2021年10月17日-20日，2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2021）在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。

　　

　　其中，10月20日中東南部風(fēng)電發(fā)展論壇隆重召開(kāi)。Leosphere SAS研究經(jīng)理梁志出席會(huì)議并演講。

　　

　　梁志：各位風(fēng)電的前輩跟同仁大家上午好，今天我主要介紹一下激光雷達(dá)的前饋控制技術(shù)，激光雷達(dá)大概有十多年的發(fā)展的歷程，最開(kāi)始其實(shí)大家比較熟悉的是主要用在風(fēng)資源里面的可能是300米那種地基的激光雷達(dá)，然后就是它的應(yīng)用，因?yàn)樗侵饕怯脕?lái)取代或者來(lái)作為一種測(cè)風(fēng)的捕測(cè)的手段，得到了很大的發(fā)展。在機(jī)艙雷達(dá)發(fā)展情況下，最開(kāi)始，最多的應(yīng)用其實(shí)是用來(lái)做風(fēng)機(jī)的功率曲線，這樣能測(cè)到風(fēng)機(jī)的來(lái)流。

　　

　　大概三四年左右的時(shí)間，因?yàn)閺S商更多的認(rèn)識(shí)到，其實(shí)我們能提前測(cè)量到來(lái)流，其實(shí)會(huì)更好的能夠提高這個(gè)風(fēng)機(jī)的控制的一些性能。今天的這個(gè)報(bào)告主要分為以下幾個(gè)內(nèi)容，首先就是第二部分的話，首先是介紹一下前饋控制技術(shù)情況，第二部分介紹一下雷達(dá)跟現(xiàn)在的一個(gè)數(shù)據(jù)的算法，后面三項(xiàng)是我們實(shí)際的一個(gè)項(xiàng)目的一個(gè)結(jié)果的一個(gè)情況。首先是第一部分的技術(shù)介紹，首先就是激光雷達(dá)的這個(gè)前饋控制技術(shù)目標(biāo)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的控制算法，它主要是根據(jù)風(fēng)機(jī)的一些，就是它的風(fēng)速，最主要用來(lái)作為判斷風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)跟判斷風(fēng)機(jī)切出的狀況，通過(guò)里面風(fēng)機(jī)的里邊的暖冬四距跟葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行一些動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)，其實(shí)在風(fēng)機(jī)它的這個(gè)控制里面，其實(shí)風(fēng)速參與的程度會(huì)比較少，如果我們?cè)谶@個(gè)里邊加入激光雷達(dá)，其實(shí)我們可以到這個(gè)風(fēng)機(jī)前端的風(fēng)速場(chǎng)，這樣當(dāng)風(fēng)機(jī)，我們可以知道未來(lái)的風(fēng)速的一個(gè)狀況，所以我們風(fēng)機(jī)的控制策略可以提前做一些響應(yīng)。

　　

　　這個(gè)技術(shù)的控制目標(biāo)首先是通過(guò)我們更好知道未來(lái)風(fēng)況的狀況，我們知道品老和載荷，我們知道未來(lái)風(fēng)場(chǎng)變化情況，相當(dāng)于我們風(fēng)機(jī)有一個(gè)導(dǎo)航，相當(dāng)于風(fēng)是一個(gè)什么狀況，可以提高自己風(fēng)的適應(yīng)性。另外因?yàn)檩d荷的降低會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)，這個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)用六米每秒左右的一個(gè)風(fēng)場(chǎng)的場(chǎng)址，我可以放到6.5米甚至7米的場(chǎng)址，對(duì)于風(fēng)能的提高非常顯著。為了達(dá)到控制目標(biāo)，其實(shí)我們需要一些關(guān)鍵的風(fēng)場(chǎng)的一些信息，就比如說(shuō)葉輪平均的風(fēng)速包括風(fēng)向，另外一些極端的風(fēng)控裝，風(fēng)切片的狀況，也是影響的關(guān)鍵因素。

　　

　　在這個(gè)里面，其實(shí)激光雷達(dá)這個(gè)是作為一個(gè)核心的硬件的測(cè)量手段，首先是測(cè)量激光數(shù)上的靜向風(fēng)速，我們可以得到這個(gè)風(fēng)場(chǎng)的一些特質(zhì)，然后在這個(gè)里面，其實(shí)我們因?yàn)轱L(fēng)機(jī)，在實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)，這個(gè)風(fēng)況比較復(fù)雜，所以我們面對(duì)著比較多的一些挑戰(zhàn)。首先對(duì)于來(lái)流的可靠性的估計(jì)跟預(yù)測(cè)，另外就是雷達(dá)測(cè)量的數(shù)據(jù)的有效率包括風(fēng)速測(cè)量的風(fēng)度，另外風(fēng)速狀況，裝在葉片后面的，所以對(duì)于它的這個(gè)遮擋的一個(gè)判斷的話，是需要進(jìn)行一些數(shù)據(jù)剔除的，另外受限制，電腦的一些資源是受到限制，所以我們需要比較好的算法計(jì)算這些風(fēng)參數(shù)的一個(gè)判斷。

　　

　　這個(gè)是因?yàn)槲覀冡槍?duì)現(xiàn)在的這個(gè)控制技術(shù)，所以我們也今年發(fā)出來(lái)了就是風(fēng)素的算法，這樣會(huì)提高各種現(xiàn)在我們面臨的挑戰(zhàn)下面的話，我們會(huì)得到更好的一個(gè)，就是風(fēng)速的一個(gè)信息提供給風(fēng)機(jī)，控制一個(gè)參量。

　　

　　這個(gè)技術(shù)到底是有什么樣的效果呢？首先第一點(diǎn)還載荷降低，它可以降低塔筒的一個(gè)載荷，對(duì)于葉片載荷會(huì)有顯著的降低，另外對(duì)于極限載荷也會(huì)有很大的降低，這是長(zhǎng)期的效果。對(duì)于載荷降低后的效果，所以風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壽命會(huì)得到一定的延長(zhǎng)，這個(gè)故障率包括運(yùn)行成本都會(huì)有所降低。另外就是風(fēng)機(jī)的適用等級(jí)會(huì)提高，包括風(fēng)機(jī)性能也會(huì)得到一些優(yōu)化和評(píng)估。另外比較熱的就是風(fēng)的傳感器，因?yàn)榘惭b在風(fēng)機(jī)后面，就是像機(jī)艙的風(fēng)速，其實(shí)會(huì)受到葉片包括傳感器附近的一些結(jié)構(gòu)部件的影響，所以風(fēng)向的測(cè)量會(huì)存在偏差，所以這個(gè)也是激光雷達(dá)比較好的應(yīng)用方向。

　　

　　現(xiàn)在我們介紹一下激光雷達(dá)的硬件和計(jì)算算法，首先因?yàn)轱L(fēng)場(chǎng)前面的氣流是比較復(fù)雜的，所以我們要得到比較詳盡的信息，我們知道激光光復(fù)，我們可以知道風(fēng)戳的例題效果，我們需要風(fēng)機(jī)前面大概十個(gè)測(cè)量距離把握它的演化過(guò)程，風(fēng)機(jī)前面50到200米是非常關(guān)鍵的一個(gè)區(qū)域，另外我們 需要比較高頻的采樣頻率，能得到更多的數(shù)據(jù)信息。然后另外因?yàn)轱L(fēng)機(jī)它的控制需要比較高的數(shù)據(jù)，所以我們需要一個(gè)很好的一個(gè)數(shù)據(jù)效率包括數(shù)據(jù)的精度。那這個(gè)是硬件的一個(gè)情況。

　　

　　另外軟件，其實(shí)我們需要對(duì)于這些數(shù)據(jù)得到非常能符合風(fēng)場(chǎng)信息的一個(gè)，就是把這個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)提出到我們，提取到我們有用的參量，另外提高數(shù)據(jù)的有效率，也包括進(jìn)一步提升測(cè)量的精度。所以整體的數(shù)據(jù)輸出其實(shí)最終的數(shù)據(jù)輸出，其實(shí)相當(dāng)于在每個(gè)測(cè)量距離我們有結(jié)論的平均風(fēng)速，作為風(fēng)機(jī)的控制信息，其實(shí)我們需要得到風(fēng)機(jī)機(jī)位未來(lái)0到5秒內(nèi)的自由風(fēng)速的一個(gè)判斷，這樣風(fēng)機(jī)可以根據(jù)這個(gè)參量提前做一些響應(yīng)。

　　

　　下面就是簡(jiǎn)單介紹技術(shù)之后我們介紹我們實(shí)際測(cè)試的項(xiàng)目，這個(gè)就是它是開(kāi)始的比較早，然后我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目里面研發(fā)并且驗(yàn)證了我們的數(shù)據(jù)算法，其實(shí)我們這個(gè)數(shù)據(jù)，我們有激光雷達(dá)得到這個(gè)自由流的風(fēng)速的預(yù)測(cè)之后，我們需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量跟它進(jìn)行評(píng)估。我們這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量選擇其實(shí)就是用機(jī)艙的SCADA通過(guò)對(duì)比提出它的控制量，它的效果是怎么樣的。

　　

　　這個(gè)圖是實(shí)際測(cè)量的結(jié)果，左上面這個(gè)圖是，是我們測(cè)量的這個(gè)結(jié)果，然后應(yīng)該藍(lán)色線是SCADA數(shù)據(jù)推測(cè)出來(lái)的風(fēng)速，我們可以看到兩者其實(shí)在這個(gè)值上面會(huì)是，就是它的值系非常接近的，下面這個(gè)我們測(cè)試出來(lái)風(fēng)速情況，那個(gè)對(duì)它的瘋漲會(huì)有影響，所以這個(gè)反映了葉輪前風(fēng)速衰減的情況我們激光雷達(dá)的測(cè)量可以提前這個(gè)風(fēng)場(chǎng)變化的一個(gè)情況這樣就給我們風(fēng)機(jī)的控制，然后提供了一定的時(shí)間差，然后可以實(shí)現(xiàn)控制的效果。

　　

　　下面我們是用，因?yàn)閯偛攀俏覀冇袝r(shí)間序列的這個(gè)分布，然后我們用相干性分析的方法分析這個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性怎么樣的，然后結(jié)果作上面的這四條曲線是SCADA分析出的這個(gè)風(fēng)速，另外三條是它的一個(gè)0到5秒的預(yù)測(cè)風(fēng)速。右下面的圖是我們用相干性分析這幾條時(shí)間序列是怎么樣的吻合程度。這個(gè)效果是比較好的，它與SCADA計(jì)算出來(lái)的吻合度是非常高的，這就是激光雷達(dá)，就是他提供這個(gè)數(shù)據(jù)，然后對(duì)于控制的一個(gè)實(shí)際的價(jià)值。

　　

　　另外一個(gè)項(xiàng)目是我們?cè)谏轿髯龅?，測(cè)試是去年，大概是去年，然后左上邊的這個(gè)是實(shí)際激光雷達(dá)的安裝的一個(gè)示意圖，然后中間的這個(gè)圖是激光雷達(dá)有一個(gè)叫性噪比，這個(gè)是比系統(tǒng)的高的，也表明了測(cè)量期間這個(gè)數(shù)據(jù)的性能是比較好的。另外我們從下面的圖可以看到這個(gè)數(shù)據(jù)有效率的分布是比較好的，然后通過(guò)這個(gè)紅色線是我們最終的，加到算法之后的數(shù)據(jù)輸出，這樣對(duì)風(fēng)機(jī)控制是比較關(guān)鍵的，每個(gè)時(shí)刻有更新的數(shù)據(jù)反饋到他的系統(tǒng)里面，更好的提供控制的一個(gè)參考。

　　

　　這個(gè)就是項(xiàng)目實(shí)際的一個(gè)分布情況，我們可以看到這個(gè)藍(lán)色的線是，纜索的散點(diǎn)是機(jī)艙的風(fēng)速劑提供的信號(hào)，黑色的線是SCADA，他通過(guò)功率算出的時(shí)刻應(yīng)該的一個(gè)風(fēng)速水平，紅色的線是我們，就是五秒鐘之后風(fēng)速情況，這個(gè)紅色的線是明顯有一個(gè)信號(hào)提前，相當(dāng)于這個(gè)風(fēng)機(jī)的SCADA的數(shù)據(jù)，所以這個(gè)就給了我們風(fēng)機(jī)，通過(guò)激光雷達(dá)的這個(gè)自由流風(fēng)速的預(yù)測(cè)，然后給了他一定的時(shí)間，然后讓風(fēng)機(jī)做一定的判斷。

　　

　　通過(guò)這個(gè)圖我們可以看到，因?yàn)槠鋵?shí)機(jī)艙，就是葉片包括機(jī)艙上面的部件，其實(shí)對(duì)于機(jī)艙風(fēng)速儀的影響是比較大的，數(shù)據(jù)離散情況是比較強(qiáng)的，我們風(fēng)機(jī)直接拿這個(gè)作為控制的一個(gè)判斷，其實(shí)它的依據(jù)會(huì)比較，依據(jù)程度會(huì)差一些，激光雷達(dá)在這方面，因?yàn)樗鼫y(cè)量的是風(fēng)機(jī)前方，沒(méi)有受到影響的情況，而且它可以測(cè)量之前的，它可以提前知道這個(gè)風(fēng)速的變化，所以說(shuō)對(duì)于風(fēng)機(jī)的控制會(huì)有一個(gè)非常好的效果。

　　

　　然后我們對(duì)這個(gè)，因?yàn)樗倪@個(gè)時(shí)間的提前量是非常關(guān)鍵的一個(gè)信息，所以我們用了時(shí)間之后相關(guān)的一個(gè)方法。然后我們想半段這個(gè)提前量的一個(gè)精度，然后我們通過(guò)這個(gè)分析之后發(fā)現(xiàn)確實(shí)得到的這個(gè)，就是它的相關(guān)度最高的時(shí)候也是發(fā)動(dòng)在五秒的情況，五秒的風(fēng)速預(yù)測(cè)和實(shí)際數(shù)據(jù)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它的時(shí)間的準(zhǔn)確率還是比較高的。

　　

　　另外是另外一個(gè)項(xiàng)目三的情況，就是我們知道其實(shí)在小風(fēng)的情況下，這個(gè)湍流強(qiáng)度如果它比較高，其實(shí)會(huì)提高風(fēng)極的發(fā)電量，但是風(fēng)機(jī)接近滿(mǎn)發(fā)，因?yàn)橥牧鲝?qiáng)度會(huì)造成這個(gè)氣流的不均勻，然后風(fēng)機(jī)會(huì)作為一些響應(yīng)，它要適應(yīng)這個(gè)湍流，一般功率會(huì)降低，所以湍流對(duì)風(fēng)機(jī)的性質(zhì)有比較強(qiáng)的影響。激光雷達(dá)測(cè)量立體的，空間上的風(fēng)場(chǎng)信息，我們也可以獲得湍流的情況，葉輪所處的空間高度也是比較大的，所以在這個(gè)空間上面，它風(fēng)的一般，風(fēng)速的一個(gè)分布包括它的風(fēng)向分布都是有所變化的，所以風(fēng)切片對(duì)于風(fēng)機(jī)的性能也是比較大的，激光雷達(dá)其實(shí)也可以作為一個(gè)很好的數(shù)據(jù)輸入來(lái)源來(lái)判斷到底風(fēng)場(chǎng)是什么樣的情況，能夠?yàn)轱L(fēng)機(jī)控制提供什么樣的來(lái)源。

　　

　　下面介紹一下結(jié)論，首先這個(gè)激光雷達(dá)的控制技術(shù)還是我們對(duì)未來(lái)有很大的一個(gè)期待的，因?yàn)槲覀冇X(jué)得這個(gè)確實(shí)能提供一些額外的一些信息，來(lái)提高風(fēng)機(jī)的一些發(fā)電量，降低載荷。另外通過(guò)準(zhǔn)確的風(fēng)速，就是風(fēng)速的一個(gè)預(yù)測(cè)，其實(shí)我們也可以給控制這邊提供更好的數(shù)據(jù)來(lái)源。然后其實(shí)我們?cè)趯?shí)際的項(xiàng)目中，也發(fā)現(xiàn)了其中的價(jià)值，然后就是實(shí)際的一些性能評(píng)估，就是我們通過(guò)方針，也通過(guò)我們實(shí)際的，多個(gè)的測(cè)試項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)了實(shí)際的效果還是不錯(cuò)的，另外結(jié)論主要在于我們風(fēng)速的算法，其實(shí)還是有比較顯著的價(jià)值，可以用于風(fēng)機(jī)的前面孔四技術(shù)，自由流楓樹(shù)跟SCADA數(shù)據(jù)還是比較運(yùn)河的，時(shí)間上也是比較一致，在時(shí)間的精度上面其實(shí)這個(gè)已經(jīng)得到了驗(yàn)證，另外我們得到風(fēng)速的切變包括湍流，都是對(duì)風(fēng)機(jī)的控制是一個(gè)比較好的來(lái)源。還是機(jī)艙的風(fēng)速儀和方向標(biāo)，還有構(gòu)件的一些，我們?cè)谖磥?lái)中還是要多做一些工作，然后做一些相關(guān)的，因?yàn)樗鼘?duì)于風(fēng)機(jī)的控制其實(shí)還是有很多關(guān)鍵的因素，所以我們還是希望能多做一些工作，提高在風(fēng)場(chǎng)的適用性的一些情況下更多采用比較新的技術(shù)和新的控制策略，謝謝大家。

　　

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