风力发电测风仪器：激光雷达性能比较(ZephIR VS WindCube)
风力资源调查新方法与数据处理工具
风力资源调查新方法与数据处理工具随着全球对可再生能源的需求不断增长，风能作为一种清洁且可再生的能源形式，受到了广泛的关注。
为了更好地利用风能资源，对风力资源的准确调查和评估变得尤为重要。
在传统的风力资源调查方法基础上，本文将介绍一些新的风力资源调查方法以及用于处理风能数据的工具。
一、新的风力资源调查方法1. 高空测风技术传统的风力资源调查主要依靠测量塔上的测风仪器收集数据，但这种方法受到测量高度限制，无法全面了解高层风能资源的分布情况。
高空测风技术通过使用无人机或卫星搭载的风速测量装置，可以在较大范围内获取高层风能资源数据。
这种方法可以提供更全面、稳定的高层风能资源数据，为风电场的选址和布局提供更科学的依据。
2. 气象模型和数值风场模拟利用气象模型和数值风场模拟技术，可以对特定地区的风能资源进行预测和模拟。
这些模型基于气象学原理和大量的观测数据，能够准确模拟出特定地区的风速、风向、风能分布情况。
通过使用这些模型，可以提前评估特定地区的风能资源潜力，指导风电场的规划和设计工作。
3. 激光雷达技术激光雷达技术可以通过测量风场中气体微粒的速度和方向，实时获取高精度的风速和风向数据。
相比传统的测量方法，激光雷达技术具有全天候、非接触、高精度等优势。
这种方法可以用于风电场的运维管理和风能资源的调查评估，提高风电场的利用效率和经济效益。
二、风能数据处理工具1. GIS（地理信息系统）GIS是一种用于处理和分析地理信息的计算机软件工具。
在风力资源调查中，GIS可以用于建立数字地形模型和三维风能资源分布图。
通过对风能资源数据进行地理空间分析，可以更好地了解风能资源的分布规律，为风电场的选址和布局提供决策支持。
2. 大数据分析工具大数据分析工具可以从大量的风能数据中提取有价值的信息，并进行深入的数据挖掘和分析。
通过构建适用的算法模型，可以预测风能资源的变化趋势，提高风电场的运维管理效率，降低能源成本。
3. 风能预测软件风能预测软件通过整合多种数据源，包括气象数据、风电场运行数据等，进行风能资源的预测和模拟。
雷达测风仪调研报告
编号：雷达测风系统调研报告编制：XXX审核：XXX批准：XXX日期：XXX一、前言雷达测风仪作为一种新的风电场测风设备，主要分为用于偏航纠偏校正的水平式测风雷达（机舱雷达）和地面垂直式测风雷达，后者广泛应用与风电场资源测量、评估、微观选址设计的各个方面。
而垂直式测风雷达又可分为激光式测风雷达和声波式测风雷达两种，我事业部通过邀请国内主流厂商（代理商）进行咨询、技术交流等方式，完成了此次调研，针对不同雷达测风仪的性能优缺点、价格等进行了总结分析，形成调研报告。
二、测风雷达相对于传统测风塔的性能对比相比于传统测风设备，测风雷达的最大优点在于体积较小便于移动、测量范围更宽、精度更高以及良好的防冰冻能力，能够广泛应用于风电场资源评估的各个方面，虽然测风雷达相比于单塔来说成本较高，但是测风雷达胜在可以重复使用，尤其对于测风塔缺测数据补测、测风塔代表性不足区域风况复核、问题机位复核等风电场评估建设中的“疑难杂症”的处理有着传统测风塔无法替代的作用。
三、激光测风雷达定义及测风原理激光测风雷达Lidar（Light Detection and Ranging)是以激光器为光源向大气发射激光，接收大气的后向散射信号，通过分析发射激光的径向多普勒频移反演出风速的测风系统。
图1 某型号激光测风雷达外形图低空激光测风雷达采用相干探测原理，利用稳频激光作为照射光束，通过接收激光束对大气中随风飘移气溶胶的散射回波信号并与雷达本振光进行相干混频，并通过中频信号的数字鉴频技术来获得汽溶胶相对激光束的多普勒频移，结合大气风场的多波束测量，最终实现对大气风场信息的测量。
图2 激光雷达工作原理因为一般的自然界微粒(如空气的气溶胶)对流动都具有较好的跟随性。
所以对于风速的测量，实际上是对大气中气溶胶运动速度的测量。
一台激光测风雷达通常由激光器、入射光学单元、接受或者收集光学单元、多普勒信号处理器(探测器)、数据处理系统等组成。
其测速模式主要有三种：参考光模式、直。
3维激光测风雷达技术研究
第４１卷 第５期２０１７年９月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４１，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１７ 文章编号：１００１－３８０６（２０１７）０５－０７０３－０５3维激光测风雷达技术研究李 策，赵培娥，彭 涛，冯力天，周 杰，罗 雄，周鼎富倡（西南技术物理研究所，成都６１００４１）摘要：为了精确测量３维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题，通过ＤＢＳ四波束风场反演原理研制出一款小型３维激光测风雷达。
对大气风场展开测风试验并获取风场数据，并与其它标准测风设备的数据对比分析。
结果表明，雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量，风速均方根误差０．４２ｍ／ｓ，风向均方根误差５．３３°。
该雷达精准度高、稳定性好，对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。
关键词：激光技术；激光测风雷达；３维扫描；相干探测；多普勒；风场比对中图分类号：ＴＮ９５８．９８ 文献标志码：Ａ doi ：１０畅７５１０／ｊｇｊｓ畅ｉｓｓｎ畅１００１－３８０６畅２０１７畅０５畅０１７Technical research of 3－D wind lidarLI Ce ，ZHAO Peie ，PENG Tao ，FENG Litian ，ZHOU Jie ，LUO Xiong ，ZHOU Dingfu（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅ３－Ｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｆｉｅｌｄｔｏｃｏｐｅｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗ－ｌｅｖｅｌｗｉｎｄｓｈｅａｒｄｕｒｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔｔａｋｅ－ｏｆｆａｎｄｌａｎｄｉｎｇ，ａｃｏｍｐａｃｔ３－ＤＤｏｐｐｌｅｒｗｉｎｄｌｉｄａｒｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｕｓｉｎｇＤｏｐｐｌｅｒｂｅａｍｓｗｉｎｇｉｎｇ（ＤＢＳ）ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｔｈｅｗｉｎｄｆｉｅｌｄｄａｔａｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｌｉｄａｒｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｎｅｍｏｍｅｔｒｙｄａｔａｗｉｔｈｔｈｅｏｔｈｅｒｓｔａｎｄａｒｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｉｔｔｕｒｎｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｆｉｅｌｄｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｔｈｅｌｉｄａｒｕｎｄｅｒｂｏｔｈｓｕｎｎｙａｎｄｃｌｏｕｄｙｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒｓｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅ０．４２ｍ／ｓａｎｄ５．３３°ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｌｉｄａｒ，ｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｇｏｏｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｆｏｒｗｉｎｄｓｈｅａｒｗａｒｎｉｎｇ，ｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｏｆｌｏｗ－ｌｅｖｅｌａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｆｉｅｌｄａｎｄｗｉｎｄｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｉｒｃｒａｆｔｆｌｉｇｈｔｃｈａｎｎｅｌ．Key words ：ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｗｉｎｄｌｉｄａｒ；３－Ｄｓｃａｎｎｉｎｇ；ｃｏｈｅｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｄｏｐｐｌｅｒ；ｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｗｉｎｄｆｉｅｌｄ 作者简介：李 策（１９９０－），男，硕士研究生，现主要从事激光雷达技术研究。
国产激光雷达性能参数
国产激光雷达性能参数 The manuscript was revised on the evening of 2021激光雷达最早的定义是 LIDAR，英文为 Light Deteation and Ranging，中文意思是「光的探测和测距」。
其实更准确的一个定义是 LADAR：LAser Detection and Ranging，即「激光的探测和测距」。
这是在 2004 年提出的定义，更符合激光雷达的概念。
激光雷达实际上是一种工作在光学波段（特殊波段）的雷达，它的优点非常明显：1、具有极高的分辨率：激光雷达工作于光学波段，频率比微波高2～3个数量级以上，因此，与微波雷达相比，激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率；2、抗干扰能力强：激光波长短，可发射发散角非常小（μrad量级）的激光束，多路径效应小（不会形成定向发射，与微波或者毫米波产生多路径效应），可探测低空/超低空目标；3、获取的信息量丰富：可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息，生成目标多维度图像；4、可全天时工作：激光主动探测，不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性。
它只需发射自己的激光束，通过探测发射激光束的回波信号来获取目标信息。
但是激光雷达最大的缺点——容易受到大气条件以及工作环境的烟尘的影响，要实现全天候的工作环境是非常困难的事情。
激光雷达在无人驾驶中的功能：第一是路沿检测，也包括车道线检测；第二是障碍物识别，对静态物体和动态物体的识别；第三是定位以及地图的创建。
一款好的激光雷达设备都有哪些评判标准呢？“单位时间出点数、点云测量精度、测距范围三方面的具体性能直接决定了激光雷达设备品质的好坏”。
激光雷达详细的参数如下：线束………… 16线波长………… 905nm激光等级………… class 1精度…………±2cm(典型值)测距………… 20cm~150m（目标反射率40%）出点数………… 320，000pts/s垂直测角………… 30°垂直角分辨率………… o水平测角………… 360o水平角分辨率………… o至o转速………… 300-1200rpm (5-20Hz)输入电压………… 9-32VDC产品功率………… 9w(典型值)防护安全级别………… IP67操作温度………… -10~60°C规格………… H:*φ:109mm重量………… (不包含数据线)采集数据…………三维空间坐标/反射率激光雷达生产复杂，价格高昂也是行业普遍面对的问题通过深圳在高端制造商的积累解决这个问题。
风廓线雷达与及激光测风雷达
VAD扫描反演方法
国外发展现状
• 1999年，日本三菱电机株式会社开发出了1.55µm人眼安全 相干式光测风雷达系统；
• 2001年，法国ONERA和LEOSPHERE两家公司公共开发出了 1.54µm人眼安全的全光纤测风激光雷达系统；
• 2004年，美国汉普顿的美国宇航局研究中心研发了一套波 长为2µm的车载激光雷达系统。
风廓线雷达-原理探究
• 实际仪器设计为三波束或五波束 轮流发送
• 通过依次测量1个天顶垂直波束 指向和东、南、西、北4个倾斜 波束指向上各个距离库的多普勒 速度, 在大气水平均匀的条件下, 用同一高度上的5个波束指向的 多普勒速 度测量值联合求解出 大气3维风场。
02 激光测风雷达
激光测风雷达-概念探测
K/LLX802 （四创） Boundary Layer Wind profiler
Airda 3000 （爱尔达） Boundary Layer Windprofiler
TWP8 （敏视达） Troposphere Windprofiler
风速计算-原理探究
• 由径向风速求水平风速 • 将风速分解为u，v，w三个分量，
ห้องสมุดไป่ตู้
矢量风速反演方法
• 矢量风速V (u, v, w) 是少需要三个独立的径向速度估计 • 理想情况下：矢量风速应该在空间某一点同时测量出它的三个方向的
速度值，即至少需要三部激光雷达系统 • 实际情况下：确定风场的水平方向，利用激光雷达的扫描技术确定风
速的矢量。常用以下两种扫描技术： 速度方位显示扫描技术(Velocity-azimuth-display, VAD)，即激光 雷达光束以固定倾角进行圆锥形扫描 多普勒光束定向摆动扫描技术(Doppler-Beam-Swinging，DBS)，即 点激光雷达光束垂直指向并向东倾斜和向北倾斜
天基相干测风激光雷达技术分析
达 利 用 光 外 差 探 测 技 术 获 得 激 光 多普 勒 频 移 信 息 ， 求取被测对 象的径向速度分量 ， 较 之 传 统 的非 相 干 激 光 测 风 雷 达 ，
ｗｉ ｎｄ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｐｒ ｏｆ ｉｌ ｅ ｒ ｄｉ ｒ ｅｃ ｔ ｌ ｙ．Ｔｈｅ ｐｒ ｏｐｏｓ ｅｄ ｓ ｐａ ｃｅ—ｂａ ｓ ｅｄ ｃｏ ｈｅ ｒ ｅ ｎｔ Ｄｏ ｐｐｌ ｅ ｒ ｗｉ ｎｄ Ｌｉ ＤＡＲ ａｃ ｃｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｔ ａｒ ｇｅ ｔ Ｄ ｏｐｐｌ ｅｒ ｆ ｒ ｅ ｑｕｅ ｎｃｙ ｓ ｈｉ ｆ ｔ ａ ｎｄ ｃ ａｌ ｃｕｌ ａｔ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ ｌ ｉ ｎｅ—ｏｆ —ｓ ｉ ｇ ｈｔ ｖｅ ｌ ｏｃ ｉ ｔ ｙ ｕｓ ｉ ｎｇ ｌ ａ ｓ ｅｒ ｈｅ ｔ ｅ ｒ ｏｄ ｙｎｅ ｔ ｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏｇ ｙ．Ｃｏｍ ｐａｒ ｉ ｎｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｄｉ ｔ ｉ ｏｎａｌ Ｌｉ Ｄ ＡＲ，ｉ ｔ ｈａ ｓ ｔ ｈｅ ｐｒ ｏ ｍｉ ｎｅ ｎｔ ｆ ｅ ａ ｔ ｕｒ ｅｓ ｏｆ ｈｉ ｇｈ ｓ ｐａ ｃｅ—ｔ ｉ ｍｅ ｒ ｅ ｓ ｏｌ ｕｔ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｈｉ ｇｈ ｓ ｅｎｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｄｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏｎ，
ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ — ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｗｉ ｎ ｄ ｉｅ ｆ ｌ ｄ． Ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ（ Ｌ ｉ ＤＡＲ）ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ
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。
车载测风激光雷达性能优化和风场反演
车载测风激光雷达性能优化和风场反演车载测风激光雷达性能优化和风场反演摘要：车载测风激光雷达技术是一种应用于大气环境监测和气象预测中的精细化工具。
本文首先介绍了车载测风激光雷达的原理和应用领域，然后分析了现有技术中存在的问题和挑战。
针对这些问题，本文提出了一些潜在的解决方案和优化方法，通过模拟实验验证了这些方法的可行性。
最后，本文还介绍了车载测风激光雷达的风场反演技术，并展望了未来的研究方向。
第一章引言车载测风激光雷达作为一种强大的监测和预测工具，在大气科学、环境保护、交通运输等领域发挥着重要作用。
以其非接触、远距离、高分辨率的特点，能够实时监测和测量车辆运行过程中的风场信息，为驾驶员提供实时的风速和风向等重要参数。
因此，对其性能的优化和风场反演成为当前研究的热点。
第二章车载测风激光雷达的原理和应用车载测风激光雷达主要基于激光多普勒测速原理，通过激光束与空气中的悬浮颗粒进行相互作用，进而得到空气动力学参数。
该技术可以广泛应用于风场监测、交通管制、空气质量评估等领域，为实现智能交通和环保的目标提供了有力支持。
第三章问题与挑战车载测风激光雷达在实际应用过程中面临着一些问题和挑战。
首先，由于车辆振动和震动等因素的干扰，导致测量误差较大。
其次，复杂的地形和气象条件下，精准的风场反演变得更加困难。
此外，设备成本高、维护困难等也是当前的难题。
第四章性能优化与解决方案为了提高车载测风激光雷达的性能，本文提出了一些潜在的解决方案。
首先，通过对设备进行精确校准和定位，可以减小测量误差。
其次，结合先进的数据处理算法，可以提高风场反演的准确性。
此外，采用新型材料和设计理念，可以降低设备成本和维护难度。
第五章优化方法的验证与应用为了验证提出的优化方法的可行性，本文设计了一系列模拟实验。
通过对不同场景下的风场进行测量和反演，得到了较为满意的结果。
这证明了优化方法在提高车载测风激光雷达性能上的有效性和可行性。
第六章风场反演技术风场反演是车载测风激光雷达中的重要环节。
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连续波激光雷达 与 脉冲波激光雷达 性能比较
项目 （Item） （英国）ZephIR连续波激光雷达 （Continuous Wave Technology） （法国）WindCube脉冲波激光雷达
（Pulsed Wave Technology）
- 激光技术 连续激光波（CW）技术，拥有唯一的IP 脉冲激光波（PW）技术
- 入市时间 ZephIR是全球第一家专门为满足风电行业需求而设计的激光雷达，也是 最早进入风电行业的第一品牌。进入市场运营已有8年。 进入市场2～3年
- 可靠性 商业运营超过6年，200多套ZephIR激光雷达安装在世界各地；第一台 样机安装至今已有8年，仍在正常运行。 商业运营1-2年
- 精确度 1）测量时间及采样率
1秒钟测量一次，每次每个高度采样50个离散点确定风速，仅需1秒；
精度非常高；由于采样时间短，ZephIR激光雷达能够精确捕捉到1秒
钟内的风切变和紊流强度变化。这一点对于捕捉复杂地形风况非常重要。
2）探测长度（有效采样长度）
在100米高度小于7.7米，在10米高度只有0.07米
精确测量风速（水平、垂直）、风向、风切变和紊流强度
每个高度一次采样仅有4个点，一次测量
需要6~7秒，瞬间风切变和紊流捕捉不到
探测长度：20米
表1-2
项目 （Item） ZephIR连续波激光雷达 （Continuous Wave Technology） 脉冲波激光雷达
（Pulsed Wave Technology）
- 灵敏度 正常功耗69W，由于功耗低从而保证发射到设定层高的激光稳定不变，
进而保证灵敏度等级不变；ZephIR激光雷达的高灵敏度保证了所测数据
在不同高度都能保持同样高的数据可用率。
- 测量范围 10m ~ 200m 测量10m的风力数据很重要，原因是：
1） 它可以用来与常年的气象资料做对比；
2） 对于山地、丘陵等复杂地形的风场，低空风切变非常频繁；
3） 对于海上风场，海平面以上低空风况的变化包括风切变和紊流对风机
选型非常重要。
40m ~ 200m
- 云雾识别和过滤 ZephIR激光雷达独家拥有云雾回波信号自动识别和过滤功能，在所测数 据中会自动将这部分数据过滤出来剔除掉，保证所测环境风资源的准确性。 脉冲波激光雷达很难做到这一点。
- 复杂地形 ZephIR激光雷达提供的Ventos CFD复杂地形处理系统能够为客户提供在山
地、丘陵等复杂地形情况下精确的风资源变化状况。