[发明专利]风矢量场测量系统

说明书

本发明涉及一种三维风矢量场测量系统，其采用会聚波束来进行局部速度测量，从而实现在整个延伸空间区中的风场的映图。所述系统是浮标式的，以允许在海上环境中进行测量。会聚波束的使用实现了复杂场特征的表征、用于风力涡轮机的先进控制和保护系统、改进的风力采集、勘探和设备选择。

技术领域

本发明描述风矢量场测量系统，且具体地，应用于例如可再生能源等领域中的流场测量的新系统和方法。

背景技术

风力涡轮机对于所属领域的技术人员来说是熟知的。风力涡轮机可具有垂直旋转轴或水平旋转轴。在本文中，风力涡轮机还指代其中出于泵送或压缩流体的目的而采用转矩的风泵或压缩机。流体可以是液体或气体。应了解，风力涡轮机可安装在陆地上，被称作陆上风力涡轮机，或可安装在海上，被称作海上风力涡轮机。

海上风力涡轮机可部署在内陆湖以及浅海或深海中。海上风力涡轮机可具有浮式地基或固定地基。浮式地基可被系栓。已知各种类型的地基，包括但不限于被打入海床中的桩、重力地基、导管架和网格结构。过渡件可连接地基和风力涡轮机塔架底座。可在所述构造中使用各种材料，包括但不限于钢。风力涡轮机可以并入有能量存储装置，也可以不并入有能量存储装置。风力涡轮机可将电力汇出到传输或配电网。替代地，可在局部电网内直接采用来自风力涡轮机的电力，所述局部电网也被称作电网岛(grid island)。

激光雷达(LIDAR)对于所属领域的技术人员来说是熟知的。声纳(SONAR)、声雷达(SODAR)和雷达(RADAR)对于所属领域的技术人员来说也是熟知的。多普勒效应以及测量、估计或计算径向速度分量的方法对于所属领域的技术人员来说也是熟知的。

气象桅杆对于所属领域的技术人员来说是熟知的。在风力行业中已使用气象桅杆从以各种高度安装的点测量仪器收集风力数据。已经使用基于地面的激光雷达和基于浮标的激光雷达作为部署气象桅杆的替代方案。激光雷达被视为有利的，这是因为其较易于实现在较高高度下测量，而在行业中采用的物理气象桅杆因为风力涡轮机较大而尺寸特大。由于桅杆和其悬臂结构的遮蔽效应，安装在气象桅杆(也被称作“met桅杆”)上的仪器受困于测量误差，而激光雷达被视为非侵入式远程感测测量技术。

然而，风力行业所使用的激光雷达采用发散波束，这意味着从大范围分离的不同空间点合成不同速度分量，尤其在最高高度。因此，将此类分量合成给定高度处的风速矢量代表的是大体积上的平均风速，或者代表在整个所述大体积中均匀流动的假设。

对于表征湍流和湍流强度而言，使用发散激光雷达波束尤其成问题。风力涡轮机等级指代通过例如通常安装在气象桅杆上的点仪测量到的湍流强度。本发明的益处是确保激光雷达测量体积的定位，使其接近点仪。这实现了湍流强度的局部测量。

旨在以在所选测量点处彼此相交的会聚波束的使用使得能够测量许多其它风场特性，例如传统上从桅杆式点状风速计或风向标仪器中导出的风转向和风切变。

发明内容

会聚波束多普勒速度测量的新系统实现了先进的控制、改进的能源采集、先进的保护系统、改进的勘探和改进的设备选择。

本发明描述一种实现复杂场特性的映图(map)表征的三维矢量场测量系统。本发明实现了先进的控制和保护系统。本发明还实现了改进的采集。本发明还实现了改进的勘探。本发明还实现了改进的设备选择。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在测量地点处测量矢量场的测量系统，包括：浮动浮标；

多个波束收发器，其安装在浮动浮标上以用于发射波束并接收反射或散射的波束，且被布置成使得通过波束收发器发射的波束在测量地点处相交。