风力发电测风仪器:激光雷达性能比较(ZephIR VS WindCube)
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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。
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。
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 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。
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。
优点优良的态势感知能力通过对风、边界层、云和气溶胶后向散射同步进行准确的测量,了解大气边界层和风的基本状况。
良好的灵活性全方位的三维扫描模式其测量范围可达10公里和可为多种活动定制丰富的扫描模式:监测、大气剖面、风廓线等。
见解和报告概览具有多种数据管理工具任您选择,可为您提供丰富的活动见解。
WindCube Scan 可通过 API 请求、与 FTP 服务器的通信或用户友好的图形用户界面,提供灵活的数据管理。
轻松可靠的操作该设备具有坚固的外壳和加热扫描镜头,即使在恶劣的环境(包括潮湿、灰尘、冰、大雨和雪)中也能提供可靠的性能。
可以安装在城市和工业区,也可以移动和改变用途以支持不同的项目。
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准确掌握 ABL 波动规律有助于更全面了解污染物浓度。
风评估可以显示污染物通过风力、局部再循环和水平传输的扩散情况。
这些因素通常会加快污染物的扩散:对它们进行测量有助于做出正确的决策,并显示哪些缓解措施较为有效。
适用于城市与工业系统的 WindCube Scan 可借助数据处理,全天候对风、气溶胶后向散射、云和边界层高度同步进行良好的测量。
它是一种多功能工具,可在长达 6 km 、8 km 或 10 km (具体取决于型号)的多种扫描模式下实时获取准确的风和气溶胶后向散射测量结果。
该工具采用大气结构检测算法,可对对流层中的云层和气溶胶层进行检测、定位和分类,以及对大气边界层 (ABL) 高度进行监测。
该技术也适用于矿山、港口和其他行业产生大量颗粒物排放的行业,这些颗粒物会以难以预测的方式随风扩散。
天气对空气质量有直接影响,而局部风况和大气边界层 (ABL) 动向是影响污染物扩散的主要因素。
激光雷达测风仪技术要求A.1 激光雷达测风仪技术性能基本要求A.2 检验要求激光雷达测风仪应定期进行检验,检定周期、检验方式应根据出厂说明进行。
测量场地地形评估不进行标定的测量场地,应满足表B.1所列的条件。
表B.1 无需标定场地条件注释:1.定义的扇区如图B.1所示2.选择与扇区地形最吻合,并通过塔架基础的平面,该平面与实际地形之间的最大倾角,以及偏离平面的最大偏差,定义和计算方法如图B.2所示,倾角计算公式为:最大倾角0max()iiZ Z d -=(B.1) 地形偏离平面最大偏差0max()i Z Z =-(B.2)3.塔架基础与扇区内任一点连接线的最大倾角,倾角计算见公式(B.1),定义和计算方法如图B.3所示。
图B.1 测量扇区分布示意AB图B.2 与扇区地形最吻合的连接线的最大倾角和地形最大偏差AB8L 到16L 之间2L 到2L 量区域图B.3 通过塔架与扇区地形任一点连接平面与水平面之间的最大倾角附录C(规范性附录)测风塔安装规范C.1 一般规定C 1.1 选用的测风装置应经过标定,且在有效期内。
C 1.2 测风装置的安装应牢固、稳定。
C.2 顶部风速计的安装C 2.1 应将风速计安装在测风塔顶端1.5m以上,应通过一个垂直圆管固定风速计,圆管顶端以下1.5m段的直径应不大于风速计,圆管垂直度不大于2º。
C 2.2 风速计以下1.5m内不能存在其他气流干扰物,其他测量仪器应至少在风速计4m以下。
测风塔的任何部分都不能超过以风速计为顶端、以11倍测风塔侧边长度为底部直径的锥面外。
顶部风速计安装示意见图C.1。
图C.1 顶部风速计安装示意C.3 侧边风速计的安装C 3.1 侧边风速计应成使用,若横杆直径为d,测风仪应安装在横杆20d以上,推荐25d;两风速计应等高,相互间隙不小于2.5m且不大于4.0m。
C 3.2 应通过一个垂直圆管将风速计固定在横杆上,风速计以下1.5m内不能存在其他测量装置且风速计4m以下不能存在其他测量仪器。
MOLAS NL机舱式测风激光雷达产品信息手册目录符合性信息 (I)前言 (I)1认识Molas NL (1)1.1概述 (1)1.2产品特点 (1)1.3工作原理 (2)1.4系统参数 (2)1.5系统组成 (3)1.5.1系统框图 (3)1.5.2产品结构尺寸 (4)1.5.3装箱清单 (5)1.6数据产品 (6)2功能描述 (8)2.1雷达状态的查看 (8)2.1.1数存单元(DU)状态指示灯查看雷达状态 (8)2.1.2客户端软件查看雷达状态 (9)2.2Profibus DP数据推送功能 (10)2.3FTP数据推送功能 (10)2.4NTP授时功能 (10)2.5雷达数据下载 (11)3安装指南 (12)3.1安装流程 (12)3.2注意事项 (12)3.1.1组件使用注意事项 (12)3.1.2现场安装注意事项 (13)3.3准备工作 (15)3.2.1雷达附件 (15)3.2.2建议工具清单 (20)3.2.3设备吊装前确认事项 (22)3.4设备安装 (23)3.3.1设备的吊装 (23)3.3.2云台和支架的安装 (24)3.3.3DU的安装 (26)3.3.4OH的安装 (27)3.3.5OH指向和姿态调整 (34)4操作说明 (40)4.1软件的安装 (40)4.2状态确认 (41)4.2.1软件安装就绪 (41)4.2.2PC的IP确认 (41)4.3设备的连接 (42)4.4雷达状态查看 (43)4.4.1雷达信息 (43)4.4.2风速信息 (44)4.4.3雷达数据 (45)4.4.4功率谱 (46)4.4.5数据下载 (47)4.5参数设置 (48)4.5.1测量参数设置 (49)4.5.2网络设置 (50)4.5.3雷达控制 (50)4.5.4信息提示 (50)5故障排查和保养维护 (51)5.1异常模式分析 (51)5.2雷达Profibus故障上报 (51)5.3保养策略 (52)附件A风速文件说明 (53)附件B外观尺寸和安装孔位 (56)附件C接线示意图 (57)附件D存储数据格式 (58)附件E FTP数据格式 (62)附件F DP数据格式 (63)附件G DU状态灯定义 (66)附件H Molas NL运行维护手册 (67)此部分列出了设备符合的安全、EMC(电磁兼容性)、防雷等标准。
2023年测风激光雷达行业市场调研报告市场调研背景随着风电资源的逐渐开发,风电发电量也逐年上升。
在风电场建设中,风场的温度、湿度以及气流等环境因素需要实时监控和预测,来保证风机的安全高效运行。
测风激光雷达作为一种高精度和高可靠性的测量设备,正在逐渐被应用于风电场的建设中。
市场现状分析1.行业发展趋势测风激光雷达行业存在的主要趋势是技术创新和市场规模的扩大。
技术创新主要体现在提高测风激光雷达的测量精度和可靠性,以及降低设备成本和维护成本。
市场规模的扩大则需要加大市场推广和应用力度,开发更广泛的应用场景,从而提升测风激光雷达在市场中的份额和影响力。
2.市场竞争格局目前,国内测风激光雷达市场主要由美国领先的品牌Leosphere(利欧思)和德国品牌ZephIR(泽菲尔)占据了大部分份额。
国内企业在技术水平和产品质量方面还存在差距,但随着技术的不断升级和市场的不断扩大,国内企业也在逐步提高自身实力和市场竞争力。
3.市场需求风电场的建设需要大量的测风激光雷达设备,而随着风电场规模的扩大和建设的迅速推进,市场需求会不断增加。
此外,其他领域也存在对测风激光雷达设备的需求,比如航空、天气预报、气象研究等领域。
市场前景分析随着风电资源的逐渐开发和风电发电量的不断攀升,测风激光雷达将在风力发电领域发挥越来越重要的作用,未来的市场前景十分广阔。
同时,随着技术的不断进步和成本的不断降低,测风激光雷达的应用范围也会逐渐扩大,市场规模也将不断扩大。
建议对于企业来说,要抓住机遇,着眼未来,加强技术研发和创新,提高产品质量和市场竞争力,同时积极开拓新的市场,拓展产品应用范围,实现企业持续发展。
对于投资者来说,可考虑选择一些领先企业进行投资,分享行业增长红利。
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。