测风塔数据接收功能

风电场激光雷达测风塔原理最近在研究风电场激光雷达测风塔原理，发现了一些有趣的原理，今天就来和大家好好聊聊。

咱们先从风说起，风就是空气的流动，就像水里的水流一样，只不过空气是看不见摸不着的。

你想啊，在我们日常生活中，怎样去感觉风的大小和方向呢？我们可能会根据树枝被吹动的幅度，或者脸上的感觉来判断。

那在风电场里，可不能这么粗略地判断啊。

这就要说到风电场激光雷达测风塔了。

它就像是风电场里的“超级侦探”，专门去捕捉风的信息。

先解释个专业术语，激光雷达（LiDAR），简单来讲，它就是一种通过发射激光束然后接收反射回来的光来探测目标的设备。

那它怎么探测风呢？打个比方吧，风里的小颗粒就像是一群调皮的小豆子，激光雷达发射出的激光束就像一道明亮的光线去照亮这些“小豆子”。

光线遇到小颗粒会反射回来，由于风在吹动这些小颗粒，所以根据反射光的变化就能知道风的一些情况。

比如说，小颗粒被快速地往某个方向吹走，那反射光回来的时间和位置就会有相应的变化，这就可以推断出风的速度和方向。

从更科学的角度上说，激光雷达测风的时候，它发射的激光和从运动着的空气中的粒子反射回来的激光之间会有个频率的偏移，这个专业上叫做多普勒频移，就像你在火车月台上听飞驰而过的火车声音，火车靠近和远离时声音的频率会不一样。

我们根据这个频移量就能够计算出风的速度和方向了。

实际应用的例子也很多，就像一些大型的海上风电场，为了对海上复杂多变的风况有准确的测量，很多都会采用激光雷达测风塔，这样就能更好地调整风力发电机的运行参数，提高发电效率了。

不过老实说，我一开始也不明白这么小的激光雷达是怎么准确测量那么大面积的风况呢？后来才知道，它可以通过不同的探测模式和扫描策略。

这里面也有很多注意事项哦。

比如说安装的位置很重要，如果周围有很多障碍物，那测出来的数据肯定不准确，就像你想要看远处的风景，中间有很多高楼挡住了视线一样。

说到这里，你可能会问那如果天气不好，比如大雾或者沙尘天，会不会影响激光雷达的工作呢？这是个很好的问题，大雾或者沙尘天确实会对激光的传输产生干扰，但现在的技术也在不断发展，有的激光雷达可以通过一些算法和技术手段来尽量减少这些干扰的影响。

1.测风塔位置要求1)测风塔位置的风况应基本代表该风电场的风况，避免局部地形的影响；2)测风塔位置附近应无高大建筑物、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上；3)测风塔位置应在风电场5km范围内且不受风电场尾流影响，应选择在风电场主风向的上风向位置；4)测风塔数量依风电场地形复杂程度、气候特征和装机容量而定。

对于地形较为平坦的风场，可选择一处安装测风塔。

对于地形较为复杂的风场，应选择二处及以上安装测风塔。

2.测风塔监测参数要求2.1. 风速1)瞬时风速：每秒采样一次，单位：m/s；2)10min平均风速：每秒采样一次，自动计算和记录每10min的平均风速，单位：m/s；3)小时平均风速：通过10min平均风速值获取每小时的平均风速，单位：m/s；4)极大风速：每3秒采样一次的瞬时风速的最大值，单位：m/s。

2.2. 风向1)风向采样：与风速同步采集的该风速的风向；2)风向区域：所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。

风向区域分为16等分时，每个扇形区域含22.5°；也可以采用多少度来表示风向。

2.3. 风速标准偏差以10min为时段，每秒采集和记录瞬时风速的标准偏差，单位m/s。

自动计算和记录每10min的风速标准偏差。

2.4. 气温气温应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为℃。

2.5. 大气压大气压应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为hPa。

2.6. 相对湿度相对湿度应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为%RH。

3.测风塔监测仪器要求监测仪器在现场安装前应经气象计量部门检验合格，使用期间免维护，无需用户做参数标定。

3.1. 测风仪3.1.1.风速传感器1)测量范围0m/s～60m/s；2)测量精度：±0.5m/s(3m/s～30m/s)；3)工作环境温度：-40℃～50℃；4)响应特性距离常数：5m。

测风塔数据收集和处理标准化手册四．测风塔立塔标准与设备配置4.1测风塔选址4.1.1测风塔选址的一般原则测风数据给风电场设计和建设提供基础性的支持。

测风数据能够为判定一个地区风能状况、风电机组选型、布机方案和年发电量计算提供依据，特别是在复杂气候和地形条件下，风场场区不同区域的风资源状况有很大的差异，如果测风数据不能客观反映风能资源状况那么将会对风电场设计和建设产生不利的影响。

测风塔仅具有位置的代表性是不足的。

测风应该遵循3R原则，即正确性（Right）、代表性（Representativeness）、可靠性（Reliability）。

一．正确性正确性（Right）是指正确的设立测风塔包含着正确安装测风塔和正确选取测风设备。

安装测风塔之前需要对经过前期宏观选址工作场区位置有初步的认识，首先要了解该地区主导风向，确定主导风向能够帮我们选取正确安装位置，避免选到了背风区域或者湍流大、可能产生负切变的区域；能够帮我们正确的确定传感器支架方位，减少塔影效果的影响。

其次，要了解当地气候特征，主要是了解极端性气候特征。

如某些测风塔容易遭受裹冰，那么我们在建设测风塔时就要增加测风塔的强度或者采用自立塔而不是斜拉线塔；针对雷暴天气多，测风塔接地电阻小于4Ω的前提下，需要考虑避雷针的单独设计（如鱼叉型避雷针、用铜线直接接地）、增加额外的降阻措施（如加降阻剂、石墨棒、铜棒等）；场区潮湿、雾气严重，那么记录仪需要增加干燥剂且用密封箱和电缆密封件，接线部位要做好防锈蚀处理，数据线要考虑使用铠装型电缆线。

二．代表性测风塔的代表性应有两层含义：测风塔安装地点具有代表性、测风数据具有代表性。

（1）测风塔安装地点要具有代表性。

即测风塔选址要能够最大限度的代表测风塔周边场区的风资源分布特性，一般海拔越高风速越大，测风塔所能代表的区域范围有限，因此需要通过加密测风塔的方式减少代表性差的问题。

海拔梯度比较大的场区，建议设置三个不同海拔等级，在每个等级海拔较高、视野开阔四周无临近山峰阻挡、场地附近无小山包或者突出的树丛的地方安装测风塔。

测风塔技术要求1.测风塔位置要求1)测风塔位置的风况应基本代表该风电场的风况，避免局部地形的影响；2)测风塔位置附近应无高大建筑物、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上；3)测风塔位置应在风电场5km范围内且不受风电场尾流影响，应选择在风电场主风向的上风向位置；4)测风塔数量依风电场地形复杂程度、气候特征和装机容量而定。

对于地形较为平坦的风场，可选择一处安装测风塔。

对于地形较为复杂的风场，应选择二处及以上安装测风塔。

2.测风塔监测参数要求2.1. 风速1)瞬时风速：每秒采样一次，单位：m/s；2)10min平均风速：每秒采样一次，自动计算和记录每10min的平均风速，单位：m/s；3)小时平均风速：通过10min平均风速值获取每小时的平均风速，单位：m/s；4)极大风速：每3秒采样一次的瞬时风速的最大值，单位：m/s。

2.2. 风向1)风向采样：与风速同步采集的该风速的风向；2)风向区域：所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。

风向区域分为16等分时，每个扇形区域含22.5°；也可以采用多少度来表示风向。

2.3. 风速标准偏差以10min为时段，每秒采集和记录瞬时风速的标准偏差，单位m/s。

自动计算和记录每10min的风速标准偏差。

2.4. 气温气温应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为℃。

2.5. 大气压大气压应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为hPa。

2.6. 相对湿度相对湿度应每10秒采样一次，记录采样值和每10分钟的平均值，单位为%RH。

3.测风塔监测仪器要求监测仪器在现场安装前应经气象计量部门检验合格，使用期间免维护，无需用户做参数标定。

3.1. 测风仪3.1.1.风速传感器1)测量范围0m/s～60m/s；2)测量精度：±0.5m/s(3m/s～30m/s)；3)工作环境温度：-40℃～50℃；4)响应特性距离常数：5m。

附件2：风电场测风塔实时数据上传技术要求1 总体要求1.1 为落实各风电场测风塔数据实时上传工作，保证风电功率的预测精度，各风电场应按照相关要求，尽快落实相关改造或建设工作，实现测风塔数据的实时上传。

1.2 风电场应保证测风塔实时数据采集、传输、上送各环节装置及设备的安全可靠运行。

一旦发生问题，应及时查找原因，尽快解决。

1.3 风电场测风塔数据上传应满足《华北电网电力二次系统安全防护管理规定》相关要求。

各环节均不允许造成信息安全隐患。

1.4 市调、地调调度的风电场测风塔实时数据应上传至本级调度，由该级调度转发至华北网调。

2 气象要素采集的技术要求风电场功率预测系统中气象要素采集技术要求包括测风塔位置、测量高层、测量要素、测量设备、设备安装、测量数据采集、数据上报格式七个方面。

2.1 测风塔位置2.1.1 测风塔位置应在风电场5km范围内且不受风电场尾流影响，宜在风电场主导风向的上风向。

2.1.2 测风塔数量：根据风电场地形地貌、气候特征和装机容量确定测风塔数量。

2.2 测量高层2.2.1 风速风向需要四层测量高层，即测风塔10m、30m高层，风力发电机组的轮毂中心高层和测风塔最高层。

2.2.2 温度、湿度、气压需要一层测量高层。

2.3 测量要素2.3.1 5min平均风速：每秒采样一次，自动计算和记录每5min的平均风速，m/s。

2.3.2 小时平均风速：通过5min平均风速值获取每小时的平均风速，m/s。

2.3.3 极大风速：每3s采样一次的风速的最大值，m/s。

2.3.4 风向采样：与风速同步采集的该风速的风向。

2.3.5 风向区域：所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。

风向区域分16等分时，每个扇形区域含22.5°；也可以采用多少度来表示风向。

2.3.6 气温：每5min采样并记录采集现场的环境温度，℃。

2.3.7 相对湿度：每5min采样并记录采集现场的环境湿度，RH%。

风电场测风塔数据分析与预测随着全球能源需求的不断增长，人们也越来越关注可再生能源的利用和开发。

其中，风能作为一种环保、高效的能源形式，逐渐成为了全球能源转型的重要方向。

然而，风能的利用需要先进行测量和分析，以确定潜在的风力资源。

对于大型风电场来说，测风塔是不可或缺的工具。

它们能够实时监测风速、风向等气象参数，为风能利用提供准确可靠的数据。

但是，测风塔所收集到的数据十分庞杂，如何有效地分析和利用这些数据，成为了风能行业需要面对的重要挑战。

为了更好地理解和利用测风塔的数据，需要先从风能发电的原理入手。

风能发电是将风的动能转换为电能的过程。

风力机通过旋转叶片，带动发电机产生电能。

而风能转化率，与风速的立方成正比。

所以，为了最大程度地利用风资源，需要对风速进行精确地测量和预测。

对于测风塔的数据分析，需要做好以下几点准备工作：1. 数据收集与处理测风塔所收集到的数据量是非常大的，主要包括风速、风向、温度、湿度等气象参数。

如何从海量数据中提取出有价值的信息，需要采用专业的数据处理工具和算法。

2. 数据质量评估由于气象参数受到多种因素的影响，如地形、季节、时间等，可能会导致数据质量出现偏差。

因此，需要对数据进行质量评估，确定数据的可靠度和准确性。

3. 数据可视化和分析通过数据可视化工具，可以快速地了解数据的变化趋势和特征，进一步进行数据分析和预测。

有了以上的准备工作，就可以进行风电场测风塔数据的分析和预测了。

1. 数据分析风电场测风塔所产生的数据，可以从多个维度进行分析，如风向、风速、频率等。

通过对数据的分析，可以得出以下结论：1.1 风向分布特征风向分布是测风塔数据分析的重点之一。

我们可以通过分析每个测风塔收集的数据，了解风向分布的特征。

对于风能行业而言，最理想的风向是直角风，可以最大程度地利用风能。

因此，需要对风向进行统计和分析，以便优化风机的布局和选址。

1.2 风速分布特征风速的分布会对风力机的桨叶产生影响。

测风塔国标一、背景介绍测风塔是利用气象仪器对风速、风向等气象要素进行观测的一种设施。

在风能开发中，测风塔是重要的工具之一，用于获取风能资源的数据信息。

为了保证测风塔数据的可靠性和可比性，需要制定测风塔国标。

二、制定测风塔国标的必要性制定测风塔国标具有以下几个方面的必要性：2.1 提升数据的可靠性通过制定测风塔国标，可以明确测风塔的设计、布设、维护等方面的要求，提高测风塔观测数据的可靠性。

合规的测风塔布设可以防止因为观测场地选择不当、设备故障等原因导致数据异常，确保风能资源评估的准确性。

2.2 促进数据的可比性不同地区、不同单位的测风塔观测数据直接进行比较时，由于设备差异、观测参数不一致等原因，可能导致数据的可比性不高。

制定测风塔国标可以统一观测标准和方法，减小测量误差，使得不同测风塔的观测数据具有可比性，方便资源开发者进行风能资源评估和项目选择。

2.3 规范行业发展制定测风塔国标可以规范测风塔的设计、施工、运维等环节，推动测风塔行业的发展。

通过国标的制定，可以提高测风塔设备的质量和标准化水平，避免因为设备差异导致的技术障碍和信息传递不畅的问题，促进行业健康发展。

三、测风塔国标的制定内容测风塔国标的制定内容主要包括以下几个方面：3.1 设计要求•测风塔的高度、材质、结构等设计要求；•测风塔的观测装置配置要求，包括风速仪、风向仪等；•测风塔基础设计要求，保证测风塔的稳定性。

3.2 布设要求•测风塔的选址要求，包括选取具有代表性的风能资源点、避免人工遮挡等；•测风塔之间的距离要求，避免相互干扰。

3.3 维护管理要求•测风塔的日常维护管理要求，包括定期检修、设备维护等；•测风塔的数据质量控制要求，确保数据的准确性。

3.4 数据处理要求•测风塔观测数据的处理方法，包括异常值处理、平滑处理等；•数据传输和存储的要求，保证数据的完整性和安全性。

四、测风塔国标的重要意义制定测风塔国标具有以下几个重要意义：4.1 保证数据的可靠性和可比性测风塔国标的制定可以提高测风塔观测数据的可靠性和可比性，确保风能资源评估的准确性。

测风塔中文名称：测风塔英文名称：wind measurement mast定义：安装风速、风向等传感器以及风数据记录器，用于测量风能参数的高耸结构。

所属学科：电力(一级学科) ；可再生能源(二级学科)测风塔又名拉线塔、桁架式塔测风塔的组成：包括塔底座（１）、塔柱（２）、横杆、斜杆（３）、风速仪支架（４）、避雷针（５）、拉线用于对近地面气流运动情况进行观测、记录的塔形构筑物。

以前多[1]由气象、环保部门建造，用于气象观测和大气环境监测。

近年来，随着全球对风能资源的普遍关注和风力发电行业的迅速发展，各国政府、企业或是风电开发商开始投资兴建测风塔，为将来风电场的投资建设获取第一手风能资料。

测风塔架设在风电场场址内，多为绗架式结构和圆筒式结构，采用钢绞线斜拉加固方式，高度一般为10-150米。

在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。

可全天候不间断地对场址风力情况进行观测，测量数据被记录并存储于安装在塔体上的数据记录仪中。

测风塔的主要功能：环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。

为相应的仪器设备的安装做支撑。

适用单位：发电厂前期规划、海岛测风、气象数据采集、环境监测等部门。

优点：风荷载系数小，抗风能力强。

塔身挡风面积小，利于采集数据准确客观，将实测数据和实际数据的差距降到最低。

采集塔柱采用外法兰盘连接，螺栓受拉，不易破坏，钢绞线加固。

塔柱正三角型布置,节约钢材,跟开小，占地面积小，节约土地资源，造价低廉(仅为角钢自立塔的1/3或更少).选址便利.塔身自重轻，运输和安装便捷、建设工期短,塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，遇罕遇风灾不易倒塌，安全系数高.设计符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程，结构安全可靠.执行标准：风电场风能资源测量方法(GB/T 18709-2002)|抗风能力：最大抗风60米/秒；抗震烈度：8度设计重量：>1吨（具体重量根据地域而定，西部地区，沿海多风区与中部地区略有差异。

测风塔数据收集和处理标准化手册四．测风塔立塔标准与设备配置4.1测风塔选址4.1.1测风塔选址的一般原则测风数据给风电场设计和建设提供基础性的支持。

测风数据能够为判定一个地区风能状况、风电机组选型、布机方案和年发电量计算提供依据，特别是在复杂气候和地形条件下，风场场区不同区域的风资源状况有很大的差异，如果测风数据不能客观反映风能资源状况那么将会对风电场设计和建设产生不利的影响。

测风塔仅具有位置的代表性是不足的。

测风应该遵循3R原则，即正确性（Right）、代表性（Representativeness）、可靠性（Reliability）。

一．正确性正确性（Right）是指正确的设立测风塔包含着正确安装测风塔和正确选取测风设备。

安装测风塔之前需要对经过前期宏观选址工作场区位置有初步的认识，首先要了解该地区主导风向，确定主导风向能够帮我们选取正确安装位置，避免选到了背风区域或者湍流大、可能产生负切变的区域；能够帮我们正确的确定传感器支架方位，减少塔影效果的影响。

其次，要了解当地气候特征，主要是了解极端性气候特征。

如某些测风塔容易遭受裹冰，那么我们在建设测风塔时就要增加测风塔的强度或者采用自立塔而不是斜拉线塔；针对雷暴天气多，测风塔接地电阻小于4Ω的前提下，需要考虑避雷针的单独设计（如鱼叉型避雷针、用铜线直接接地）、增加额外的降阻措施（如加降阻剂、石墨棒、铜棒等）；场区潮湿、雾气严重，那么记录仪需要增加干燥剂且用密封箱和电缆密封件，接线部位要做好防锈蚀处理，数据线要考虑使用铠装型电缆线。

二．代表性测风塔的代表性应有两层含义：测风塔安装地点具有代表性、测风数据具有代表性。

（1）测风塔安装地点要具有代表性。

即测风塔选址要能够最大限度的代表测风塔周边场区的风资源分布特性，一般海拔越高风速越大，测风塔所能代表的区域范围有限，因此需要通过加密测风塔的方式减少代表性差的问题。

海拔梯度比较大的场区，建议设置三个不同海拔等级，在每个等级海拔较高、视野开阔四周无临近山峰阻挡、场地附近无小山包或者突出的树丛的地方安装测风塔。