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法国雷奥飞公司梁志:扫描式多普勒激光雷达在风电行业内的实际应用及算法进展

2018-10-24  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:第一部分首先是激光雷达的技术的一个简介,后面重要的第二部分,针对三个方面的案例做的一些分析。
中国风力发电网讯:2018年10月17日-19日,2018北京国际风能大会暨展览会(CWP 2018)在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院(赛迪集团)六大权威机构联合主办。
“风能综合技术研究”分论坛于10月18日上午召开。法国雷奥飞公司高级科学顾问梁志发表了题为“扫描式多普勒激光雷达在风电行业内的实际应用及算法进展”的主旨演讲。
以下为演讲实录:
梁志:在风电的前期工作,最重要的专业,不确定性是非常大的,而且对于后期的影响也是非常的多的,现在激光雷达作为风资源评估的手段,最近几年在国内的应用其实是比较火的,然后有很多厂商在很多的应用上面也都有很多的一些,现在有些产品和结果,我就最近在想这件事情,也把想到的扫描式的,扫描式仪器的设置,和扫描方式,自由一些,操作会更加多,所以针对这种情况的话,我专门把扫描式的激光雷达做了一个梳理,结果跟大家讨论一下。跟大家有一个汇报。
分成两部分,第一部分首先是激光雷达的技术的一个简介,后面重要的第二部分,针对三个方面的案例做的一些分析。
现在就来简单介绍一下技术背景,首先大家都知道激光雷达的话,它首先是脉冲式的,后向散射,能够计算出风速是基本的原理,这个大家要有了解的话,对这个原理应该是比较熟悉的。
这个是它的产品的一个架构图,为什么是扫描雷达而不是普通区别于垂直的那种雷达,它有两个马达,扫描上有两个机械马达,两个马达通过镜面反射,光束发射到空间任意方位,可以实现扫描的方式,这是它的一个仪器实践的原理。里边最重要的扫描模式,就是我可以通过这样的激光不间断的扫描,可以得到这个平面上面的风速的分布,这样的话我们可以实现我们的测量,尤其是在风电领域的一些应用。
首先这个数据的话,我们得到数据之后,首先我们要进行数据的一些判断,这个判断主要是通过里面的信噪比判断的,扫描雷达测出一个平面上所有数据的分布,这个分布的话在这些每个点上面信号的强度,就它的信噪比够强的话,说明这个信号是有用的,所有激光雷达做数据分析最重要的一个东西。上面就是简单的一个背景的介绍。下面主要是案例,主要还是风资源评估了,这是最重要的方面。
在海上的话,最近是比较重要的,然后通过,这是我们用雷达测量的一个动因,因为在海上大家都知道风速分布是有梯度的,离岸边越近梯度是非常大的,。激光雷达可以给模式提供一个验证的一个方式,所以这就是我们的一个最重要的动因,也是扫描雷达很好的应用。有助于项目的决策,提高一些布局。不同于单点的我们模式的那种单点风速的测量,我们主要目的还是测量整个平面上的分布。这个是当时的项目,这是参与各方,我们参与的时候,主要是提供了设备,然后有两台扫描雷达,三台侧视雷达。对于扫描雷达我们有一些单台的跟多台的算法,单台因为用一个平面上来扫描,扫描的时候,用它自己的扫描会得到一些结果,多台的话,两台通过不同方式来扫描同一个位置上面的风速,因为你信号,你的量会比较多,这样你会得到你的算法里边输入信息会变多,测量的是静向风速,再反演你会得出来信息量比较大,有一个缺点第一你用两台设备成本会变高,第二数据匹配的时候你有一些,因为你两个在不同扫描,匹配程度会比较复杂,两种的算法实现的方式。
当时项目简单的一个介绍,这个就是在英格兰的场地,它有一些灯塔,它里边有海上的一个浮标,可以作为海上点,我们可以放垂直雷达来得到这个信息。这就是小的垂直雷达,就是我们放在了白色的点上面,这三个位置上面。扫描雷达放在这个上面,这个红色橙色的点,我们关注的这个区域上面,我们想通过这个测量,然后能分析到项目在这片区域上空间上的分布。在我们的算法里,这个所有的设备,我们四个月的,我们的模式的话,设置的是,我们设置的第一开始讲的,水平的那种扫描模式,我们有两台雷达,右下图的话,你有两台雷达扫出来不同的分布结构,两个PPI的扫描,水平扫描,刚才说的那个放垂直雷达的地方,我们多加了一次RHR的扫描,两台雷达可以同时测量垂直上面高度上面风速的分布。现场的一些安装的状态就不说了,对于雷达扫描式的激光雷达的话,首先因为你扫的距离比较远,十公里6公里会远一些,这样的话雷达光束的方位是很关键的,如何来标定这个方位就是很关键的问题,常用的,烟头灯塔比较大的障碍物,我们用它来标定,我们通过这种设计的扫描模式,扫描的时候,你会设不同的角度,有一些信噪比,通过轮廓你可以找到它的位置所在,通过位置所在,知道雷达到底扫描的方位在那,这个很关键,测量哪里的风速,有轻微的变化有很大影响,所以这是很关键的事情。
这是对比的一个情况,这就不详细说了,这是当时的一个结果,首先上面这个图是静向的风速,推演,把它的静向风速跟垂直雷达测出的风速进行对比,得到一些数据对比情况,下面是单台和多台的情况,这个图的展示详细的情况不多介绍了,说明这个的数据的相关性还是比较好的能到0.99左右。
结论大概就是通过扫描雷达,通过实验也证明了扫描雷达在风资源评估的时候是可靠的。下面就是扫描雷达在风机后市场的应用比较多,在于尾流的测量,尾流的上面主要通过扫描雷达可以测量到平面上的风速,通过平面上的风速得到风机尾流后面的区域,这个是法国的项目,在法国这个项目中间的项目的风机是一排的,通过在前后两边加了扫描式的雷达,后面的雷达在1.5公里的那个位置上面,通过这个扫描得出来在不同的风向下,尾流的变化的情况,对咱们这个风资源这一块的机位的布置,包括一些优化实际的一些衰减,分析的结果都会起到一定的作用。简单的一个结果了,大家可以看到在右上边那个图里面可以看到一条,一个扫描面的,大概时间会是15秒左右,扫出这么一个结果,通过这个结果的话,把雷达放在后面,这样扫描雷达可以反应出来尾流的情况。
通过这个分析不同界面上的数据,尾流有多宽,有多深,这种里面的情况就会比较直观,功率曲线后市场里面很重要的方向,简单的说,因为在陆地上这个事情是很容易实现的,海上很少找到基础,机舱雷达,放在机仓上,扫描雷达来测风机前面的位置,这样可以得到来留的信息,首先第一个问题就是,到底来流我们每一台测的,扫描式的雷达来测是不是一致的,风场里面我们找到了两个不同位置的风机,没有干扰的情况下,看看两个功率检测情况怎么样,证明是可以闭合的不会有一些设备本身的问题,这是它的结果,说明两个功率曲线风机测出来的结果是没有问题的,这个仪器不会因为你测量风机,不会因为风机的差异产生很大的区别。
这就是它的一个精度,所有的测量我们都要提到精度,没有精度测量是没有意义的,所以在这个丹麦的结果里面,有三个月的实验,证明扫描雷达在风机风力曲线测试是没有问题的,谢谢大家,内容是讲完了,主要总结一下其实扫描雷达在风电里面,比较主流的一些应用第一就是做资源评估,第二是测尾流,第三测功率曲线。我们在W2有展位,有问题大家可以交流,谢谢主持人。

 
 

(来源:能见App)

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