我們先看 Lidar 測(cè)風(fēng)的基本原理，看下面的圖：

 

　　圖中右側(cè)的黑色部件就是一個(gè)原理性的 Lidar 探頭，它包括一個(gè)發(fā)射器，一個(gè)探測(cè)器和兩個(gè)反射鏡面，一個(gè) 45 度平面，一個(gè)圓弧面。

 

　　發(fā)射器發(fā)出一個(gè)激光脈沖，當(dāng)脈沖遇到空氣中的微粒時(shí)，會(huì)被反射回來(lái)。如果此時(shí)空氣是靜止的，那么激光脈沖會(huì)原路返回，按如果顆粒本身有一定的速度，根據(jù)速度疊加原理，反射回來(lái)的激光脈沖路線會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏移，而這個(gè)偏移最終會(huì)被探測(cè)器以入射角度的形式探測(cè)到，根據(jù)這個(gè)角度，就可以反算出微粒的速度了。而這個(gè)速度，就是空氣移動(dòng)的速度，也就是風(fēng)速。

 

　　另外，還可以根據(jù)反射回來(lái)的實(shí)際計(jì)算出這個(gè)反射微粒的具體位置。所以，Lidar 可以準(zhǔn)確地測(cè)量到具體點(diǎn)位的風(fēng)速數(shù)據(jù)。

 

　　基于這種能力，它在風(fēng)電領(lǐng)域被用于以下三個(gè)方面：

 

　　1. 風(fēng)資源評(píng)估

 

　　在風(fēng)電領(lǐng)域的最初應(yīng)用是用來(lái)替代進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估的測(cè)風(fēng)塔，因?yàn)橛?Lidar 設(shè)備可以測(cè)量特定高度和位置的風(fēng)速，而不需要搭建測(cè)風(fēng)塔，這樣可以大大降低成本，尤其是在一些復(fù)雜地形和海上，因?yàn)檫@些地方搭建測(cè)風(fēng)塔的成本比較高，難度也比較大。

 

　　2. 大型風(fēng)電機(jī)組前饋控制

 

　　隨著大型機(jī)組越來(lái)越多，Lidar 測(cè)風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)始被耦合到風(fēng)電機(jī)組的控制回路中，參與閉環(huán)控制，從而用來(lái)降低機(jī)組載荷或提升機(jī)組捕獲風(fēng)能的效率。根據(jù)它能夠測(cè)量準(zhǔn)確點(diǎn)位上的風(fēng)速這樣的特性，我可以做到如下的效果：

 

　　其中，紅色圓圈標(biāo)出的部分就是機(jī)組正前方 60 米的空間位置，測(cè)出這些位置的準(zhǔn)確風(fēng)速，把這些數(shù)據(jù)引入控制器回路中，控制器能夠準(zhǔn)確知道將要到來(lái)的三維風(fēng)速情況，就能夠提前作出控制動(dòng)作達(dá)到非常理想的降低機(jī)組載荷的效果。

 

　　3. 風(fēng)電場(chǎng)級(jí)尾流優(yōu)化控制

 

　　根據(jù)風(fēng)場(chǎng)實(shí)際情況，在特定位置布置 Lidar 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，從而幫助場(chǎng)級(jí)系統(tǒng)完成優(yōu)化控制，尤其是針對(duì)尾流效應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)級(jí)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)整場(chǎng)最優(yōu)。

 

　　第 1 點(diǎn)應(yīng)用已經(jīng)很常見(jiàn)，第 2 點(diǎn)在大型海上機(jī)組也有不少案例，目前還沒(méi)有看到第 3 點(diǎn)有實(shí)際應(yīng)用。

 

　　需要特別說(shuō)明的是，Lidar 系統(tǒng)有一個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)，那就是它對(duì)大氣環(huán)境依賴很強(qiáng)。大氣中的微粒既不能太多也不能太少，大霧、強(qiáng)霧霾天氣都會(huì)導(dǎo)致測(cè)風(fēng)失敗，因?yàn)檎麄€(gè)反射路徑被破壞了。

 

　　并且，如果是那種非常干凈的天氣也不行，因?yàn)榭諝馕⒘Ｌ?，?dǎo)致總是在指定位置無(wú)法得到反射，從而導(dǎo)致測(cè)風(fēng)失敗。

 

　　所以，機(jī)組閉環(huán)控制中如果引入了 Lidar 的測(cè)量結(jié)果，該如何面對(duì)這種測(cè)量失效的狀況也是一個(gè)很重要的課題。

 

　　最后，有一點(diǎn)要注意 Lidar 不是 Radar (radio detecting and ranging)，我們通常說(shuō)的雷達(dá)，是 Radar ，也就是電磁波探測(cè)與測(cè)量，別搞混了。