基于激光雷达测风仪的风电场风电机组性能评估研究
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。
风电场毫米波雷达技术研究及应用
风电场毫米波雷达技术研究及应用摘要：现阶段，“碳达峰，碳中和”发展战略的执行效果越发显著，再加上电力体制的改革工作持续深入，对我国风电行业的发展具有良好的推动作用。
本文以上述内容为基础，针对风电场毫米波雷达技术展开研究，分析毫米波雷达技术的关键作用，整理相关经验，给出针对性发展建议，希望能够为同领域工作者提供合理参考作用。
关键词：风电场；毫米波雷达技术；新能源开发与应用前言：风能作为重要的可再生清洁能源之一，在现代化电力系统中承载着越来越重要的电力支持任务。
其中，风场信息测量工作作为风电行业保持良好发展状态的重要内容，属于风电场内不可或缺的重要组成结构。
在风力发电机工作并获取风能的过程中，为进一步提升电能的实际生产效率，需借助传感技术，主动感知风速、风向信息，并辅助完成风机控制任务，及时校正偏航误差问题，通过这种方式准确控制风机的最终指向，达到提升发电总量的效果。
一、米波雷达测风基本原理常规情况下，风资源评估、风功率预测系统、风电场运营管理等内容均属于风力发电系统中的重要内容，因此，需要对300m范围内的所有风速风向信息进行全面探测[1]。
在传统类型的风场中，测风塔作为主要测量工具，发挥着重要作用，但是，因其建设成本相对较高，并且灵活度不足，在风场测量工作中存在较多不便，所以，需要找出一种更加便捷且准确的探测技术，完成测风任务。
基于此，以激光和声波技术为主的测风雷达设备在风力发电行业中的应用正变得越发广泛，但是，在实际使用过程中，同样存在一些问题会对探测效果造成影响，需要得到妥善处理。
本文以上述内容为背景，对现有新型测风技术及其产品进行详细说明，即毫米波测风雷达设备，该设备不仅可以在不同高度内准确测得风力信息，同时还可以保证自身在各种不良环境下保持稳定工作状态，保证最终测得数据的准确性。
在此期间，在实际使用的过程中还具有天候、雨天性能好、无噪声、低功耗等诸多使用优势，可以为相关企业和技术人员提供更为优质的辅助效果。
净空雷达在风力发电机组上的应用
净空雷达在风力发电机组上的应用一、摘要本文说明了一种在风电机组上运用激光雷达监控叶片净空的案例，通过激光测量距离推算出风力发电机组与叶片之间的距离，从而避免机组在运行过程中发生叶片撞击塔筒的事故。
关键词：风力发电机组、激光雷达、机组净空、叶片变形二、背景和概况近年来可再生能源发展迅速。
为了进一步提升单机的发电能力，机组的叶轮直径不断增长，目前200m以上叶轮直径的机组已经成为主流产品，其叶轮扫风面积接近4.5个标准足球场的面积。
叶片增长，单机发电量提升的同时也带来了一些不利因素，例如长叶片机组将会受到更大的载荷，叶片刚度减小，变形增大，导致叶片在旋转过程中与塔筒撞击，这种情况称为叶片扫塔。
本文介绍了一种通过激光雷达检测叶片变形的方法，有效地规避了长叶片带来的扫塔风险。
三、检测方案说明（一）设计要求IEC61400风机设计标准规定，叶片与塔筒之间的最大变形距离不得超过静态情况下距离的68%。
（二）控制策略激光雷达作为一种测量距离的设备，安装在机舱底部位置，通过一定角度分别射出三束激光，测量机舱底部至叶片的斜线距离，接着通过机组模型尺寸等信息，运用三角函数推算出叶片与塔筒壁之间的距离。
通过这种方式可以有效的检测净空距离，当发现叶片变形过大，净空距离不满足相关标准的设计要求，机组主控可以实现停机保护功能，避免叶片扫塔。
（三）校验策略雷达设备配备了三束激光，可用于相互检测，所谓的相互检测是指检验每个光束对应的净空值在数值上是否可信，是否符合叶片的行为模式。
如图所示，最内侧光束假设为光束1，向外分别为光束2、光束3，叶片经过多个光束时，存在以下2个必然的逻辑：1.叶片划过光束2时，光束3必然也可检测到叶片，同理，叶片划过光束1时，光束2、3必然检测到叶片2.叶片划过多个光束时，多个光束对应的净空值在数值上相接近（如图所示CL2、CL3相接近）基于以上逻辑，使用3束激光相互验证的方法，可以有效的滤除错误数据，避免由于环境因素导致的误报情况。
基于风电场实测的风机尾流特征分析
机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION 第1期(总第224期)2021年2月No. 1 Feb.文章编号= 1672-6413(2021)01-0003-04基于风电场实测的风机尾流特征分析温建民，张新旺，陈锋，陈军(乌鲁木齐金风天翼风电有限公司，新疆乌鲁木齐830026)摘要：自然来流风由风电机组的上游经过风机叶轮后推动风机叶轮转动的同时产生风机尾流效应。
风机尾流效应会减小处于风机尾流区其他机组的发电效率，还会增加下游风机来流风的湍流强度，引起风机的机械疲劳损伤，降低风机的运行稳定性。
为研究风机尾流特征，使用便携式激光测风雷达对新疆达坂城地区某风电场单台风机进行风场测试，通过测试数据绘制风机尾流区不同测试点风廓线，并分析得到陆上风电场单台风机不同来流风速下尾流区风速恢复速率，为风电场机组选型及排布优化和电场整体发电量的提升奠定了 基础。
关键词：实测；风机；尾流特征中图分类号：TK83 文献标识码：A0引言风力发电是主要的可再生能源之一，目前其应用 越来越广泛。
风力发电机叶轮旋转时能够产生看不见 的尾流，而尾流会对下风向的风机发电量及机械载荷 产生一定的影响。
据相关研究，风力机完全处于尾流 区运行时，功率损失可达30%〜40%^,载荷增加高 达10%〜45%⑵。
风机相互间距越近，尾流效应越明 显，机组的能量损失也就越多，对下风向风机载荷的影 响也越大。
一般来讲,对风机尾流的研究分为三类，即试验研 究、半经验尾流模型研究以及基于数值模拟的方法研 究3。
Alfredsson 等4在瑞典航空研究院(FFA)通过 风洞实验来模拟研究风机尾流。
最经典的半经验尾流 模型是1982年Ris ©实验室提出的Jensen 模型，它是 基于贝茨极限理论和质量守恒定律提出的，是一种适 用于平坦地形的尾流模型［5'6\除Jensen 模型外，比 较著名的半经验尾流模型还有涡粘性尾流模型.Larsen 模型及Lissaman 模型7。
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。
风电场远程监控系统中的风电机组性能监测与评估
风电场远程监控系统中的风电机组性能监测与评估随着全球对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁且可持续的能源形式受到了广泛关注。
风电场作为利用风能发电的设施，其稳定的运行对于保障电力供应的可靠性至关重要。
然而，风电场远距离监控成为监测和评估风电机组性能的关键。
在风电场远程监控系统中，风电机组性能监测与评估是其中一个重要的方面。
本文将详细探讨风电机组性能监测与评估的方法和意义。
一、风电机组性能监测的方法1. 实时数据采集：风电机组性能监测的基础是实时数据的采集。
监测系统应该能够实时采集机组运行状态、发电功率、风速、温度等数据。
通过采集实时数据，可以及时判断风机的运行状态，发现异常情况并及时进行处理。
2. 遥测与遥控技术：风电机组通常分布在广阔的地域范围内，无法直接接触到，因此，远程监控系统需要采用遥测与遥控技术。
通过遥测技术，可以远程监测风电机组的实时数据，实时掌握风电机组的运行状态。
同时，通过遥控技术，可以对风电机组进行远程控制和调整，提高运行效率。
3. 数据分析与处理：监测系统应该进行数据分析与处理，通过建立数据模型和算法，分析风电机组的运行状态和性能。
监测系统可以对实时采集的数据进行处理，计算出风电机组的发电功率、风能利用率等性能指标，评估机组的运行状态和效率。
二、风电机组性能评估的意义1. 提高运行效率：通过监测与评估风电机组性能，可以及时发现机组故障和异常情况，并及时采取措施修复和处理。
这有助于提高风电机组的运行效率，减少停机时间，提高发电能力。
2. 降低运维成本：风电机组的监测与评估可以帮助运维人员了解机组的运行状态，预测故障，并进行及时维护和保养。
通过及时维护和保养，可以减少机组故障和损坏，降低运维成本，延长机组寿命。
3. 提高安全性：风电机组的运行安全是至关重要的。
通过监测与评估风电机组性能，可以及时发现风机的异常情况和故障，避免因风机故障引起的安全事故。
如风机叶片损坏、传动装置故障等，都可以通过监测系统进行及时监测和预警。
风力发电机组的性能评估与优化方法研究
风力发电机组的性能评估与优化方法研究第一章：引言风力发电作为一种清洁能源，具有广泛的应用前景。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，其性能评估和优化方法的研究对于提高风力发电系统的效率和可靠性具有重要意义。
本文将重点探讨风力发电机组的性能评估与优化方法研究。
第二章：风力发电机组的结构与工作原理本章主要介绍风力发电机组的结构和工作原理。
风力发电机组由风轮、主轴、发电机和控制系统等组成。
风轮是将风能转化为机械能的核心元件，主轴将机械能传递给发电机。
通过控制系统对风力发电机组进行监测和控制，确保其正常运行。
第三章：风力发电机组的性能参数本章重点介绍风力发电机组的性能参数。
性能参数包括功率曲线、发电效率、切入风速、额定风速和切出风速等。
功率曲线是描述风力发电机组输出功率与风速之间关系的曲线，发电效率是指风能转化为电能的效率。
切入风速是风力发电机组开始工作的最小风速，额定风速是风力发电机组能够输出额定功率的风速，切出风速是风力发电机组停止工作的风速。
第四章：风力发电机组性能评估方法本章讨论风力发电机组性能评估的方法。
常用的方法包括实测法、数值模拟法和风洞试验法等。
实测法通过在实际风场上对风力发电机组进行测试，获取其性能参数。
数值模拟法利用计算流体力学模型对风力发电机组的性能进行模拟和分析。
风洞试验法通过在实验室内模拟风场，对风力发电机组进行性能测试。
第五章：风力发电机组性能优化方法本章介绍风力发电机组性能优化的方法。
优化方法包括提高风轮的设计和选择、改进控制系统、优化轴承和传动系统等。
通过改善风轮的设计和选择，可以提高风力发电机组的功率输出。
改进控制系统可以提高风力发电机组的响应速度和稳定性。
优化轴承和传动系统可以减少能量损失和故障发生的概率。
第六章：风力发电机组性能评估与优化案例研究本章通过实际案例研究，验证前述的性能评估和优化方法的可行性和有效性。
选择几个具有代表性的风力发电机组，进行性能评估和优化，并对比分析改进前后的差异和效果。
基于激光雷达的风力机偏航误差纠正策略
基于激光雷达的风力机偏航误差纠正策略摘要：风能的广泛分布，可重复利用等特点，已经成为最具经济性和实用性的可再生能源。
近些年，风电产业发展迅速，装机容量的不断增加，风电机组的优化运行成为现阶段研究的重点目标，优化运行的目的是提高风力机的输出功率和降低部件载荷，从而达到提高机组的经济性的目的。
在优化运行的方法中，提高机组偏航控制精度成为人们关注的重点。
风力机在实际运行过程中，依靠测风仪测量的风数据进行偏航控制。
由于受到风力机尾流的影响，风向仪测量的风数据与实际来流相比，二者之间存在较大偏差。
偏差的存在将对机组的偏航精准度产生影响。
关键词：风力机；激光雷达；偏航；功率引言在分析了现有测风系统不足的基础上，通过风洞实验验证了不同入射角来流风速对风速仪测风的影响，证明了现有风速测量的不准确性。
在此基础上提出了激光雷达风轮前方测风系统，根据电量损失的百分比和偏航误差的余弦平方关系曲线，通过在风电场安装激光雷达，收集激光雷达和现有测风系统(机舱后方气象架和测风塔)的风况数据，对数据进行相关性及拟合分析，得出现有测风系统所测量风向的偏差值。
通过在人机界面(HMI)中修正此偏差值可以减少功率损失。
1现有测风系统的不足当前，风力机的测风系统一般安装在风轮后方，即机舱尾部的气象架上，可选用的主要形式为机械式或者超声波风速风向测量装置。
风力机在实际运行过程中，风轮旋转产生的空气扰动涡流和机舱外形产生的绕流将对测风系统测量的风速和风向的准确性产生影响，从而影响主控系统输入数据的准确性。
其中，若风速仪测量风速的不准确，将影响风力机的正常风速下的运行范围(即逻辑判断用切入和切出风速);而风向仪测量风向的不准确将影响到风轮正对风向(偏航对风);进而对机组的发电量产生影响。
风力机偏航逻辑中使用的实时风速和风向是由安装在风轮后方气象架上的风速风向计提供的，偏差的存在将对控制系统的精准度产生影响。
因此，采用风洞实验的方法研究在不同来流风速下，风速计在不同入射倾角下测量准确性的影响。
测风激光雷达介绍
测风激光雷达介绍为实现“双碳”目标，风电行业得到快速的崛起和发展，风电行业的良性发展则离不开风数据的探测。
然而，想让“来无影、去无踪”的风变得可见、可测，成为可以利用的清洁能源，并没有那么容易。
在过去，风电行业主要依赖传统的测风塔进行风速测量和风资源的评估。
在我国，测风塔高度普遍为100米，在测风塔塔体不同高度处安装有风速计、风向标以及温度、气压等监测设备，对场址风力情况进行观测，以此分析该风场内风能资源的实际情况。
测风塔存在几个明显的缺点--一是测量误差大，常规的项目评估，通常采用测风塔进行风资源测量，然后利用风资源评估的商业软件推算风电场各个机位的发电量，但是该方法具有较大的误差；同时，现在平原地区的项目大多风切变较大，测风塔的测量高度通常远低于风机最终采用的轮毂高度，如果仅采用测风塔推算更高高度的风速，会进入较大评估误差。
二是建造和安装问题多，陆上测风塔的建设需要占用一定范围的土地，而海上测风塔的建造成本高昂。
测风塔也存在一定的安全隐患，例如在冰冻天气严重时，可能有倒塌的风险。
激光雷达作为一种新兴的测风手段，如今已被行业普遍接受，并成为一种必不可少的测风技术和手段。
测风激光雷达的工作原理，是利用单频激光的本振光信号与大气中气溶胶对激光的后向散射信号做相干外差探测，通过检测其多普勒频移信息来计算径向风速，通过多光束扫描的方式获得多个方向的风速信息，进一步反演得到实时的风场数据。
国家高新技术企业中科原子精密制造科技有限公司自主研发两款产品--地基式测风激光雷达、机舱式测风激光雷达，用于提供风电领域的测风解决方案。
针对风电场的区域性测风，中科原子研制的多普勒相干探测地基式测风激光雷达可通过测量脉冲激光大气回波的多普勒频移来探测不同高度的风场信息。
该装置探测精度高、便携性好、数据安全，是测风塔的一种高性价比替代方案。
同时其采用全姿态校正算法，可兼容车载及海上浮标平台工作模式。
产品特点高精度：风速0.1m/s，风向0.5°高分辨率：数据刷新率4Hz（软件可调），距离分辨率小于1米测风精细：拥有18个距离门，距离门可实现灵活设置易安装：体积小，重量轻姿态灵活性：适用于地基、车载及海上浮标平台工作扫描方式：电控扫描，无需机械式扫描，扫描精准、快捷主要参数产品测试数据测风激光雷达风速认定数据测风激光雷达风向认定数据应用领域风电场场控、风资源评估、风机功率曲线测试等。