風(fēng)機處在難以捉摸的風(fēng)況中，所承受的負載也充滿了隨機性，這給風(fēng)機的載荷設(shè)計帶來了很大的不確定性，工程師們往往采用“過設(shè)計”的方法來補償風(fēng)的不確定度，這也是風(fēng)電價格居高不下的一大原因。而激光雷達測風(fēng)設(shè)備，恰恰將這隨機性轉(zhuǎn)化為確定性，實時掌握這些確定的風(fēng)況信息，就能顛覆傳統(tǒng)的設(shè)計思路，突破傳統(tǒng)桎梏，重新定義風(fēng)機的度電成本。

 

 

　　目前業(yè)界普遍認(rèn)為，機載測風(fēng)雷達是最具有應(yīng)用前景的未來發(fā)展方向，將激光雷達安裝在機艙頂部或者輪轂中心，可以使得雷達測得的風(fēng)速始終是主風(fēng)向來流，對于風(fēng)機所承受的風(fēng)況信息更有代表性。

 

　　那么，雷達如何降低風(fēng)機的度電成本？掌握了風(fēng)況信息又有什么用？其實，風(fēng)機的成本取決于風(fēng)機所能承受的載荷大小，而且同樣的風(fēng)況，不同控制策略可使載荷可大可小，發(fā)電性能也是可高可低。換言之，風(fēng)機的性能和載荷很大一部分是由風(fēng)機的控制系統(tǒng)決定的，所以控制系統(tǒng)的好壞很大程度上就決定了風(fēng)機的度電成本的高低。

 

 

　　控制系統(tǒng)要做到載荷和發(fā)電性能的最優(yōu)平衡，就要準(zhǔn)確地知曉風(fēng)況。而傳統(tǒng)風(fēng)機上一般只標(biāo)配風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)作為測風(fēng)設(shè)備，由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)造成的旋流和擾流影響，風(fēng)速儀測得的風(fēng)速受到強烈的干擾，無法作為風(fēng)況信息的準(zhǔn)確參考，風(fēng)向標(biāo)的測量值也同樣是飄忽不定的。還有就是當(dāng)風(fēng)機遇到極限草帽風(fēng)，而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)又無能為力時的那種無奈感，哪怕是提前1秒變槳都能大幅度降低載荷。這些痛點，相信業(yè)內(nèi)的工程師們肯定深有體會。如果采用機載激光雷達，通過激光焦距調(diào)整不但能夠精確測風(fēng)，還能讓控制系統(tǒng)提前幾秒預(yù)知風(fēng)況信息，就從本質(zhì)上解決了原有控制策略的缺陷，以降低風(fēng)機的載荷來降低風(fēng)機的度電成本。

 

 

　　研究表明，通過激光雷達反饋信息配合智能控制策略，可以大幅降低風(fēng)機疲勞載荷5%-10%以上，如圖所示，不同部件有不同的降載效果。同時對于極限載荷，激光雷達更有立竿見影的效果，在能保證雷達可靠性的前提下，可達到10%-20%的極限載荷降低。如圖所示案例，在極限草帽風(fēng)下，雷達輔助控制使得風(fēng)機提前2-3秒變槳，保證風(fēng)機穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)乇苓^極限陣風(fēng)，在保證載荷的情況下也保證了發(fā)電量。

 

　　其實不僅僅是載荷，反饋信息配合智能控制算法還可以優(yōu)化風(fēng)機的動態(tài)風(fēng)能捕獲響應(yīng)和偏航規(guī)劃，還可能提升發(fā)電量1%左右，更不要提修正偏航誤差挽回的可能高達5%的發(fā)電量損失了。綜上，雷達輔助控制可以大幅降低風(fēng)機成本5%-10%。

 

 

　　隨著中國風(fēng)電行業(yè)的持續(xù)深入，風(fēng)機應(yīng)用呈現(xiàn)了山地化和向低風(fēng)速區(qū)域轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢。復(fù)雜地形所帶來的復(fù)雜風(fēng)況，其不確定性更加超出了平地風(fēng)況，不確定性引發(fā)的小概率極限風(fēng)況，給風(fēng)機的強度、壽命以及發(fā)電性能帶來很大的危害。

 

　　而在低風(fēng)速區(qū)域，即使再小的年平均風(fēng)速，還是有概率碰到極限陣風(fēng)，風(fēng)機設(shè)計時仍然要考慮承受住這些極限風(fēng)況帶來的極限載荷。這些小概率事件的不確定性，也給風(fēng)機的成本帶來了額外的負擔(dān)。

 

　　在這些應(yīng)用環(huán)境下，傳統(tǒng)的風(fēng)機設(shè)計方法會使得工程師們?yōu)榱丝紤]一個極小概率的惡劣風(fēng)況而大幅增加成本，而這與低風(fēng)速風(fēng)機設(shè)計的理念背道而馳。這種顧此失彼的局面也完全可以用激光雷達配合先進的智能控制來克服，使得低風(fēng)速風(fēng)機的適應(yīng)性更廣、成本更優(yōu)。