風(fēng)機(jī)處在難以捉摸的風(fēng)況中，所承受的負(fù)載也充滿了隨機(jī)性，這給風(fēng)機(jī)的載荷設(shè)計(jì)帶來了很大的不確定性，工程師們往往采用“過設(shè)計(jì)”的方法來補(bǔ)償風(fēng)的不確定度，這也是風(fēng)電價(jià)格居高不下的一大原因。而激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)設(shè)備，恰恰將這隨機(jī)性轉(zhuǎn)化為確定性，實(shí)時(shí)掌握這些確定的風(fēng)況信息，就能顛覆傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，突破傳統(tǒng)桎梏，重新定義風(fēng)機(jī)的度電成本。

 

 

　　目前業(yè)界普遍認(rèn)為，機(jī)載測(cè)風(fēng)雷達(dá)是最具有應(yīng)用前景的未來發(fā)展方向，將激光雷達(dá)安裝在機(jī)艙頂部或者輪轂中心，可以使得雷達(dá)測(cè)得的風(fēng)速始終是主風(fēng)向來流，對(duì)于風(fēng)機(jī)所承受的風(fēng)況信息更有代表性。

 

　　那么，雷達(dá)如何降低風(fēng)機(jī)的度電成本？掌握了風(fēng)況信息又有什么用？其實(shí)，風(fēng)機(jī)的成本取決于風(fēng)機(jī)所能承受的載荷大小，而且同樣的風(fēng)況，不同控制策略可使載荷可大可小，發(fā)電性能也是可高可低。換言之，風(fēng)機(jī)的性能和載荷很大一部分是由風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)決定的，所以控制系統(tǒng)的好壞很大程度上就決定了風(fēng)機(jī)的度電成本的高低。

 

 

　　控制系統(tǒng)要做到載荷和發(fā)電性能的最優(yōu)平衡，就要準(zhǔn)確地知曉風(fēng)況。而傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)上一般只標(biāo)配風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)作為測(cè)風(fēng)設(shè)備，由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)造成的旋流和擾流影響，風(fēng)速儀測(cè)得的風(fēng)速受到強(qiáng)烈的干擾，無法作為風(fēng)況信息的準(zhǔn)確參考，風(fēng)向標(biāo)的測(cè)量值也同樣是飄忽不定的。還有就是當(dāng)風(fēng)機(jī)遇到極限草帽風(fēng)，而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)又無能為力時(shí)的那種無奈感，哪怕是提前1秒變槳都能大幅度降低載荷。這些痛點(diǎn)，相信業(yè)內(nèi)的工程師們肯定深有體會(huì)。如果采用機(jī)載激光雷達(dá)，通過激光焦距調(diào)整不但能夠精確測(cè)風(fēng)，還能讓控制系統(tǒng)提前幾秒預(yù)知風(fēng)況信息，就從本質(zhì)上解決了原有控制策略的缺陷，以降低風(fēng)機(jī)的載荷來降低風(fēng)機(jī)的度電成本。

 

 

　　研究表明，通過激光雷達(dá)反饋信息配合智能控制策略，可以大幅降低風(fēng)機(jī)疲勞載荷5%-10%以上，如圖所示，不同部件有不同的降載效果。同時(shí)對(duì)于極限載荷，激光雷達(dá)更有立竿見影的效果，在能保證雷達(dá)可靠性的前提下，可達(dá)到10%-20%的極限載荷降低。如圖所示案例，在極限草帽風(fēng)下，雷達(dá)輔助控制使得風(fēng)機(jī)提前2-3秒變槳，保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)乇苓^極限陣風(fēng)，在保證載荷的情況下也保證了發(fā)電量。

 

　　其實(shí)不僅僅是載荷，反饋信息配合智能控制算法還可以優(yōu)化風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)風(fēng)能捕獲響應(yīng)和偏航規(guī)劃，還可能提升發(fā)電量1%左右，更不要提修正偏航誤差挽回的可能高達(dá)5%的發(fā)電量損失了。綜上，雷達(dá)輔助控制可以大幅降低風(fēng)機(jī)成本5%-10%。

 

 

　　隨著中國風(fēng)電行業(yè)的持續(xù)深入，風(fēng)機(jī)應(yīng)用呈現(xiàn)了山地化和向低風(fēng)速區(qū)域轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)雜地形所帶來的復(fù)雜風(fēng)況，其不確定性更加超出了平地風(fēng)況，不確定性引發(fā)的小概率極限風(fēng)況，給風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度、壽命以及發(fā)電性能帶來很大的危害。

 

　　而在低風(fēng)速區(qū)域，即使再小的年平均風(fēng)速，還是有概率碰到極限陣風(fēng)，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)仍然要考慮承受住這些極限風(fēng)況帶來的極限載荷。這些小概率事件的不確定性，也給風(fēng)機(jī)的成本帶來了額外的負(fù)擔(dān)。

 

　　在這些應(yīng)用環(huán)境下，傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法會(huì)使得工程師們?yōu)榱丝紤]一個(gè)極小概率的惡劣風(fēng)況而大幅增加成本，而這與低風(fēng)速風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的理念背道而馳。這種顧此失彼的局面也完全可以用激光雷達(dá)配合先進(jìn)的智能控制來克服，使得低風(fēng)速風(fēng)機(jī)的適應(yīng)性更廣、成本更優(yōu)。