[发明专利]一种高空风能资源测量装置及方法

说明书

本发明公开一种高空风能资源测量装置及方法。测量装置包括：氦气艇、系留绳索、地面绞盘、传感器组件和数据传输模块；测量方法通过建立高空氦气艇多个运动状态对应的力学模型，获取对应的风速风向测量公式；对系留绳索进行微元力学分析，确定系留氦气艇的位置信息、高空系留点处拉力及海拔信息之间的转换关系，获取氦气艇在有风静止状态下的风速数据的多种测量方案；针对因气艇运动与实际大气运动之间的差异、系留气艇的姿态角等因素导致的风速的测量误差，提出误差修正方法，完善所述风速风向测量公式。最终根据实时采集的氦气艇的运动状态信息和所述风速风向测量公式，测量高空实时的风力资源信息。

技术领域

本发明涉及风能领域，特别是涉及一种高空风能资源测量装置及方法。

背景技术

风力发电作为一种获取能源的有效途径，与传统的化石能源发电方式相比，在时空特性上具有强随机性，因此，风能资源的准确测量与评估十分重要。

在高空风能资源的测量过程中，现有技术主要包括测风塔及轨迹测风法。测风塔因其建设成本高、周期长、建成后无法二次移动、无法满足突发性监测需求以及监测高度有限等缺陷，逐渐被以高空氦气艇为核心的轨迹测风法所取代。但是由于对氦气艇的运动轨迹的不完全跟踪、氦气艇的运动与实际大气的运动之间的差异等问题，轨迹测风法的测量误差较大，精确度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高风能资源测量方法的精确度的高空风能资源测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高空风能资源测量装置，所述测量装置包括：氦气艇、系留绳索、地面绞盘、传感器组件和数据传输模块；

所述传感器组件设置在所述氦气艇上，所述氦气艇将所述传感器组件升至指定高度的空中；

所述地面绞盘设置在地面上，所述系留绳索的一端固定在所述地面绞盘上，所述系留绳索的另一端与所述氦气艇连接；

所述传感器组件包括万向拉力传感器、温湿度传感器、气压传感器、三轴加速度传感器、电子罗盘及北斗定位传感器，用于采集所述氦气艇在空中的运动状态信息；

所述数据传输模块与所述传感器组件连接，所述传感器组件用于将所述氦气艇在空中的运动状态信息发送至所述数据传输模块。

一种高空风能资源测量方法，所述测量方法应用于上述测量装置，所述测量方法包括：

建立高空中所述氦气艇的多个运动模型，获得多个运动状态模型对应的力学模型；

获取多个所述力学模型下的风速风向测量公式；

根据实时采集的运动状态信息和所述风速风向测量公式，测量高空实时的风力资源信息。

可选的，所述建立高空中所述氦气艇的多个运动状态模型，获得多个运动状态模型对应的力学模型具体包括：

建立所述氦气艇在空中运动状态的力学参考坐标系，所述力学参考坐标系包括地面坐标系、艇体坐标系和气流坐标系；

根据所述氦气艇力学参考坐标系分析所述氦气艇的运动状态，所述运动状态包括稳态运动和非稳态运动；

根据所述氦气艇的运动状态建立所述氦气艇的多个运动状态模型；

根据多个所述运动状态模型，建立对应的多个运动状态模型对应的力学模型；

根据所述力学模型，建立对应的力学平衡方程，导出所述氦气艇在不同运动状态下的风速风向测量公式。

可选的，所述根据实时采集的运动状态信息和所述风速风向测量公式，测量高空实时的风力资源信息具体包括：

根据所述氦气艇在空中的运动状态信息，选取对应的所述氦气艇的运动状态模型；