[发明专利]一种精准测风用激光雷达系统

说明书

本发明涉及一种精准测风用激光雷达系统，由风力发电机、光伏发电组件、锂电池储能单元和风光储一体机构成能量闭环系统，以持续提供电能给激光雷达装置，该激光雷达装置中，激光发射单元输出测试光束，测试光束进入大气层后，产生反馈光束；望远镜收集并将反馈光束传输给鉴频单元；鉴频单元根据测试光束和反馈光束，输出连续的正余弦谱给示波器；示波器对测试光束进行能量监视，以及对正余弦谱进行信号处理，得到频率偏移量；计算机控制激光发射单元的输出测试光束，以及反演视线方向风速、根据频率偏移量得到风速偏移值，最终得到无偏移误差的测量风速值。与现有技术相比，本发明能够实现激光雷达系统的多点安装，且能保证测量风速的准确性。

技术领域

本发明涉及风力发电测风技术领域，尤其是涉及一种精准测风用激光雷达系统。

背景技术

风电行业传统采用的测风设备是风杯风速计，在风电场前期选址过程中，需要通过建立测风塔以获取观测数据，从而可评估该区域的风能储量，但随着风电项目开发的迅速推进，越来越多项目开始向地形复杂地区延伸，风电机组也日趋大型化，这使得测风塔的应用受到了限制，一方面，复杂地形区域测风塔建筑材料运输较为困难，另一方面，搭建测风塔的难度和成本更高，比如在近海风电开发中，风电机组轮毂高度一般在80～140m，叶片长度50～90m，满足其高度要求的测风塔建设非常昂贵。

为此，目前有研究将激光雷达应用于测风领域，激光雷达利用激光作为探测介质，可与空气中微小颗粒(气溶胶颗粒)发生相互作用，空气中微小颗粒的运动即为风速，激光雷达具有时空分辨率高、自动化程度高、安装简单易维护、移动便携性好的优点，已经成为了最具前景的风场信息测量手段。但在实际应用中，采用激光雷达还存在以下不足：

1、激光雷达的供电需要借助电缆，无法实现独立自主供电，一定程度上限制了激光雷达的安装范围，不能实现区域内多点安装测风的目的，也就无法保证后续整体区域内测风数据的可靠性；

2、激光雷达测风过程中受到激光频漂和环境温度的影响，使得测量的风速值与实际风速值存在偏差，降低了风速测量的准确性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精准测风用激光雷达系统，以实现可靠、准确测量风速的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种精准测风用激光雷达系统，可安装于地面或风机上，包括风力发电机、光伏发电组件、锂电池储能单元、风光储一体机和激光雷达装置，所述风力发电机和光伏发电组件均连接至风光储一体机，所述风光储一体机与锂电池储能单元双向连接，所述风光储一体机还连接至激光雷达装置，所述风力发电机用于将风能转换为电能，并将该电能传输给风光储一体机；

所述光伏发电组件用于将太阳能装换为电能，并将该电能传输给风光储一体机；

所述风光储一体机用于将来自风力发电机和光伏发电组件的电能分别传输给激光雷达装置和锂电池储能单元，以提供电能给激光雷达装置，并由锂电池储能单元进行多余电能的存储，当风能或太阳能不足时，所述锂电池储能单元通过风光储一体机将存储的电能释放给激光雷达装置；

所述激光雷达装置包括计算机、激光发射单元、望远镜和鉴频单元，所述计算机与激光发射单元连接，所述激光发射单元和鉴频单元分别连接至示波器，所述示波器连接至计算机，所述激光发射单元和望远镜分别与鉴频单元连接，

所述激光发射单元用于输出测试光束，所述测试光束进入大气层后，产生反馈光束；

所述望远镜用于收集反馈光束，并将该反馈光束传输给鉴频单元；

所述鉴频单元根据测试光束和反馈光束，输出连续的正余弦谱给示波器；

所述示波器用于测试光束的能量监视，以及对正余弦谱进行信号处理，得到频率偏移量；