基于扫描式激光雷达的海上风电机组功率曲线测试方法

为了解决海上风电机组功率曲线测试中测量自由流风速困难的问题,提出了基于扫描式激光雷达进行功率曲线测试的方法,测试时激光雷达安装在风电机组塔底外部平台上,采用PPI(Plane Position Indicator)扫描模式测风,并与电功率的测量保持同步,在功率曲线测试前后通过与参考风速计的对比测试来验证激光雷达的测试一致性。现场试验结果表明:激光雷达与参考风速计在功率曲线测试前后始终保持着良好的相关性,两者相关系数均大于0.98;基于激光雷达的测量功率曲线与保证功率曲线的吻合度较高,且明显优于基于机舱风速计法的测量功率曲线。

扫描式测风激光雷达的风场反演

为了解决扫描式测风激光雷达斜上方空域三维风场分布探测的难题,提出采用多点规则采集、四波束分组结算、多区域融和的方式进行观测区域的风场反演。以速度可控的硬目标作为研究对象,通过比较合成后的风速大小与控制速度的差异验证了该反演方式的有效性。通过设计精度试验,对实际风场进行测量。对雷达测量结果与三维超声波风速风向仪测量数据进行对比,结果表明:采用该风场反演技术对距离400 m内的风场进行推算,风向精度优于5°,风速精度优于2 m/s,能够准确描绘探测区域的风场信息。

海上风电场激光雷达尾流测试分析

针对海上风电场中尾流风速衰减恢复缓慢、影响范围远的特点,为解决目前海上风电场前期规划设计中的机位排布和后期运行优化阶段无法客观评估真实尾流影响大小及范围的问题,设计海上风电场激光雷达尾流测试结合尾流模型对比验证实验。将扫描式激光雷达布放在海上风电机组塔筒基础平台上,采用PPI探测模式获得风电机组尾流数据,根据激光雷达不同俯仰角的PPI扫描数据特点进行尾流模型数据匹配提取和对比分析,实现多模型、不同高度层的数据对比验证和研究分析。结果表明海上风电机组尾流水平风速衰减呈高斯分布,不同高度层和来流风况条件下Park-Gauss模型对尾流风速的预测与实测数据吻合度均较高,对尾流边界的定位准确可靠,可作为大型海上风电场机位排布优化及尾流控制分析的参考尾流模型。

基于全局特征地图的由粗到细点云配准算法

针对现有点云配准算法在非重复扫描式激光雷达上存在精度低、鲁棒性差、通用性差等问题,提出一种基于全局特征地图的由粗到细点云配准算法(CTF-ICP),并实现非重复扫描式激光雷达里程计。该算法利用高斯分布表征局部点云分布,构建全局特征地图。配准阶段包含粗配准和精配准。首先,采用正态分布变换在连续点云帧之间实现帧到帧的粗配准;然后,根据粗配准的结果将当前点云映射到全局特征地图,并将对应位置的全局特征协方差矩阵的特征值进行归一化,实现帧到地图的精配准;最后,将该文算法与其他常用的配准算法进行对比实验。实验结果表明:该文算法能够较好地适应非重复扫描式激光雷达,配准精度和速度比常用的配准算法都有明显提升;同时,消融实验证明了由粗到细的点云配准算法以及全局特征地图的有效性。