风力发电测风仪器：激光雷达性能比较(ZephIR-VS-WindCube)教学教材
利用激光雷达对风的测量与分析在风力发电中的应用
利用激光雷达对风的测量与分析在风力发电中的应用摘要：风力发电是一种清洁、可再生的能源，激光雷达作为一种高精度、高可靠性的测量工具，在风力发电中得到了广泛的应用。
本文首先介绍了激光雷达的基本原理和风测量中的应用方法，然后详细讨论了激光雷达测量风速和风向的精度和可靠性。
接着，探讨了激光雷达在风能资源评估、风力发电机组的控制和风力发电场的运维管理等方面的应用。
通过本文的研究，能够为今后激光雷达对风的测量与分析在风力发电中的应用提供一定的参考与借鉴。
关键词：激光雷达；风力发电；风测量；风能资源评估随着环境保护意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛的关注和应用。
风力发电的效率和稳定性对于其经济性和可持续性至关重要。
而激光雷达作为一种高精度、高可靠性的测量工具，可以提供准确的风速和风向数据，对于风力发电的运行和管理起到至关重要的作用。
一、激光雷达对风的测量原理和方法1.1 激光雷达的基本原理激光雷达是一种利用激光束进行测量的仪器，它可以通过测量光的传播时间来计算目标物体的距离。
激光雷达的基本原理是发射一束激光束，当激光束遇到目标物体时，会被目标物体反射回来，激光雷达接收到反射回来的激光束后，通过测量激光束的传播时间来计算目标物体的距离。
1.2 激光雷达在风测量中的应用方法激光雷达在风测量中的应用方法主要有两种：一种是通过测量激光束的传播时间来计算风速；另一种是通过测量激光束的偏转角度来计算风向。
1.3 激光雷达测量风速和风向的精度和可靠性激光雷达测量风速和风向的精度和可靠性主要受到以下几个因素的影响：激光雷达的精度、目标物体的反射特性、大气条件和测量距离。
二、激光雷达在风力发电中的应用2.1 激光雷达用于风能资源评估风能资源评估是确定风力发电场的可行性和优化布局的重要步骤。
激光雷达作为一种高精度、高可靠性的测量工具，在风能资源评估中发挥着关键的作用。
首先，激光雷达可以提供准确的风速和风向数据。
激光雷达海上测风方案
WINDCUBE激光雷达海上测风方案北京莱维塞尔科技二零一二年目录引言1第一部分海上单桩平台介绍2一、桩体结构形式：2二、桩体俯视图2三、桩体加工与运输2四、施工介绍21、组织结构22、施工流程2第二部分海上激光雷达介绍4一、WINDCUBE激光雷达基本介绍41、主要特点：42、应用领域：53、评估认证：64、Windcube 发展演变：6二、系统技术及性能指标72.1WINDCUBE技术原理72.2WINDCUBE系统组成72.3数据处理软件描述1、软件界面72.4系统技术指标9四、可选模块说明91、WINDCUBE双供电系统-M50VP〔甲醇燃料+太阳能板92、3G/SAT无线传输93、WINDCUBE CFD软件工程104、GPS安全跟踪系统105、PTU 传感器11五、系统维护11第三部分、成功应用案例及安装现场11一、经典应用案例11二、安装现场111、在孤岛上——悬崖边122、在灯塔上——Nass&Wind - Lighthouse123、在大的海上平台上: RES ltd –platform <Race bank round 2>124、在小的海上平台上-中国国电集团项目12引言Windcbue海上激光雷达测风系统采用特殊设计的单桩独柱平台,加上轻巧便携的Windcube 激光雷达测风装置,配套供电系统、防雷系统、航标装置及辅助测风系统,形成一套完备的新型式海上测风体系。
与传统式海上测风塔相比,激光雷达海上测风系统特点如下：结构简单、安装方便施工周期短：传统式海上测风塔制作及施工复杂,时间基本上需要6个月左右；而单桩基础设计、制作及施工简单,施工面积小,只需要1个月就可以完成,激光雷达安装只需2天,因此,使工期大大缩短。
迁移方便,可重复利用：在陆上测风塔移塔是很普通的事情,但对于海上测风塔,移塔却非常困难,迁移费用高；而激光雷达测风系统,迁移非常方便,可多次重复利用。
风力发电机组 测风激光雷达 技术要求与试验方法
风力发电机组测风激光雷达技术要求与试验方法1. 引言1.1 概述风力发电是一种利用风能转换为电能的可再生能源的技术。
随着全球对清洁能源需求的增加，风力发电机组逐渐成为主要的电力供应方式之一。
测风激光雷达是一种用于准确测量大气中风速和方向的先进技术。
本文将围绕着风力发电机组与测风激光雷达之间的关系，探讨其技术要求和试验方法。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，分别是引言、风力发电机组技术要求、测风激光雷达技术要求、技术要求与试验方法比较分析以及结论与展望。
在引言部分，我们将对文章进行一个整体的介绍和概述。
随后，在各个章节中，我们将详细讨论风力发电机组和测风激光雷达的相关技术要求，并通过比较分析它们之间相互影响和依赖关系来探讨它们在实际应用中可能出现的问题。
最后，在结论与展望部分，我们将对本文所阐述的内容进行总结评价，并提出未来研究的方向。
1.3 目的本文的主要目的是对风力发电机组和测风激光雷达技术要求与试验方法进行详细研究和比较分析。
通过探讨它们的原理、功能需求、设计要素、安全考虑以及技术参数等方面，可以更好地了解它们之间的关联性，为相关领域的研究和应用提供参考依据。
同时，通过对比分析不同技术标准和试验方法，可以揭示出可能存在的差异和问题，并为进一步改进和优化这些技术提供指导意见。
最终，本文旨在促进风力发电领域与测风激光雷达领域之间的交流与合作，推动能源行业向更加清洁、高效和可持续发展迈进。
2. 风力发电机组技术要求：2.1 功能需求：风力发电机组作为一种可再生能源装置，其功能需求主要包括以下几个方面：1）高效转化：能够将风能高效转化为电能，实现最大化的能量利用；2）稳定输出：具备稳定的电力输出特性，能够适应不同风速和气候条件下的工作环境；3）自适应调节：具备自动调节机制，可以根据实时的风速变化进行叶片转速的控制，以更好地匹配风能资源；4）系统监测：配备完善的监测系统，对设备运行状态、功率输出等进行实时监测和数据记录；5）安全保护：具备多重安全保护功能，防止因恶劣天气或异常情况导致设备损坏或人身伤害。
维萨拉 WindCube Nacelle 机舱式激光雷达产品说明书
优点实现快速、成熟、准确的功率曲线测试WindCube Nacelle 可通过持续风向对准功能，实现符合行业实践和 IEC 标准的可靠的合同和运行功率曲线测试，从而快速提供准确数据。
维萨拉气象传感器选件可实现准确的空气密度校正后的功率曲线测试，与此同时，叶轮面等效风速 (REWS) 激光雷达输出数据可提供准确的叶轮面平均风速。
WindCube Nacelle 现在常常被引入风机供应协议，用以检测功率曲线是否达到合同约定的标准。
准确度值得信赖该系统可在 20 个测量距离同时捕获风数据，利用脉冲激光雷达技术在所有测量范围内保持同样的准确度，从而提供稳定、可靠的数据。
还可利用 IEC 测风塔数据进行第三方标定，进而减少功率曲线测试的不确定度。
专注重要问题WindCube Nacelle 可兼容多种类型的风机，安装选项多样，安装过程简单，组件轻巧，具备成熟的集成功能，适用于多种风机类型。
并且配置过程直观，可确保在风电场上快速实现其价值。
用户可通过简单安全的方式管理设备WindCube Nacelle 附带 WindCube Insights — Fleet 软件，是一款易于使用、安全且基于云的工具，同时适用于 WindCube 垂直风廓线激光雷达和 WindCube Nacelle 机舱式激光雷达， 可在单个系统中或跨多个系统实现对激 光雷达的配置、远程监测和数据访问。
性能可靠且使用寿命长WindCube Nacelle 在现场应用表现良好，可靠性高，享受2年保修期，并能够在 9 年的运行时间内将运营支出 (OPEX) 降低 35%。
系统的在线诊断、自动报警和错误编码功能可确保快速进行故障排除和维修。
WindCube ® Nacelle 激光雷达的可靠性和准确度较高，符合 IEC 标准对功率曲线测试 (PPT) 的要求。
借助其可靠的数据和易用性（适用于陆上和海上），有助于提高您的风电场发电量和项目盈利能力。
激光测风雷达介绍
激光测风雷达缺点：
1、产品成熟度不及测风塔，测风精确度有待进一步认证； 2、设备较为昂贵（国产60万左右，进口150万左右）； 3、后期使用成本较高（每年调教一次约1~2万）； 4、户外测风时存在被盗风险；
激光测风雷达使用场景：
1、测风塔代表性验证 在复杂地形区域，测风塔代表性难以满足风资源评估
注意：
需要注意的是，考虑到雷达测风大小风月和 时间一般不足一年的情况，及不同型号设备的环 境适应性问题，复杂山地雷达设备的应用现在仍 处于辅助测风阶段，雷达测风在复杂地形情况下 的不确定度有待进一步细化研究。
THANKS
要求，仅通过测风塔数据模拟得到的结果存在很大差异。 而通过激光雷达在风险区域实地测量，结合现有测量结果 和软件模拟对比，将有效识别风险区域的真实性，规避潜 在风险。
激光测风雷达使用场景：
2、功率曲线验证
激光雷达的灵活性、便携性，可更快速、有效对风机 的功率曲线进行确定或验证，对在实际运行环境下风机的 运行表现分析有重要意义。
激光测风雷达供应商：
1、北京
型号：Windcube V2 制造商：法国 价格：150万左右 产品参数：测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s），测量 范围为40-300m； 产品尺寸：685*745*685mm，产品重量约66KG
激光测风雷达供应商：
型号：WindPrint V300 制造商：青岛 价格：80万左右 产品参数：产品测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s）， 测量范围为40-300m； 产品尺寸：产品重量约50KG
激光测风雷达简介
激光测风雷达简介:
激光测风雷达是用来测量高空风向、风速的雷 达。激光雷达测风作为新型的移动测风技术，利 用激光的多普勒频移原理，通过测量光波反射在 空气中遇到风运动的气溶胶粒子所产生的频率变 化得到风速、风向信息，从而计算出相应高度的 矢测量性能强大，满足40m~300m，12个高度层风参数据 测量 2、激光雷达数据获取方便灵活，可满足各种地形项目 数据测试（体积约560*570*550mm，重量约50kg）； 2、激光雷达数据更丰富，可同时测得不同高度的水平、 垂直风速、风向数据，入流角等；
例谈海上风电场测风激光雷达对比观察测量的试验构建
例谈海上风电场测风激光雷达对比观察测量的试验构建【摘要】为了对应用激光雷达设备在广东省风力发电有限公司的南海海上风电项目中开展海上测风的可行性进行评估，对在广东省境内粤西的海岸边开展激光雷达与传统测风塔的对比观测试验，以便于对激光雷达测风的测量精度、稳定性、适应性、可靠性等能否满足我国南海海上风电开发过程中风资源评估的要求进行验证，这能够为进一步应用激光雷达开展海上测风观测提供应用经验与理论依据。
【关键词】海上风电场测风;激光雷达;对比观察测量;试验构建在风能应用中，随着风电机组日趋大型化，风机矗立得越来越高，特别在近海风电开发中，风电机组轮毂高度一般在80到100米，叶片长度达到了50到70米，满足其高度要求的测风塔的建设变得越来越困难且昂贵;而对于风机叶轮整个旋转平面内的风和湍流的精确测量，传统测风塔也具有了较大的局限性。
因此，有必要寻求一种新的方法替代在传统测风塔上安装仪器进行风的测量，有着更远测量距离和无干扰测量的激光雷达就是一个很好的选择。
1对比观察实验的基本原则本次对比观测主要目的是验证激光雷达测风设备在观测精度、可靠性、稳定性、电源供给、安全性等各个方面是否能够达到常规观测仪器的标准，能否替代传统测风塔用于南海海上风能资源测量。
因此，本次对比观测需要重点考虑的是激光雷达测风设备和传统测风塔观测到的风速为同一位置、同一高度的风速、风向。
本次对比观测试验在场地选择、对比观测仪器选择、对比方案设计和资料筛选分析等方面参考丹麦RISO实验室的激光雷达测试规范，并满足IEC61400-12-1中的相关规范要求;选址和对比观测方案充分考虑对比观测环境地形、地貌、周边障碍物影响、海陆界面粗糙度不同造成的风速分布和切变差异，同时考虑区域风速、风向随着季节变化的趋势，根据进行对比观测的时间选择测风塔和激光雷达测风设备的相对方位。
2对比观测实验中所要用到的仪器与配置本次观测实验中，拟建一座100米高的桁架式测风塔，设计及横臂长度满足IEC61400-12-1附录G中的规范要求。
基于ZephIR Lidar测风系统的风力机功率预测
基于ZephIR Lidar测风系统的风力机功率预测随着全球能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生和经济的能源形式越来越受到重视。
风力机的功率预测是风力发电的核心问题之一，如何准确预测风力机的功率可以有效提高风力发电的效率和可靠性。
ZephIR Lidar是一种基于激光雷达技术的风速测量系统。
相比传统的风速监测设备，ZephIR Lidar具有数据采集准确、高分辨率、便于安装和维护、适用于多种环境条件等优势。
在风力机功率预测中，ZephIR Lidar可以为风力发电提供更加精准的风速数据，从而提高预测精度。
首先，需要收集ZephIR Lidar所测得的数据，并对其进行处理和分析，以便于进行风力机功率预测。
通常情况下，ZephIR Lidar可以提供三维风速数据，即水平方向上的水平风速、垂直方向上的水平风速和垂直方向上的垂直风速。
通过分析这些数据，可以得到风的平均速度、风向、风速波动等信息。
接着，需要利用所得到的数据进行风力机功率预测。
在风力机的控制系统中，通常会预测未来一段时间内的风速变化，并根据预测结果来制定控制策略。
如果能够提供更为准确的风速预测，就可以实现更加精细的控制，从而提高风力发电的效率。
基于ZephIR Lidar测风系统的风力机功率预测方法，可以采用多种算法来实现。
其中比较常用的方法包括统计学方法、时间序列分析方法、机器学习方法等。
统计学方法是基于先前观测到的数据，并通过建立数学模型来预测风速变化的方法。
这种方法通常通过回归分析、滑动平均等方法来实现。
例如，可以使用ARIMA模型来分析时间序列数据，并进行未来预测。
这种方法通常比较简单易行，但在面对复杂的环境条件时，预测精度会有所降低。
时间序列分析方法是一种基于时间序列数据中的周期性趋势和随机波动来进行预测的方法。
例如，可以使用分解算法将时间序列分解为季节性成分、趋势成分和随机成分，并利用这些成分进行预测。
这种方法通常需要较长时间序列数据，并且对数据的清洗和处理要求比较高。
基于激光雷达测风仪的风电场风电机组性能评估研究
基于激光雷达测风仪的风电场风电机组性能评估研究付立;刘晓光【摘要】针对风电机组出质保验收或实际运行中较难准确实现功率曲线考核评估的问题,提出一种利用激光雷达测风仪测风数据并结合风电机组数据采集与监控(SCADA)系统的运行数据,快速实现风电场全场风电机组SCADA系统风速校正及功率曲线和运行性能考核评估的方法.利用该方法对某风电场22台机组的功率曲线及运行性能进行了评估.结果表明:22台机组中, #12, #13, #17, #21机组功率曲线较差,运行性能表现异常,存在一定的性能优化提升空间.此方法评估准确、简单实用,为风电机组性能考核评估提供了参考.【期刊名称】《华电技术》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】4页(P14-16,40)【关键词】风电机组;风速校正;功率曲线;运行性能;评估【作者】付立;刘晓光【作者单位】华电电力科学研究院,杭州 310030;华电电力科学研究院,杭州310030【正文语种】中文【中图分类】TM614近年来，伴随着我国风电产业的快速发展，风电机组运行期间产生的种种问题日益浮现，并已严重影响到风场的安全运行及经济效益[1-2]。
目前风电机组普遍存在的问题，主要表现在功率曲线达不到投标保证值、偏航变桨性能差、设备故障率较高等方面。
其中，体现风电机组输出功率随风速变化的功率曲线，是评估风机性能的一项重要指标[3]。
功率曲线考核的关键因素之一是风速测量，由于机舱风速仪位于叶轮后方，受风机尾流影响，测得的风速数据不能准确代表风电机组所接受的真实自由流风速，不能够准确反映机组实际风速功率曲线。
通过目前行业内应用较为广泛的激光雷达测风仪，对风场内风电机组机舱风速仪进行校正，结合各风电机组数据采集与监控(SCADA)系统运行数据，能够快速对全场机组实际运行功率曲线进行评估，并通过全场对比，找出功率曲线较差的机组，进一步对运行数据进行分析，评估机组性能，并提出相关优化方案或建议。