[實用新型]采用變頻激光測風雷達的測風系統

有效

• 申請號: 201720034808.0
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN206684302U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 蔡濤
• 申請（專利權）人: 杭州賽尤企業管理咨詢有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 沈敏強

技術領域

本實用新型涉及一種采用變頻激光測風雷達的測風系統。適用于風力發電領域。

背景技術

風能是一種永不枯竭的可再生清潔能源，利用風力發電可以減少環境污染，節省石油、煤炭等常規能源的消耗。因此，世界各國越來越重視利用風力來發電，開發新能源。

風力發電機的控制一直是采用風力發電機上安裝的風速風向儀及其風機的功率與扭矩來控制風力發電機的槳葉角度及轉速，由于風速風向儀是安裝在風力發電機的風輪的后面，所以測量到的風速與風向是在風吹到風輪之后才能測量到，風楞的功率與扭矩也是風吹到風輪后，在槳葉上形成升力，推動風力發電機的風輪轉速提升和扭矩增大。所以所有的控制的信號，相對于風來說是發生了之后才檢測到，是“后知后覺”，是后向反饋。這種控制，對于控制信號在現代控制里常用PID控制來“預測”信號的變化趨勢，來盡可能地降低外部信號的擾動產生的系統最大值，對于風機來說就是風機的載荷。但是自然界的風在以秒為單位的時間內的變化是沒有任何規律的，所以PID的控制只是能盡快地將產生的最大載荷降下來，而不能避免最大載荷的產生。

激光雷達的產生使這種傳統的風力發電機的后向反饋控制有了一個革命性的變化。因為激光雷達可以風機的前方打出幾十米的距離，可以測量到風輪前幾十米處的風速，真實地預見到在幾秒后將吹到風機風輪的風的大小與方向，這時風機的控制器可以根據這個測量到的信息，提前讓風機的槳葉、轉速、扭矩進行相應的變化，使風機以最優的運行參數來迎接風，這是所謂的“前饋控制”。這個技術將是風力發電機控制技術的一個革命性的進步。

但是，機艙安裝的激光測風雷達在風力發電機上使用時，激光測風雷達是安裝于風力發電機風輪后部的機艙頂上，并以一定角度水平向前交替射出兩束激光束。當風力發電機的三片槳葉轉動時當經過激光測風雷達的激光束時，會對激光束產生遮擋，在遮擋期間，激光測風雷達測量的數據是無效的，只有在激光束從兩片槳葉的中間的空隙中穿過時，激光測風雷達的測量的數據才是有效的。

由于應用于實時控制的激光雷達必須實時地向風力發電機傳送前方的風速數據，否則風力機控制不能及時地收到風速數據，會導致控制不及時，而對風機運行造成風險或不能使風機運行在最佳狀態。目前的激光雷達都是以固定的激光束切換頻率，兩束激光束以固定的時間間隔交替地向前方射出激光束，計算機模擬計算及現場實際的運行數據都表明，這種激光雷達在風機上進行測量時，數據被阻擋的概率在20-30％，數據的有效率通常只有60-85％(激光雷達采用了一些算法來過濾與處理被遮擋的時間的數據，但由于風力發電機的槳葉的轉速是變化的，最惡劣的情況下，激光雷達的數據有效率會很低)，在極端的情況下，這個數據有效率甚至會降到20％以下。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種結構簡單、成本較低的采用變切換頻率的激光測風雷達的測風系統，以使激光測風雷達的兩束激光束始終從槳葉中間的空隙處穿過而不被遮擋，提高激光測風雷達所測數據的有效性。

本實用新型所采用的技術方案是：一種采用變頻激光雷達的測風系統，其特征在于包括：

轉速傳感器，安裝于風力發電機轉動軸上，用于獲取葉輪轉速信息；

槳葉位置傳感器，用于監測風力發電機葉輪上的槳葉是否到達指定位置；

激光測風雷達，安裝于風力發電機電機機艙頂上，以一定夾角向風力發電機前方交替發射激光束A和激光束B；

雷達控制器，與所述轉速傳感器、槳葉位置傳感器和激光測風雷達電路連接；

雷達控制器獲取轉速傳感器測得的轉速信息，獲取槳葉位置傳感器的槳葉位置信息和監測信號，并根據轉速信息控制激光測風雷達交替發射激光束A和激光束B的交替周期Fn；根據槳葉位置信息、監測信號和轉速信息控制激光測風雷達交替發射激光束A和激光束B的發射切換時間點。

所述槳葉位置傳感器包括信號發射裝置和信號接收裝置，其中信號發射裝置固定安裝于風力發電機槳葉/風輪上，隨風輪一起轉動，所述信號接收裝置固定安裝于風力發電機電機機艙上；

當且僅當槳葉轉動到指定位置時，槳葉上信號發射裝置發射端與風力發電機電機機艙上的信號接收裝置對準，信號接收裝置接收到信號發射裝置發出的信號。

所述槳葉位置傳感器為旋轉編碼器。編碼器可以準確地指示槳葉所處的位置。

所述槳葉位置傳感器為所述激光測風雷達和所述雷達控制器；