[發明專利]多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達及其測量方法

有效

• 申請號: 201710010915.4
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106772439B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 伍波
• 申請（專利權）人: 前郭爾羅斯蒙古族自治縣岱旭風能有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京中仟知識產權代理事務所(普通合伙) 11825
• 代理人: 韓蓉蓉

本發明公開了一種多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達，窄線寬種子光源輸出端與光纖放大器輸入端連，光纖放大器輸出端與光纖分束器輸入端連，光纖分束器第一輸出端與聲光移頻器輸入端連，光纖分束器第二輸出端與光纖環形器第一端口連，聲光移頻器輸出端與光纖合束器第一輸入端連，光纖環形器第三端口與光纖合束器第二輸入端連，光纖環形器第二端口與光開關輸入端連，光開關多個輸出端口與偶數根光學天線連，2×2光纖合束器輸出端與平衡光電探測器輸入端連接，平衡光電探測器輸出端與信號處理電路連。本發明還提供了一種多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達的測量方法。本發明的有益效果：降低雷達成本，增加雷達風場測量能力。

技術領域

本發明涉及氣象雷達探測技術領域，具體而言，涉及一種多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達及其測量方法。

背景技術

風力發電是將風能轉換電能、準確及時測出風電廠的風向和風速，讓風力發電機組調整到最佳位置，是提高發電效率和減少設備磨損的關鍵。風電廠在測風上采用的傳統測風塔測風方式所得的數據與單臺風機實際面臨的風向和風速存在較大偏差，使風機不能很好的調整到最佳位置，影響風電效率。為了提高發電效率，國外廠家開發了機艙式激光測風雷達。機艙式激光測風雷達控制器按照統一協議與風機渦輪機控制系統安全鏈接，激光測風雷達測量風力發電機組葉片前方大面積內的準確風速和風向。激光測風雷達每秒鐘都會將數據傳輸至激光測風雷達控制器，及時向風機渦輪機控制系統發出動態檢測和糾正偏航命令，以便提前校準位置獲取最大風能。因此，在不增加關鍵部件的扭力及張力的前提下，加快了風機的反應速度，減少風機磨損，降低故障。

現有的機艙式激光測風雷達產品有法國Leosphere公司的Wind?Iris，丹麥WindarPhotonics公司的WindEye，英國ZephIR公司的ZephIR?DM，日本MITSUBISHI?ELECTRIC公司的Nacelle?Lidar，法國Epsiline公司的YawAdvisorTM。WindEye采用連續激光體制，體積小、成本低，但是只能定點測量一個固定距離(80米)上的風場，不能很好的滿足應用需求。

YawAdvisorTM系統測量風場的距離只有10米，應用范圍小。Wind?Iris采用脈沖激光體制，測量距離范圍50-400米，最小距離分辨率30米。Nacelle?Lidar采用脈沖激光體制，測量距離范圍50-250米，最小距離分辨率25米。Wind?Iris和Nacelle?Lidar都能夠在距離上分層，即可以同時測量多個距離上的風速和風向，但是采用的是脈沖激光器，整機體積大、成本高，一般小型風力發電機組難以承受。ZephIR?DM采用連續激光體制，以電機調焦的方式實現測量距離10-300米可調，可測量10個距離上的風場，其通過連續激光器采用調節方式實現不同高度的風速風向測量，但是調焦方式使得一次完成整個風場測量耗時長，機械掃描和調焦部件使得整機可靠性差，壽命短。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達及其測量方法，降低了雷達成本，增加了雷達風場測量能力。

本發明提供了一種多距離分層測量風場的機艙式激光測風雷達，包括：窄線寬種子光源、光纖放大器、光纖分束器、聲光移頻器、光纖環形器、光開關、多根光學天線、2×2光纖合束器、平衡光電探測器和信號處理電路；

所述窄線寬種子光源的輸出端與所述光纖放大器的輸入端連接，所述光纖放大器的輸出端與所述光纖分束器的輸入端連接，所述光纖分束器的第一輸出端與所述聲光移頻器的輸入端連接，所述光纖分束器的第二輸出端與所述光纖環形器的第一端口連接，所述聲光移頻器的輸出端與所述2×2光纖合束器的第一輸入端連接，所述光纖環形器的第三端口與所述2×2光纖合束器的第二輸入端連接，所述光纖環形器的第二端口與所述光開關的輸入端連接，所述光開關的多個輸出端口與多根光學天線連接，所述2×2光纖合束器的第一輸出端和第二輸出端與平衡光電探測器的輸入端連接，所述平衡光電探測器的輸出端與信號處理電路連接；

其中，