法国雷奥飞公司梁志：扫描式多普勒激光雷达在风电行业内的实际应用及算法进展
2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。
“风能综合技术研究”分论坛于10月18日上午召开。法国雷奥飞公司高级科学顾问梁志发表了题为“扫描式多普勒激光雷达在风电行业内的实际应用及算法进展”的主旨演讲。
以下为演讲实录：
梁志：在风电的前期工作，最重要的专业，不确定性是非常大的，而且对于后期的影响也是非常的多的，现在激光雷达作为风资源评估的手段，最近几年在国内的应用其实是比较火的，然后有很多厂商在很多的应用上面也都有很多的一些，现在有些产品和结果，我就最近在想这件事情，也把想到的扫描式的，扫描式仪器的设置，和扫描方式，自由一些，操作会更加多，所以针对这种情况的话，我专门把扫描式的激光雷达做了一个梳理，结果跟大家讨论一下。跟大家有一个汇报。
分成两部分，第一部分首先是激光雷达的技术的一个简介，后面重要的第二部分，针对三个方面的案例做的一些分析。
现在就来简单介绍一下技术背景，首先大家都知道激光雷达的话，它首先是脉冲式的，后向散射，能够计算出风速是基本的原理，这个大家要有了解的话，对这个原理应该是比较熟悉的。
这个是它的产品的一个架构图，为什么是扫描雷达而不是普通区别于垂直的那种雷达，它有两个马达，扫描上有两个机械马达，两个马达通过镜面反射，光束发射到空间任意方位，可以实现扫描的方式，这是它的一个仪器实践的原理。里边最重要的扫描模式，就是我可以通过这样的激光不间断的扫描，可以得到这个平面上面的风速的分布，这样的话我们可以实现我们的测量，尤其是在风电领域的一些应用。
首先这个数据的话，我们得到数据之后，首先我们要进行数据的一些判断，这个判断主要是通过里面的信噪比判断的，扫描雷达测出一个平面上所有数据的分布，这个分布的话在这些每个点上面信号的强度，就它的信噪比够强的话，说明这个信号是有用的，所有激光雷达做数据分析最重要的一个东西。上面就是简单的一个背景的介绍。下面主要是案例，主要还是风资源评估了，这是最重要的方面。
在海上的话，最近是比较重要的，然后通过，这是我们用雷达测量的一个动因，因为在海上大家都知道风速分布是有梯度的，离岸边越近梯度是非常大的，。激光雷达可以给模式提供一个验证的一个方式，所以这就是我们的一个最重要的动因，也是扫描雷达很好的应用。有助于项目的决策，提高一些布局。不同于单点的我们模式的那种单点风速的测量，我们主要目的还是测量整个平面上的分布。这个是当时的项目，这是参与各方，我们参与的时候，主要是提供了设备，然后有两台扫描雷达，三台侧视雷达。对于扫描雷达我们有一些单台的跟多台的算法，单台因为用一个平面上来扫描，扫描的时候，用它自己的扫描会得到一些结果，多台的话，两台通过不同方式来扫描同一个位置上面的风速，因为你信号，你的量会比较多，这样你会得到你的算法里边输入信息会变多，测量的是静向风速，再反演你会得出来信息量比较大，有一个缺点第一你用两台设备成本会变高，第二数据匹配的时候你有一些，因为你两个在不同扫描，匹配程度会比较复杂，两种的算法实现的方式。
当时项目简单的一个介绍，这个就是在英格兰的场地，它有一些灯塔，它里边有海上的一个浮标，可以作为海上点，我们可以放垂直雷达来得到这个信息。这就是小的垂直雷达，就是我们放在了白色的点上面，这三个位置上面。扫描雷达放在这个上面，这个红色橙色的点，我们关注的这个区域上面，我们想通过这个测量，然后能分析到项目在这片区域上空间上的分布。在我们的算法里，这个所有的设备，我们四个月的，我们的模式的话，设置的是，我们设置的第一开始讲的，水平的那种扫描模式，我们有两台雷达，右下图的话，你有两台雷达扫出来不同的分布结构，两个PPI的扫描，水平扫描，刚才说的那个放垂直雷达的地方，我们多加了一次RHR的扫描，两台雷达可以同时测量垂直上面高度上面风速的分布。现场的一些安装的状态就不说了，对于雷达扫描式的激光雷达的话，首先因为你扫的距离比较远，十公里6公里会远一些，这样的话雷达光束的方位是很关键的，如何来标定这个方位就是很关键的问题，常用的，烟头灯塔比较大的障碍物，我们用它来标定，我们通过这种设计的扫描模式，扫描的时候，你会设不同的角度，有一些信噪比，通过轮廓你可以找到它的位置所在，通过位置所在，知道雷达到底扫描的方位在那，这个很关键，测量哪里的风速，有轻微的变化有很大影响，所以这是很关键的事情。
这是对比的一个情况，这就不详细说了，这是当时的一个结果，首先上面这个图是静向的风速，推演，把它的静向风速跟垂直雷达测出的风速进行对比，得到一些数据对比情况，下面是单台和多台的情况，这个图的展示详细的情况不多介绍了，说明这个的数据的相关性还是比较好的能到0.99左右。
结论大概就是通过扫描雷达，通过实验也证明了扫描雷达在风资源评估的时候是可靠的。下面就是扫描雷达在风机后市场的应用比较多，在于尾流的测量，尾流的上面主要通过扫描雷达可以测量到平面上的风速，通过平面上的风速得到风机尾流后面的区域，这个是法国的项目，在法国这个项目中间的项目的风机是一排的，通过在前后两边加了扫描式的雷达，后面的雷达在1.5公里的那个位置上面，通过这个扫描得出来在不同的风向下，尾流的变化的情况，对咱们这个风资源这一块的机位的布置，包括一些优化实际的一些衰减，分析的结果都会起到一定的作用。简单的一个结果了，大家可以看到在右上边那个图里面可以看到一条，一个扫描面的，大概时间会是15秒左右，扫出这么一个结果，通过这个结果的话，把雷达放在后面，这样扫描雷达可以反应出来尾流的情况。
通过这个分析不同界面上的数据，尾流有多宽，有多深，这种里面的情况就会比较直观，功率曲线后市场里面很重要的方向，简单的说，因为在陆地上这个事情是很容易实现的，海上很少找到基础，机舱雷达，放在机仓上，扫描雷达来测风机前面的位置，这样可以得到来留的信息，首先第一个问题就是，到底来流我们每一台测的，扫描式的雷达来测是不是一致的，风场里面我们找到了两个不同位置的风机，没有干扰的情况下，看看两个功率检测情况怎么样，证明是可以闭合的不会有一些设备本身的问题，这是它的结果，说明两个功率曲线风机测出来的结果是没有问题的，这个仪器不会因为你测量风机，不会因为风机的差异产生很大的区别。
这就是它的一个精度，所有的测量我们都要提到精度，没有精度测量是没有意义的，所以在这个丹麦的结果里面，有三个月的实验，证明扫描雷达在风机风力曲线测试是没有问题的，谢谢大家，内容是讲完了，主要总结一下其实扫描雷达在风电里面，比较主流的一些应用第一就是做资源评估，第二是测尾流，第三测功率曲线。我们在W2有展位，有问题大家可以交流，谢谢主持人。
