用于藉由LIDAR传感器来采集入射风场以及对其进行建模的方法与流程

文档序号:20012623发布日期:2020-02-22 04:33阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于在位于lidar传感器上游的空间中由所述lidar传感器进行的入射风场采集和建模的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

a)将位于所述lidar传感器上游的空间进行网格化(ma)的步骤,其中用定位在预定的三维网格中的一组离散化点来执行所述空间的网格化,所述预定的三维网格包括由估计点(pe)和测量点(pm)组成的一组单元,

b)沿至少三个测量轴来测量(mes)位于所述上游空间中且定位在距所述lidar传感器至少两个不同距离处的不同测量点(pm)处的风的幅度和方向的步骤,

c)在任何时间(t)对所有的所述估计点的风幅度和方向进行估计(est)的步骤,并且所述估计是使用至少测量点(pm)的数据、风速空间相干性数据、风速时间相干性数据、以及对在所述测量点处执行的测量的质量进行量化的数据通过藉由加权递归最小二乘法来对成本函数进行优化来达成的,

d)根据针对所述网格(ma)的每个点的经估计和测得的风幅度和方向实时地且在预定的坐标系中三维(3d)地重构(mod3d)所述入射风场的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,测量点(pm)处的风的振幅和方向的测量值m通过以下关系式给出:

mj,x(k)=ajvj,x(k)+bjvj,y(k)+cjvj,z(k)

其中vj,x(k)、vj,y(k)、vj,z(k)是在初始时间(k)投影在给定坐标系x、y、z上的风速的值,而aj、bj、cj是测量值系数,其中j=0,1,2,3,4,所述测量值系数被给出如下:

其中θj、分别是球坐标系中的测量轴的天顶角和方位角。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,任何时间(t)处的成本函数j被写为如下:

其中ω是包括在空间中风被估计的点处的所有速度分量的有序向量,是时间0时对所述风速的估计,p0、q、rs和rm是合适尺寸的加权矩阵,并且cs、cm是考虑所述风速和测量噪声的矩阵。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,对不同测量点(pm)处的风幅度和方向的测量是以至少0.25hz的采样率执行的。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,对不同测量点(pm)处的风幅度和方向的测量是在沿所述测量轴的至少两个不同距离处被执行的。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,所述风幅度和方向的测量是沿至少三个测量轴执行的。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,沿笛卡尔坐标系的轴x、y和z的风速的空间相干性是用以下类型的公式来估计的:

csω≈0

其中:

此处:

ocl表征针对沿纵轴x的估计域的风速变化,

oct表征针对沿横轴y的估计域的风速变化,

ocv表征针对沿垂直轴z的估计域的风速变化,以及

o向量ω是包括空间中风被估计的点处的所有风速分量的有序向量。

8.根据前述权利要求中所述的方法,其特征在于,沿所述笛卡尔坐标系的轴x、y和z的风速的空间相干性是用以下假定来估计的:

о沿纵轴x的风速变化缓慢且沿纵轴的偏导数dvx/dx相对小,

о所述风沿横轴y平滑地变化,且沿横轴y的偏导数dvx/dy小,

о所述风沿垂直轴z以幂定律变化,该幂定律由下式给出:

此处α是幂定律指数,vl是在地面上方高度z处的纵向风,而zr是参考高度。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,由所述lidar传感器执行的测量的质量由以下形式的模型表示:

cmω=mm+∈m

此处∈m描述所述测量噪声。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,在时间(t)时针对所有所述估计点对风场振幅和方向的估计由如下公式给出:

ω(t)=ω(t-1)+k(y(t)-cω(t-1))。

11.一种计算机程序产品,其特征在于,其包括代码指令,所述代码指令被设计成:当在lidar传感器的处理单元上执行所述程序时,实现用于根据上述权利要求中的任一项所述的由lidar传感器进行的入射风场采集和建模的方法的步骤。

12.一种lidar传感器,其特征在于,所述lidar传感器包括其中存储有根据前述权利要求所述的计算机程序产品的代码指令的存储器,并且所述lidar传感器被设计成执行该计算机程序产品。

13.一种风力涡轮机1,其特征在于,所述风力涡轮机1包括根据前述权利要求所述的lidar传感器2。

14.根据前述权利要求所述的风力涡轮机1,其特征在于,所述lidar传感器被布置在所述风力涡轮机的机舱上。

15.一种控制和/或监视装备有lidar传感器2和plc的风力涡轮机1的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

i)通过利用根据权利要求1至10中的任一项所述的用于由lidar传感器进行的入射风场采集和建模的方法所获得的三维且实时地对入射风场的重构来开发用于所述风力涡轮机的前馈控制策略(con)的步骤,以及

ii)包括所开发的控制策略的控制步骤(pil),其包括控制叶片7的角度或机舱3的取向。

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