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UL在海上風(fēng)場(chǎng)完成機(jī)艙式激光雷達(dá)湍流校驗(yàn)

作者: 楊帆 UL可再生能源

一、前言

在海上風(fēng)場(chǎng)對(duì)功率曲線進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)風(fēng)是一個(gè)難題: 樹(shù)立海上測(cè)風(fēng)塔十分昂貴，而機(jī)艙式激光雷達(dá)尚未得到IEC標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可，測(cè)得的風(fēng)速和湍流強(qiáng)度是否精確可靠，能夠替代傳統(tǒng)風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)，則一直沒(méi)有定論。 如果解決了風(fēng)速數(shù)據(jù)校驗(yàn)的問(wèn)題，機(jī)艙式激光雷達(dá)作為海上測(cè)風(fēng)的解決方案，將為海上測(cè)試節(jié)省巨大的開(kāi)支。

近日，UL完成了一項(xiàng)機(jī)艙式激光雷達(dá)的校驗(yàn)工作，旨在驗(yàn)證激光雷達(dá)輸出湍流的有效性。被驗(yàn)證的激光雷達(dá)是一種四束光的Leosphere WindIris機(jī)艙式激光雷達(dá)，驗(yàn)證的結(jié)果證明了該雷達(dá)在經(jīng)過(guò)第三方標(biāo)定后，測(cè)得的風(fēng)速和湍流都是精確可靠的。

二、校驗(yàn)過(guò)程

激光雷達(dá)的校驗(yàn)分為兩個(gè)階段，第一步是激光雷達(dá)的第三方標(biāo)定。

首先，激光雷達(dá)被放置在陸上試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)30米高的平臺(tái)上，與鄰近兩個(gè)同樣為30米高的測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行比對(duì)。

當(dāng)激光雷達(dá)機(jī)頭設(shè)置為正5°的仰角時(shí)，激光雷達(dá)底部的兩束光(LOS2, LOS3)將平行于地面，并分別射向距離178米之外的兩個(gè)測(cè)風(fēng)塔。激光雷達(dá)記錄的湍流以十分鐘一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出，并與計(jì)算得到的測(cè)風(fēng)塔湍流均值進(jìn)行比較，測(cè)試比較了近一個(gè)月的采集數(shù)據(jù)。其間，我們對(duì)湍流比率（測(cè)風(fēng)塔湍流/雷達(dá)湍流）與雷達(dá)測(cè)得風(fēng)速的關(guān)系進(jìn)行了分析。

Turbulence intensity ratio vs. Radial LiDAR wind speed

Binned turbulence intensity ratio vs. Radial LiDAR wind speed

測(cè)風(fēng)塔湍流與雷達(dá)湍流在測(cè)試期間體現(xiàn)了顯著的相關(guān)性，在3m/s~10m/s的有效風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，湍流比率接近于1，并均在[1±5%]的置信區(qū)間內(nèi)。

第二步是把經(jīng)過(guò)標(biāo)定后的激光雷達(dá)安裝在真實(shí)的海上風(fēng)場(chǎng)。

我們把該激光雷達(dá)安裝在興化灣某測(cè)試風(fēng)機(jī)上。激光雷達(dá)記錄的風(fēng)速，湍流會(huì)以十個(gè)距離門(mén)分別輸出。因此，我們?cè)诘诙A段的測(cè)試中，驗(yàn)證了不同距離門(mén)對(duì)湍流信號(hào)準(zhǔn)確性的影響。測(cè)試持續(xù)了兩個(gè)月的時(shí)間，并剔除了扇區(qū)對(duì)湍流的影響。

Overview of the test site and the surrounding terrain, including the position of the assessed turbine

Range gate comparison (50m, 120m, 240m, 360m), LiDAR turbulence vs. LiDAR wind speed

可以說(shuō)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比說(shuō)明，距離門(mén)對(duì)湍流沒(méi)有顯著影響。

三、結(jié)論

通過(guò)陸上及海上風(fēng)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，激光雷達(dá)湍流可以有效溯源到風(fēng)杯式測(cè)量?jī)x湍流，并且在3m/s~10m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，5%~25%的有效湍流區(qū)間內(nèi)，激光雷達(dá)與風(fēng)杯式測(cè)量?jī)x呈線性關(guān)系，且湍流比率接近于1，并且在可用風(fēng)速范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

此次UL對(duì)于機(jī)艙式激光雷達(dá)湍流的驗(yàn)證，將為海上風(fēng)機(jī)型式測(cè)試提供經(jīng)濟(jì)且有效的解決方案。目前，UL已經(jīng)為眾多客戶提供了激光雷達(dá)驗(yàn)證、海上測(cè)風(fēng)、基于機(jī)艙式激光雷達(dá)的功率曲線測(cè)試的服務(wù)項(xiàng)目。