船载激光雷达测风方案设计与性能研究

发布时间：2020-06-11 21:31

【摘要】：2016年12月国家发改委印发的《可再生能源发展“十三五”规划》指出:截止到2020年,中国海上风电开工建设规模10GW。海上风电行业发展前景可观,并逐渐迈向大型化、规模化、和深远海域化发展。海上风电具有较高的投资成本、运营成本以及风险。海上风资源的情况直接决定着以后海上风电场的收益。传统的海上测风塔的技术并不能满足行业发展要求,海上风场的微观选址、风功率曲线的测定、尾流观测等一系列问题仍然得不到很好的解决。本文提出了一种船载激光雷达测风的方案,能够很好的适应行业的发展。并对该技术存在的技术难点进行了研究。本文主要进行以下几方面的研究:1、通过文献阅读阐述了我国海上风电的发展现状和全球海上风电的现状,我国海上风资源评估的现状和我国激光测风雷达的发展现状,国外浮动式激光雷达测风方案的发展现状,国外激光雷达测风性能的研究现状,国内外浮动式激光雷达测风方案的运动补偿理论研究现状。2、船载激光雷达测风方案的设计和后续的市场需求研究,具体包括:激光雷达,惯性导航,船舶平台的对比选型研究;后续试验仪器的选型准备。初步将试验设备选择为风电运维船、SMC姿态仪、Molas B300激光雷达。为后续应用到海上风电项目中提供了借鉴。3、风电运维船的水动力理论分析和性能计算(频域和时域)。具体包括风电运维船的水动力模型的建立;目标海域的选择;水动力参数的计算;风电运维船时域耦合分析;风电运维船数值计算和姿态角统计的主要目的是为后续的船载激光雷达测风性能验证试验提供试验工况的参考依据。通过水动力性能计算发现该风电运维船具有良好的水动力性能,在横摇、纵摇、垂荡的运动响应值上满足行业标准。4、船载激光雷达测风性能试验设计,具体包括:试验设备的选择,试验时间、场地的选择;试验设备的调试(主要包括激光雷达的调试、SMC姿态仪数据获取调试、三自由度平台运动调试,具体还包括冷却水系统的使用);激光雷达数据的获取;数据处理程序的编写(MATLAB程序);试验数据线性回归分析研究;最终总结实验数据得出:姿态角会改变激光雷达的测风精度,姿态角对风速的影响小于对风向的影响。姿态角对垂向风速的影响较大。动态的姿态角对激光雷达测风精度的影响相对较为稳定。静态和动态的姿态角对激光雷达测风精度的影响具有不确定性。5、总结国内外市场上商业化的脉冲波激光雷达并对激光雷达的测风原理进行分析;总结了由于运维船运动响应给激光雷达带来的误差;研究激光雷达的运动补偿理论;运用空间几何理论和欧拉法坐标系转化理论,推导出一套适用于两台激光雷达风速之间的关系式,对激光雷达的测风数据进行运动补偿。为后续运动补偿算法的理论研究提供理论基础和借鉴。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U665.2

【参考文献】

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本文编号：2708485