一种风廓线监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风廓线监测方法及系统，方法包括：设置激光测风雷达和风廓线雷达的探测波束的仰角和距离分辨率；控制激光测风雷达与风廓线雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据；根据所获取的各径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速；根据若干高度层的水平风速与垂直风速合成径向风速廓线。本发明专利技术通过对激光测风雷达的垂直分层设置，结合风廓线雷达进行协同扫描，解决了风廓线监测过程中垂直探测能力受限的问题，满足对风廓线监测的精细化监控需求。测的精细化监控需求。测的精细化监控需求。

【技术实现步骤摘要】
一种风廓线监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及高空风能捕获领域，尤其涉及一种风廓线监测方法及系统。

技术介绍

[0002]大气中蕴含着丰富的高空风能，且风向稳定、间歇小，尤其在风力发电领域，高空风能具备持续开发的潜力与价值，因此高空风能捕获技术也越来越受到关注，而在高空风能捕获中，经常需要对风能捕获装置运行高度范围的风速、风向及垂直速度变化情况进行实时监测，即需要获取具备垂直风速的更为精细的风廓线。
[0003]现有的风廓线监测技术主要利用单独的风廓线雷达进行监测，风廓线雷达向空中发射波束，通过雷达回波信号(径向速度)推算不同高度层上的水平风速、风向，但是由于风廓线雷达所采用的电磁波长在厘米量级，受到波长限制，在100米以下的低空区域存在一定的探测盲区，无法获取数据，而系留装置在初始升空或紧急回收过程中会进入该高度范围，因此单独的风廓线雷达无法保证全高度范围的监测需要，另外，由于风廓线雷达电磁波长的限制，单独的风廓线雷达在垂直方向上的分辨率通常在50～100米，故无法获取更细的垂直分层数据，因此难以满足高空风能发电系统运行期间姿态控制对精细风廓线的需求。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种风廓线监测方法及系统，解决风廓线监测过程中垂直探测能力受限的问题，满足对风廓线监测的精细化监控需求。
[0005]本专利技术实施例提供一种风廓线监测方法，包括：
[0006]设置激光测风雷达和风廓线雷达的探测波束的仰角和距离分辨率；
[0007]控制激光测风雷达与风廓线雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据；
[0008]根据所获取的各径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速；
[0009]根据若干高度层的水平风速与垂直风速合成径向风速廓线。
[0010]进一步地，控制激光测风雷达与风廓线雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据，具体包括：
[0011]控制激光测风雷达和风廓线雷达按所设置的非垂直的仰角，以垂直天顶的方向为轴进行旋转，并在旋转的过程中以固定旋转角逐次发射非垂直探测波束，并根据所返回的各非垂直探测波束，提取每一非垂直探测波束所对应的各第一径向风速数据；
[0012]控制激光测风雷达和风廓线雷达沿垂直天顶的方向发射一束垂直探测波束，并根据所返回的垂直探测波束，提取各第二径向风速数据。
[0013]进一步地，根据各返回的探测波束，提取每一探测波束下各径向风速数据所对应的信噪比；
[0014]进一步地，所述根据所获取的各径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速，包括：
[0015]将各径向风速数据所对应的信噪比与预设信噪比阈值进行比对，将信噪大于或等于所述预设信噪比阈值的径向风速数据作为有效径向风速数据；
[0016]根据各有效径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速。
[0017]进一步地，所述根据各有效径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速，具体包括：
[0018]当同一高度层的第二径向风速数据以及各第一径向风速数据均为有效径向风速数据时，对该高度层的所有第一径向风速数据，进行水平风速的矢量合成运算，得到该高度层的水平风速；将该高度层的第二径向风速数据，作为该高度层的垂直风速；
[0019]当同一高度层的各第一径向风速数据均为有效径向风速数据且第二径向风速数据不为有效径向风速数据时，对该高度层的所有第一径向风速数据，进行水平风速的矢量合成运算，得到该高度层的水平风速；将所有第一径向风速数据进行均值运算，根据均值运算的结果以及非垂直探测波束的仰角计算该高度层的垂直风速。
[0020]进一步地，所述根据若干高度层的水平风速与垂直风速合成径向风速廓线，具体包括：
[0021]当一高度层的水平风速包括激光测风雷达与风廓线雷达所对应的水平风速时，将激光测风雷达所对应的水平风速作为该高度层的待合成水平风速；
[0022]当一高度层的水平风速为激光测风雷达或风廓线雷达任意一雷达所对应的水平风速时，将该高度层的水平风速作为待合成水平风速；
[0023]当一高度层的垂直风速包括激光测风雷达与风廓线雷达所对应的垂直风速时，将激光测风雷达所对应的垂直风速作为该高度层的待合成垂直风速；
[0024]当一高度层的垂直风速为激光测风雷达或风廓线雷达任意一雷达所对应的垂直风速时，将该高度层的垂直风速作为待合成垂直风速；
[0025]根据各高度层的待合成水平风速和待合成垂直风速合成径向风速廓线。
[0026]进一步地，当一高度层的水平风速与垂直风速缺测时，
[0027]以该高度层的探测时间点前后固定时长作为时间平均窗口，计算所述时间平均窗口的总时长和存在水平风速与垂直风速的分时长，
[0028]当所述分时长大于总时长的一半时，
[0029]对该分时长内的水平风速进行均值运算，获得该高度层的平均水平风速，作为待合成水平风速；
[0030]对该分时长内的垂直风速进行均值运算，获得该高度层的平均垂直风速，作为待合成垂直风速。
[0031]进一步地，还包括：
[0032]当一高度层的径向风速廓线数据缺测，且其上高度层和下高度层均存在合成径向风速廓线数据时，根据线性插值法对所述上下高度层的合成径向风速廓线数据进行计算，得到缺测的径向风速廓线数据；
[0033]当一高度层的径向风速廓线数据缺测，且其上或下连续多个高度层不存在合成径向风速廓线数据时，根据该高度层前一个时间平均窗口的合成径向风速廓线数据进行插补
运算，得到缺测的径向风速廓线数据；
[0034]根据所述得到的缺测径向风速廓线数据对合成径向风速廓线进行优化。
[0035]本专利技术实施例还提供了一种风廓线监测系统，包括：主控服务器，激光测风雷达工控机、风廓线雷达工控机，
[0036]所述主控服务器，用于发送设置指令至激光测风雷达工控机和风廓线雷达工控机；
[0037]所述激光测风雷达工控机，用于在接收设置指令后，根据设置指令设置激光测风雷达的探测波束的仰角和距离分辨率；
[0038]所述风廓线雷达工控机，用于在接收设置指令后，根据设置指令设置激光测风雷达的探测波束的仰角和距离分辨率；
[0039]所述主控服务器，还用于发送发射指令到激光测风雷达工控机和风廓线雷达工控机；
[0040]所述激光测风雷达工控机，还用于在接收发送指令后，根据发送指令控制激光测风雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据，继而将各径向风速数据传输至主控服务器；
[0041]所述风廓线雷达工控机，还用于在接收发送指令后，根据发送指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风廓线监测方法，其特征在于，包括：设置激光测风雷达和风廓线雷达的探测波束的仰角和距离分辨率；控制激光测风雷达与风廓线雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据；根据所获取的各径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速；根据若干高度层的水平风速与垂直风速合成径向风速廓线。2.根据权利要求1所述的一种风廓线监测方法，其特征在于，控制激光测风雷达与风廓线雷达按照设置的仰角和距离分辨率沿多个方向发射探测波束，并根据各返回的探测波束提取每一探测波束所对应的各径向风速数据，具体包括：控制激光测风雷达和风廓线雷达按所设置的非垂直的仰角，以垂直天顶的方向为轴进行旋转，并在旋转的过程中以固定旋转角逐次发射非垂直探测波束，并根据所返回的各非垂直探测波束，提取每一非垂直探测波束所对应的各第一径向风速数据；控制激光测风雷达和风廓线雷达沿垂直天顶的方向发射一束垂直探测波束，并根据所返回的垂直探测波束，提取各第二径向风速数据。3.根据权利要求2所述的一种风廓线监测方法，其特征在于，还包括：根据各返回的探测波束，提取每一探测波束下各径向风速数据所对应的信噪比；所述根据所获取的各径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速，包括：将各径向风速数据所对应的信噪比与预设信噪比阈值进行比对，将信噪大于或等于所述预设信噪比阈值的径向风速数据作为有效径向风速数据；根据各有效径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速。4.根据权利要求3所述的一种风廓线监测方法，其特征在于，所述根据各有效径向风速数据进行反演，得到各个高度层的水平风速与垂直风速，具体包括：当同一高度层的第二径向风速数据以及各第一径向风速数据均为有效径向风速数据时，对该高度层的所有第一径向风速数据，进行水平风速的矢量合成运算，得到该高度层的水平风速；将该高度层的第二径向风速数据，作为该高度层的垂直风速；当同一高度层的各第一径向风速数据均为有效径向风速数据且第二径向风速数据不为有效径向风速数据时，对该高度层的所有第一径向风速数据，进行水平风速的矢量合成运算，得到该高度层的水平风速；将所有第一径向风速数据进行均值运算，根据均值运算的结果以及非垂直探测波束的仰角计算该高度层的垂直风速。5.根据权利要求4所述的一种风廓线监测方法，其特征在于，根据若干高度层的水平风速与垂直风速合成径向风速廓线，具体包括：当一高度层的水平风速包括激光测风雷达与风廓线雷达所对应的水平风速时，将激光测风雷达所对应的水平风速作为该高度层的待合成水平风速；当一高度层的水平风速为激光测风雷达或风廓线雷达任意一雷达所对应的水平风速时，将该高度层的水平风速作为待合成水平风速；当一高度层的垂直风速包括激光测风雷达与风廓线...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡彦枫，徐晓燕，石韬，周冰，汤东升，何航，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：