to compare with a meaningful result. A fundamental condition to get a meaningful result is that the distance between the two measurements is sufficiently short (but not too short, se section 3.2). The comparison must be based on measurements of the same wind. It is important to confirm that neither the AQ500 nor the reference is in lee of, for example, a turbine. If either is in lee, remove data from both data sets before the comparison. 4.2 Synchronization 4.3 Compare datasets pairwise Select one of the data sets involved (AQ500 or reference data set/s) as the time base. Synchronize all other data with this time base. Then, verify the synchronization of each AQ500-to-reference pair by visual inspection of the time series of wind speed at a sample height. Verify synchronization at the beginning and at the end of time series since instrument clocks could be changed during measurement. Verify the presence of data holes where invalid data was originally located. 4.3.1 Select pair Select a level to compare. Extract the valid data from AQ500 (called A below) and the reference data set (called R below) from that level. Verify that no of the invalid data found earlier (leed, frozen sensors etc) is present. Plot the data versus time and inspect the time series visually. Verify synchronization and covariation visually throughout the comparison period and the presence of data holes where invalid data was located. AQSystem 8:8 7 (25) 4.3.2 Calculate difference Calculate the (pairwise) difference = A–R for R>4 m/s. Calculate the average, ̅ , and standard deviation, , of 4.3.3 Correct for vector-scalar Read about the scalar-vector difference in section 5.5 in the User Guide (AQSystem 2013). Calculate the value of the correction and apply to the mean difference ̅ above. The correction will increase ̅ slightly, usually by 0 to 1 %. 4.3.4 Calculate relative difference Calculate, ̅ , the average of R for simultaneous measurements. (Hint: In many software this can be done by calculating the average of R-A+A. If there are terms in either R or A that are marked as "invalid" or NaN or similar, they are left out of the sum and only simultaneous measurements are included. This requires of course that A and R are properly synchronised!) Calculate, ̅, the average deviation in percent by ̅ 4.3.5 Estimate uncertainty of difference Calculate an estimate of its standard error ̅ ̅ ̅ ̅√ where N is the number of values of . (Assuming that the values in are independent which may not be completely true. Therefore, ̅ , shall be thought of as a lower limit for the standard error of ̅.) 4.3.6 Repeat this procedure for other heights. Note: If data A and R are from different heights, there will be a bias to ̅ which can be estimated by where dz is the height difference, z is the height and is the power law alpha estimated from the data. The formula applies for small height differences: a few up to ten meters. The height difference should be -2,5 < dz < 2,5 since AQ500 gives wind speed every five meters. Sample values for the limit bias is then ±0,25 % when z = 100 m and = 0,1 and ±0,75 % when z = 50 m and = 0,3. 5 REFERENCES AQSystem (2013). Userguide, AQ500 Windfinder. Göteborg: AQSystem AQSystem 8 (25) 8:9 6 6.1 EXAMPLE Labels in the examples Measurements are labeled in the following way: XNNN where X is a letter indicating the parameter and NNN is the height above ground level in meters. The letters used for labeling is shown in Table 1. The wind speed measured 100 meters above ground level is thus labeled U100 and the temperature 2 meters above ground level is labeled T2. Table 1. The labels used for different parameters in the examples. X U R T TI 7 Parameter Wind Speed Wind Direction Temperature Turbulence intensity CHECKING REFERENCE DATA A site visit was done 2013-05-22 reported in [REF]. 7.1 Examine documentation Proper documentation is present and appended to this document [REF]. All reference instruments are clearly visible on photos. The mast surrounding is depicted around the horizon such that disturbing objects can be identified. Example: The following disturbing objects were identified: TURBINE1 at distance 554 m is disturbing the wind when R96 = 275º to 290º. All reference anemometers have been calibrated. The certificates are appended and have been checked. No deviations found. There is a logger configuration printout. The calibration coefficients have been properly applied to each corresponding anemometer. The identity, orientation and height, of each instrument can be coupled uniquely with one column in the data file. Other notes concerning the documentation. Example: The documentation is dated 7 months after the installation. 7.2 Examine equipment The anemometers are suitable for precision wind measurements. The anemometers were all calibrated less than ZZ years ago. AQSystem 8:10 9 (25) The anemometers are mounted according to specifications in the IEC61400-standard/other standard. The blocking effect is computed to be less than ZZ for this mounting and this mast. Blocking due to possible presence of lightning rods, cabling, antennas, ladder, platform and any other blocking object has been taken into consideration. In cold weather: Anemometers have been subjected to freezing and thus are equipped with proper heating of body and cups. The heating has been working properly at all times/has not been working during ZZ. Example: Anemometers are not heated. All data when T87 < +2oC must be eliminated. Other notes concerning the equipment: Example: Double anemometers U100A and U100B only on z = 100. There is a lightning rod disturbing U100A when the wind is coming from R96 = 105º to 125º and U100B when the wind is coming from R96 = 285º to 305º. 7.3 Examine data 7.3.1 Wind speed/anemometers The wind data for the comparison period is found in Figure 1. There is a data hole of two days in the middle due to mast logger power failure. 14 U60 U80 U101A U101B 12 10 U (m/s) 8 6 4 2 0 AQSystem 130602 130609 130616 130623 130630 10 (25) 8:11 Figure 1. Wind speed versus time for mast anemometers. The difference between two adjacent ten minute wind speed averages (U/t) is rarely more than 7-9 m/s. There is one spike with U/t > 6 m/s/10 min and U/t < –5 m/s/10 min visible in Figure 2. The spikes have been inspected and found to be real features; not removed. 8 U60 U80 U101A U101B 6 /Ut (m/s/step) 4 2 0 -2 -4 -6 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 2. Time ratio U/t versus time. U/t up to 7 m/s/10 min occur. A number of short data holes and the large one are visible. The wind speed difference for anemometer pair U101A and U101B on z = 100,9 m is in Figure 3 and Figure 4. The lee sectors are centered on R96 = 140o and R96 = 320o respectively which corresponds well to nominal values R96 = 137o and R96 = 317o. Sectors with width 60o (±30o) will completely include all observations in lee. The upwind blockage effect is ±1 % for the pair thus 0,5 % for each U101-instrument. The blockage effect for anemometers (one sided) below 100 m is larger because they are side mounted. Estimated blockage 1 %. Mean difference anemometers at 101 m, U>4 and no lee AQSystem 8:12 11 (25) No-lee condition |R96-137|>30 & |R96-317|>30 Nobs 4064 U101B-U101A (% of average) -0.3 Figure 3. Simultaneous wind speed difference, anemometers at z = 100.9 m (U101A and U101B). Difference in % of U101A for U101A > 4 m/s. Magnification in Figure 4. AQSystem 12 (25) 8:13 20130601-20130823 2 Obs o Median. Classwidth 10 . U101B-U101A (% of U101A). U101A>4. 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 o R96 ( ) o Figure 4. Magnification of Figure 3. Red line is class median. Classwidth 10 . 7.3.2 Wind vanes/direction The wind vanes data is graphed in Figure 5. R96 seems most appropriate as the wind direction reference. The anemometer lee pattern in Figure 4, when R96 is used, coincides with the nominal boom direction in the documentation. The direction of R96 is hence confirmed. R60, R80 and R104 are not used. AQSystem 8:14 13 (25) 20130402-20130805 350 R60 R80 R104 300 250 o ( ) 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 300 350 o R96 ( ) Figure 5. Wind vanes R60, R80 and R104 versus wind vane R96. 7.4 Verify elimination of bad data All leed data as found above was eliminated before comparison to AQ500-data. No frozen or other bad data was found. The data hole was NOT filled. 8 CHECKING THE AQ500-DATA The AQ500-unit has/has not been inspected on site. 8.1 Examine documentation Proper documentation is present and appended to this document, REFERENCE. There are relevant photos from AQ500 in all directions around the horizon. Example: The distance from AQ500 to the following objects in the photos are: met mast 212 m, turbine 308 m, wood pile 177 m. 8.2 Examine equipment Age of system: ZZ years. Software version 9S24 Condition of acoustic foam: Renewed 2011-07. No wear. Thermometer: Properly mounted beside the door to the power compartment. Maintenance: Motor serviced according to schedule. AQSystem 14 (25) 8:15 Damages: No information. Fuelling: Before empty during this campaign. 8.3 Examine data 8.3.1 Wind speed The wind data for the period is shown in Figure 6. There are no data holes. There are single, erroneous, extreme points that must be removed. Since these extreme points are surrounded by invalid observations there are no spikes U/t > 5 m/s/10 min or U/t < –5 m/s/10 min visible in Figure 7 (invalid observations are marked as NaN in the data and the difference between a number and a NaN is a NaN). This shows that it is important to look at things from different angles. 20 U60 aq U80 aq 18 U100 aq 16 14 U (m/s) 12 10 8 6 4 2 0 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 6. AQ500 wind speed at 60, 80, 100 m. A handful of extreme values are visible within the black ellipses. AQSystem 8:16 15 (25) 5 U60 aq U80 aq 4 U100 aq 3 /Ut (m/s/step) 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 7. Time ratio U/t versus time to enhance and identify spikes. Please note that extreme observations surrounded by invalid data, marked as NaN in the data sets, does not show in this type of plot. 8.3.2 Temperature The temperature, essential for a correct wind measurement with an AQ500, is shown in Figure 8. The observations seem reasonable for the site and the time of year. AQSystem 16 (25) 8:17 30 25 o Taq ( C) 20 15 10 5 0 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 8. Temperature T2 from AQ500. The observations appear to be correct. 8.3.3 Data retrieval The AQ500 was run at 80 % of max pulse power (200 of 250 W) during the campaign, Figure 9. The data avaliability at 100 m is > 97 %, Figure 10, which is satisfactory. AQSystem 8:18 17 (25) 201 200.8 200.6 200.4 P (W) 200.2 200 199.8 199.6 199.4 199.2 199 130602 130609 130616 Time (days) 130623 130630 Figure 9. Output power 200 W (80 % of full 250 W). unnamed U 20130601-20130701 160 140 z (m) 120 100 80 60 40 invalid obs absent obs 0 2 4 6 U loss (%) 8 10 12 Figure 10. 2,5 % invalid data and <0,1 % absent data at z = 100 m >97 % data availability at 100 m. 8.3.4 Wind profiles The mean of all complete profiles is in Figure 11. The profile is closely (well within 1 %) power-law shaped which indicates a good measurement. Mean of complete daily wind AQSystem 18 (25) 8:19 profiles, Figure 12, are absent of systematic dents or bumps indicating that no disturbances have been present. 150 u 20130601-20130701 loglog 150 130 110 110 90 90 z (m) 130 70 complete fit 70 com 1% 50 -1 -0.5 0 0.5 com - fit (%) 1 50 5 6 u Figure 11. Mean of complete wind profiles on loglog scale. Right: profile and fitted power law. Left: deviation profile – fit in % with ±1 %. AQSystem 8:20 19 (25) 150 130 20130608|135 20130609|123 20130610|136 20130611|136 20130612|122 20130613|120 20130614|136 110 z (m) 90 70 50 3 4 5 6 7 8 9 U (m/s) Figure 12. Mean of complete daily wind profiles on loglog scale. Caption: date|number of complete profiles (of 144). 8.4 Verify elimination of bad data Only the extreme points in Figure 6 are removed before the comparison. 9 9.1 COMPARING REFERENCE DATA WITH AQ500 DATA Comparability Data when the met mast is in lee of TURBINE1 is removed from the comparison. The distance between the AQ500 and the met mast is 212 meters. 9.2 Synchronization Anemometers and AQ500 follow closely on 10 minute resolution on comparison levels in the beginning, middle and end of the comparison period. See Figure 13. AQSystem 20 (25) 8:21 U101A mast 14 U100 aq 12 U (m/s) 10 8 6 4 2 0 130616 00 130616 06 130616 12 Figure 13. An example of visual synchronization check. Check at the start and at the end of the period confirms synchronization throughout the data set. 9.3 Compare datasets pairwise 9.3.1 The pair U100AQ and U101A We start with comparing A=U100AQ and R=U101A, see Figure 14. AQSystem 8:22 21 (25) 16 U101A mast U100 aq 14 12 U (m/s) 10 8 6 4 2 0 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 14. Overview of U101Amast and U100aq. There is a 0.9 m difference in height between A and R. The wind profile can be approximated by a power law with α ≈ 0.28, Figure 15. We can use the formula in section 4.3.6 to investigate if we need to take this into consideration. The bias when comparing mean wind at the mast level z = 100.9 m with the AQ500 level z = 100 m, the bias is approximately 0.28*0.9/100 = 0.003 or 0.3 %. We will ignore this bias here. AQSystem 22 (25) 8:23 <Uaq> 105 = 0,28 100 95 90 z (m) 85 80 75 70 65 60 4.6 4.7 4.8 4.9 U (m/s) 5 5.1 5.2 Figure 15. The profile is approximated by a power law with ≈ 0.28. The bias when comparing mean wind at the mast level z = 100.9 m with the AQ500 level z = 100 m, the bias is approximately 0.28*0.9/100 = 0.003 or 0.3 %. We will ignore this bias here. 9.3.2 Calculate difference Figure 16 shows the time series of the difference between U100AQ-U101A. The average difference is ̅ = U100AQ-U101A = A - R for U100A>4 m/s is –0.0473 m/s. Next we calculate the relative difference. We start by calculating, ̅ , the average of R = U101A for simultaneous measurements. (Hint: In many software this can be done by calculating the average of R-A+A. If there are terms in either R or A that are marked as "invalid" or NaN or similar, they are left out of the sum and only simultaneous measurements are included. This requires of course that A and R are properly synchronised!) The average of U101A for U101A> 4 m/s is 6.44 m/s. The relative difference is –0.0473 /6.44 = –0.0073 or –0.73 %. AQSystem 8:24 ̅ ̅ ̅ 23 (25) 4 = U100aq-U101Amast 3 2 1 (m/s) 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 130602 130609 130616 130623 130630 Figure 16. Difference at z 101/100 m versus time. The hole is due to missing mastdata. 9.3.3 Correct for vector-scalar The vector-scalar correction factor for the dataset ̅ = U100-U101A is Thus the mean difference ̅ should be increased by 0,84 %. The relative difference from above is thus adjusted from –0,73 to –0,73 + 0,84 = 0,11 %. Please note that we use the average turbulence intensity, TI101A, when U101A>4, Figure 17. AQSystem 24 (25) 8:25 40 data1 y std y mean 35 30 TI101A (%) 25 20 15 10 5 0 4 5 6 7 8 9 10 U101A (m/s) 11 12 13 14 Figure 17. Turbulence intensity, TI101A, for U101A>4. Average is 11,7 % and standard deviation is 5,5 %. 9.3.4 Estimate uncertainty of difference The last thing in the comparison is to calculate an estimate of the standard error. From the measurements we can calculate the standard deviation of Δ, = 0.67 m/s. The number of value pairs in Δ is 4984. We know from before that ̅ = 6.44 m/s. The standard error becomes ̅ ̅√ √ We assume that the value pairs in are independent which may not be completely true. Therefore ̅ , shall be thought of as a lower limit for the standard error of ̅. 9.3.5 Repeat this procedure for other heights. AQSystem 8:26 25 (25) Bilaga 9 - Protokoll för användning vid platsbesök 9:1 Project Date Site name / Description Site category (1-5) Coordinates Acoustics and Objects (echoes from the surroundings caused by trees, buildings, rocks, etc) Distance to neighbours Transport to and from site (remember service and maintenance) Describe ground conditions Visibility of AQ500 (from public roads) Direction of system (can solar panels face south?) Pictures Meteorological suitability and orography 9:2 Type: N-S: E-W: Bilaga 10 - Installationsprotkoll 10:1 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH An installation report should (at least) contain the following DEPLOYMENT DETAILS Installation engineer Installation date Report date Position Reason if pos. deviates from installation order Coordinate system System orientation (degrees) SYSTEM DETAILS System serial number Client identification number Trailer registration number Sodar phone number Control unit phone number Alarm number / e-mail 1 Alarm number / e-mail 2 Alarm number / e-mail 3 Measurement interval Sodar software version Control unit software version 10:2 Revision 1 Page 1 of 10 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH Revision 1 Page 2 of 10 ON-SITE SYSTEM CHECKS Temp and humidity sensor installed Solar panels installed System leveled Rise OMNI antenna Power on system Generator manual start Generator fan start Sodar startup Control unit SIM network register (N/A if WEB) Sodar SIM network register System orientation updated to System name updated to System date and time set to Reasonable temperature readings Update system output power to 250W Data check 30min @ 250W Spectrum check 30 min @ 250W SITE INFORMATION Type of site Terrain type Vehicle requirements 10:3 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH LANDSCAPE OVERVIEW AND INSTALLATION PICTURES Toward System, Direction N 10:4 Revision 1 Page 3 of 10 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH Revision 1 Page 4 of 10 From System, Direction N Distance to treeline/obstacle: m 10:5 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH Toward System, Direction E 10:6 Revision 1 Page 5 of 10 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH From System, Direction E Distance to treeline/obstacle: Revision 1 Page 6 of 10 m 10:7 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH Toward System, Direction S 10:8 Revision 1 Page 7 of 10 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH From System, Direction S Distance to treeline/obstacle: Revision 1 Page 8 of 10 m 10:9 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH Toward System, Direction W 10:10 Revision 1 Page 9 of 10 AQ500 example installation report Issued by Sign AQS 2013-10-04 JH From System, Direction W Distance to treeline/obstacle: Revision 1 Page 10 of 10 m 10:11