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測風激光雷達解決方案
瀏覽: 發布日期:2018-04-17

也許你已看到,激光雷達正在汽車行業開拓未來,而在風電行業,測風激光雷達正在引領風機技術的發展方向。
風機處在難以捉摸的風況中,所承受的負載也充滿了隨機性,這給風機的載荷設計帶來了很大的不確定性,工程師們往往采用“過設計”的方法來補償風的不確定度,這也是風電價格居高不下的一大原因。而激光雷達測風設備,恰恰將這隨機性轉化為確定性,實時掌握這些確定的風況信息,就能顛覆傳統的設計思路,突破傳統桎梏,重新定義風機的度電成本。
目前業界普遍認為,機載測風雷達是最具有應用前景的未來發展方向,將激光雷達安裝在機艙頂部或者輪轂中心,可以使得雷達測得的風速始終是主風向來流,對于風機所承受的風況信息更有代表性。

那么,雷達如何降低風機的度電成本?掌握了風況信息又有什么用?其實,風機的成本取決于風機所能承受的載荷大小,而且同樣的風況,不同控制策略可使載荷可大可小,發電性能也是可高可低。換言之,風機的性能和載荷很大一部分是由風機的控制系統決定的,所以控制系統的好壞很大程度上就決定了風機的度電成本的高低。
控制系統要做到載荷和發電性能的最優平衡,就要準確地知曉風況。而傳統風機上一般只標配風速儀和風向標作為測風設備,由于風輪旋轉造成的旋流和擾流影響,風速儀測得的風速受到強烈的干擾,無法作為風況信息的準確參考,風向標的測量值也同樣是飄忽不定的。還有就是當風機遇到極限草帽風,而傳統控制系統又無能為力時的那種無奈感,哪怕是提前1秒變槳都能大幅度降低載荷。這些痛點,相信業內的工程師們肯定深有體會。如果采用機載激光雷達,通過激光焦距調整不但能夠精確測風,還能讓控制系統提前幾秒預知風況信息,就從本質上解決了原有控制策略的缺陷,以降低風機的載荷來降低風機的度電成本。
研究表明,通過激光雷達反饋信息配合智能控制策略,可以大幅降低風機疲勞載荷5%-10%以上,如圖所示,不同部件有不同的降載效果。同時對于極限載荷,激光雷達更有立竿見影的效果,在能保證雷達可靠性的前提下,可達到10%-20%的極限載荷降低。如圖所示案例,在極限草帽風下,雷達輔助控制使得風機提前2-3秒變槳,保證風機穩穩當當地避過極限陣風,在保證載荷的情況下也保證了發電量。
其實不僅僅是載荷,反饋信息配合智能控制算法還可以優化風機的動態風能捕獲響應和偏航規劃,還可能提升發電量1%左右,更不要提修正偏航誤差挽回的可能高達5%的發電量損失了。綜上,雷達輔助控制可以大幅降低風機成本5%-10%。