风力发电机偏航校正连续相干激光探测系统的研究

发布时间：2023-08-07 17:36

　　风能具有储量大、分布广、环保清洁等优点,是当前全球大力开发和利用的可再生能源。风力发电机是能量转换的关键装置,需要精确实时的根据迎风信息进行叶片姿态调节和风轮偏航校正。因此,风力发电机前方风场的准确观测对于提升风能利用率、稳定机组输出功率以及降低风机载荷都尤为关键。连续相干激光探测系统结构简单、成本较低,适合近程风场观测,是理想的风场传感器。本文在深入研究了相干激光雷达的测风理论基础上,以风力发电机偏航校正作为应用背景,介绍了一台全光纤结构连续相干激光探测系统的研发过程。全文的主要研究内容可以概括为以下四个方面:(1)围绕风力发电机偏航校正需求,制定了测风系统的性能指标。基于连续相干探测技术,构建了 1.55 μm全光纤激光探测试验平台,该平台望远镜采用了同轴透射式结构,测量光束聚焦距离为80m,利用A/D采集卡上板载现场可编程门阵列芯片进行数据处理,提高了系统运行的精确性和实时性。在试验平台基础上开发了紧凑型样机,实现了连续相干激光探测系统的轻小型化。(2)利用所构建的试验平台进行了硬目标转速校准和大气回波信号测试,结果表明,系统测速准确性高,对不同天气的适应性强,具有较好的可用性和...

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 测风技术手段
    1.3 激光测风技术在风力发电中的应用
    1.4 国内外发展现状
    1.5 本文主要研究内容
第二章 相干测风激光雷达工作原理
    2.1 测风基础理论
        2.1.1 激光雷达系统简介
        2.1.2 激光的大气传输
        2.1.3 光的多普勒效应
        2.1.4 空间权重函数
        2.1.5 相干探测原理
    2.2 激光雷达方程
    2.3 相干探测激光雷达载噪比
        2.3.1 外差信号功率
        2.3.2 外差效率
        2.3.3 噪声功率
        2.3.4 载噪比计算与优化
    2.4 本章小结
第三章 连续相干激光探测系统设计
    3.1 系统性能需求分析
        3.1.1 探测距离
        3.1.2 测风精度
        3.1.3 测风范围
        3.1.4 时间分辨率
    3.2 连续相干激光探测系统硬件设计
        3.2.1 总体结构
        3.2.2 光学系统设计
        3.2.3 电子学系统设计
        3.2.4 系统装配设计
    3.3 连续相干激光探测系统软件设计
        3.3.1 风速反演
        3.3.2 扫描控制
        3.3.3 噪声滤波
    3.4 连续相干激光探测系统构建
    3.5 本章小结
第四章 连续相干激光探测系统性能测试与优化
    4.1 系统性能测试
        4.1.1 硬目标速度校准
        4.1.2 大气回波信号测试
        4.1.3 系统噪声测试
    4.2 系统性能优化
        4.2.1 径向风速反演算法的改进
        4.2.2 多普勒盲区的界定
        4.2.3 扫描参数的设置
    4.3 本章小结
第五章 连续相干激光探测系统外场试验
    5.1 径向测风对比试验
    5.2 合肥外场试验
    5.3 深圳外场试验
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3840057