【6/2更新】提前15秒感知到风！风电机组多发1亿度电量，咋做到的？

风是风电发展中最重要的环节，也是风电项目中最大的不确定因素，它影响风力发电机组的设计成本，决定风电机组的最终运行状况。因而准确地捕捉风况，从而为风机的运行提供有效的参考至关重要。

为了提升了风机风电机组对前方风场的感知能力，将机载式激光雷达与独立变桨、前馈控制等智能控制策略相结合，让风电机组从对风迟滞局部的感知进化到预先精准的探测，从而达到降低机组载荷和度电成本的目的。

三年前，33台风力发电机出现在云南曲靖远离城镇的群山中，这里的风，每年可以生产出接近1.2亿度的电能。

现在，智能风电工程师赵树椿带领团队再次来到这里，要用一种新的技术，让这些风力发电机每年再多发电600万度以上。现有的风机顶部有风速仪和风向仪，只有风吹动仪器之后，笨重的风机才能感知到风，并开始有目标地调整姿态，大量的有效发电时间被浪费在这个过程当中。

赵树椿给风机安装的激光多普勒雷达，能提前15秒钟感知到风。安装激光雷达半年之后，与去年的同期数据相比，风场发电量增加了300万度。按照这个趋势，在这片风场剩余的17年生命周期里，将多发电超过1亿度。

激光雷达测风方式为非接触测量，犹如为风机装上了观测风速的眼睛，可以主动测量距离机组前一定范围的风速，不受气动外形和尾流的影响，测量精度高。精准的测量结果与连续的趋势变化感知对机组的主动控制有相当大的指导意义。

目前投入应用的机载式激光雷达属于相干激光雷达，根据相关光系统可细分为连续波雷达和脉冲雷达，两者的基本工作原理上是一致的。当相干光束照射到空气中的气溶胶颗粒，一部分光会被气溶胶颗粒散射而产生回波。根据多普勒原理，气溶胶颗粒沿相关光束方向的运动会导致回波的频率变化，如下式所示：

上式中，c 代表光速， Vlos是气溶胶颗粒沿相关光光束方向的运动速度，ν和λ分别代表激光束的频率和波长，δν是回波信号的频移。根据多普勒原理，回波信号的频移是正比于气溶胶颗粒运动速度（风速）的。在机载式激光雷达内部，回波光束和本机振荡器（参考光束）在光电探测器内进行拍频处理，光电探测器的输出再经过模数转换，在工控机内进行频谱处理等数字调解方法，最终获得风速风向等信息。

在云南的另一片山地，一个全新智能风电场的开发即将开始。他们借助一台测绘无人机，在数以万计的预定位置上拍摄照片，加上海量的历史气象数据，一个数字化风场，快速出现在电脑上。数字技术，使风电场的建设周期缩短15%以上。收集到的精细数据，还可以快速规划出最优的风机布局，发电量也将大幅提高。

随着我国风电行业的持续发展，高功率大叶片机组伴随着复杂地形带来的复杂风况，给风机的载荷、寿命和发电量都带来了不小的挑战。通过引入机载式激光雷达，并与智能控制策略有机结合，大大提高了机组的技术先进性，给机组带来多层级的感知能力。

2020年底，中国政府已经宣布，要用十年的时间，将中国的风能、太阳能总装机容量提升到12亿千瓦，前沿的数字技术，将推动中国率先成为发展可再生能源利用上的典范国家。

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