TJSREA 32-2023 機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)標(biāo)定規(guī)范

ICS27.180CCSF11JSREAT/JSREA32—2023機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)標(biāo)定規(guī)范Calibrationspecificationfornacelle-mountedwindlidars2023-12-08發(fā)布 2024-01-08實(shí)施江蘇省可再生能源行業(yè)協(xié)會(huì)??發(fā)布T/JSREA32T/JSREA32—2023PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1符號(hào)和縮略語 2設(shè)備技術(shù)指標(biāo) 2標(biāo)定方法 3標(biāo)定報(bào)告規(guī)范要求 5附錄A（規(guī)范性） 機(jī)艙式測(cè)風(fēng)雷達(dá)性能參數(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)精度范圍 7附錄B（規(guī)范性） 視向速度不確定度 8附錄C（資料性） 統(tǒng)計(jì)線性回歸分析方法 9前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由江蘇省可再生能源行業(yè)協(xié)會(huì)提出并歸口。（深圳（江蘇（南京有限公司、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)。T/JSREA32T/JSREA32—2023PAGEPAGE3機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)標(biāo)定規(guī)范范圍本文件規(guī)定了機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)標(biāo)定過程的設(shè)備技術(shù)指標(biāo)、標(biāo)定方法和標(biāo)定報(bào)告規(guī)范要求。本文件適用于相干探測(cè)機(jī)制下的機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)標(biāo)定過程。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T2423.10 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)：振動(dòng)（正弦）GB/T4028 外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)GB/T12506 測(cè)風(fēng)雷達(dá)通用規(guī)范GB/T17626.5 電磁兼容-試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)-浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)GB/T18451.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性測(cè)試GB/T33629 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雷電防護(hù)IEC-61400-1 Windenergygenerationsystems-Part1:DesignIEC-61400-50-3 Windenergygenerationsystems-Part50-3:Useofnacelle-mountedlidarsforwindmeasurements術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)nacelle-mountedlidar安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙上的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。視向line-of-sight激光源發(fā)射的激光束的軸方向，即光束的傳播路徑。視向速度line-of-sightspeed視向方向上風(fēng)速（分量）的大小。數(shù)據(jù)可用率dataavailability基于預(yù)定義數(shù)據(jù)質(zhì)量的可接受測(cè)量點(diǎn)數(shù)與給定測(cè)量周期內(nèi)可獲取的最大測(cè)量點(diǎn)數(shù)的比值。距離門rangegate風(fēng)速計(jì)算過程中選擇的一定時(shí)間序列內(nèi)測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)的加權(quán)函數(shù)的半峰全寬（FWHM）水平之間的距離。注：距離門的中心所在位置為機(jī)艙雷達(dá)測(cè)量的實(shí)際距離。時(shí)間分辨率temporalresolution對(duì)于不同時(shí)刻的風(fēng)速，雷達(dá)能夠測(cè)量的最小時(shí)間間隔。翻滾角rollangle激光雷達(dá)圍繞翻滾軸相對(duì)于定義為水平的激光雷達(dá)設(shè)計(jì)方向的旋轉(zhuǎn)角度。注：俯仰角tiltangle激光雷達(dá)圍繞俯仰軸的旋轉(zhuǎn)角度。注：俯仰軸穿過激光雷達(dá)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，垂直于翻滾軸，并且當(dāng)激光雷達(dá)處于定義為水平的設(shè)計(jì)方向時(shí)，俯仰軸為水平。偏航角yawangle激光雷達(dá)圍繞偏航軸的旋轉(zhuǎn)角度。注：偏航軸沿代表穿過激光雷達(dá)坐標(biāo)系原點(diǎn)，且垂直于翻滾軸和俯仰軸。載噪比carriertonoiseratio檢測(cè)帶寬中外差電流功率與總噪聲功率之比。符號(hào)和縮略語DUDataUnit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元OHOpticsHead光學(xué)頭RHRelativeHumidity相對(duì)濕度LOSLineofSight視向WFRWindFieldReconstruction風(fēng)場(chǎng)重構(gòu)FWHMFullWidthatHalfMaxima半峰全寬WTGWindTurbineGenerator風(fēng)力發(fā)電機(jī)GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)ACAlternatingCurrent交流電EMCElectromagneticCompatibility電磁兼容性設(shè)備技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)功能要求（相對(duì)于激光雷達(dá)光學(xué)軸應(yīng)提供支持校準(zhǔn)過程中的視向速度；激光雷達(dá)應(yīng)配備一個(gè)（或多個(gè)）傾角儀，而且傾角儀的數(shù)據(jù)采樣率應(yīng)大于或等于水平風(fēng)速重建所需的數(shù)據(jù)采樣率；俯仰角和翻滾角的測(cè)量值（WFR所需的任何其他參數(shù)）應(yīng)能在數(shù)據(jù)流中報(bào)告記錄；激光雷達(dá)應(yīng)能夠在其前面的一個(gè)或多個(gè)已知距離（范圍）進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量距離應(yīng)滿足相應(yīng)用例的要求；激光雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)具有相對(duì)于已知參考值的精確時(shí)間戳GNSS提供；測(cè)量設(shè)備應(yīng)對(duì)準(zhǔn)在參考基準(zhǔn)線的±1°以內(nèi)；激光雷達(dá)應(yīng)能夠報(bào)告數(shù)據(jù)質(zhì)量控制編碼；10min及以上時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包。工作條件機(jī)艙式雷達(dá)產(chǎn)品的工作條件包括供電條件和工作環(huán)境溫度，其具體參數(shù)要求如下：a) 供電電壓：AC220V±22V（50±5Hz）/DC24V（照明-測(cè)控）；b) 供電功率：240W；c) 工作環(huán)境溫度：-40~60；GB/T33629的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；GB/T2423.10正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；EMCGB/T17626.53級(jí)的浪涌抗擾度試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。性能參數(shù)指標(biāo)標(biāo)定方法機(jī)艙式激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)的標(biāo)定方法主要用于標(biāo)定機(jī)艙式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)WFR算法的輸入量，包括激光激光雷達(dá)光束光軸指向角標(biāo)定激光雷達(dá)光束幾何形狀標(biāo)定激光雷達(dá)光束幾何形狀標(biāo)定應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)各個(gè)光束的相對(duì)位置進(jìn)行標(biāo)定，具體標(biāo)定過程如下：利用實(shí)體障礙物阻擋光束的軌跡，測(cè)量光束在空間中的落點(diǎn)位置；通過光束發(fā)射點(diǎn)位置和空間中被檢光束在空間中的落點(diǎn)位置，計(jì)算被檢光束間的夾角；最終測(cè)試結(jié)果應(yīng)與激光雷達(dá)特定幾何形狀規(guī)定的角度值一致，且標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)和測(cè)試?yán)走_(dá)對(duì)應(yīng)編號(hào)光束間的夾角測(cè)量精度符合推薦的性能參數(shù)指標(biāo)；1所示，光束幾何形狀標(biāo)定主要為標(biāo)定兩光束間的指向夾角βL0、L1、L2由測(cè)距儀器測(cè)量得出。角度β計(jì)算公式如下：?2+?2??2?=acos

0122?0?1

···················································(1)式中，A點(diǎn)表示光束發(fā)射點(diǎn)；L0和L1分別是A點(diǎn)到被檢測(cè)光束位置B點(diǎn)和C點(diǎn)的距離；L2是B點(diǎn)到C點(diǎn)的距離。圖1 雙光束機(jī)艙激光雷達(dá)光束幾何形狀標(biāo)定激光雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡基座位置標(biāo)定激光雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡基座位置標(biāo)定應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)和測(cè)試?yán)走_(dá)的望遠(yuǎn)鏡基座上安裝雙天線GNSS定位定向裝置，同步獲取雷達(dá)的偏航角、俯仰角、橫滾角等姿態(tài)信息。通過調(diào)節(jié)測(cè)試?yán)走_(dá)的擺放位置和地腳，使測(cè)試?yán)走_(dá)與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)的姿態(tài)保持一致。GNSS裝置安裝示意圖如圖2所示。圖2 GNSS裝置安裝示意圖(a：望遠(yuǎn)鏡基座；b：GNSS接收機(jī)；c：GNSS天線)激光雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡基座位置具體標(biāo)定流程如下：5m以內(nèi)；GNSS1min調(diào)節(jié)測(cè)試?yán)走_(dá)的擺放位置和地腳；1min數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值并作相應(yīng)記錄；測(cè)試?yán)走_(dá)與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)的偏航角、俯仰角、橫滾角平均值測(cè)量精度均應(yīng)符合標(biāo)定推薦技術(shù)指標(biāo)。激光雷達(dá)視向風(fēng)速標(biāo)定標(biāo)定環(huán)境條件視向速度標(biāo)定

圖3 無障礙物空間范圍示意圖應(yīng)將測(cè)試?yán)走_(dá)各光束上采集到的視向風(fēng)速和標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)對(duì)應(yīng)光束采集到的同時(shí)段同一距離門的視向風(fēng)速信息進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。圖4 視向風(fēng)速標(biāo)定測(cè)試示意圖測(cè)試?yán)走_(dá)和標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)的時(shí)間戳應(yīng)保持一致并滿足如下同步精度要求：10min48h（288）95%以上；數(shù)據(jù)分析前應(yīng)基于外部情況對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，例如排除來自地面或平臺(tái)的風(fēng)流扭曲效應(yīng)1m/s數(shù)據(jù)分析應(yīng)適用統(tǒng)計(jì)線性回歸分析方法，擬合度檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足標(biāo)定推薦技術(shù)指標(biāo)（詳見附A）。視向速度不確定度測(cè)試?yán)走_(dá)視向速度不確定度的具體計(jì)算方法應(yīng)依據(jù)附錄B所述內(nèi)容進(jìn)行。標(biāo)定報(bào)告規(guī)范要求激光雷達(dá)通用信息激光雷達(dá)通用信息如下：激光雷達(dá)裝置：生產(chǎn)廠家信息、標(biāo)定單位信息、型號(hào)、生產(chǎn)日期、序列號(hào)、固件信息、光束配置；距離門設(shè)置信息。光束幾何形狀標(biāo)定信息光束幾何形狀標(biāo)定信息如下：角度的定義，例如兩個(gè)共面光束視向方向之間的半開角/全開角等；測(cè)量裝置說明；描述測(cè)量角度方法；測(cè)量設(shè)備說明；測(cè)量角度結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)參考角度間的差異值以及測(cè)量的不確定度信息。GNSS標(biāo)定信息GNSS標(biāo)定信息如下：測(cè)量裝置說明；測(cè)量方法說明（IEC61400-50-3B）；測(cè)量設(shè)備說明；記錄標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)偏航角、俯仰角和翻滾角的角度值；標(biāo)定結(jié)果信息：測(cè)試?yán)走_(dá)偏航角、俯仰角、翻滾角角度值，與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)參考角度值間的差異值以及測(cè)量的不確定度信息。視向速度標(biāo)定結(jié)果視向速度標(biāo)定結(jié)果如下：空氣能見度；環(huán)境溫濕度；視向速度采集數(shù)據(jù)信息；擬合度檢驗(yàn)結(jié)果；視向速度不確定度。歷史標(biāo)定結(jié)果返廠設(shè)備所有歷史標(biāo)定記錄結(jié)果。附 錄 A（規(guī)范性）機(jī)艙式測(cè)風(fēng)雷達(dá)性能參數(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)精度范圍表A.1機(jī)艙式測(cè)風(fēng)雷達(dá)性能參數(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)精度范圍參數(shù)指標(biāo)名稱數(shù)據(jù)精度范圍聚焦距離精度±5m風(fēng)速數(shù)據(jù)有效率>95%風(fēng)速測(cè)量準(zhǔn)確度±0.1m/s風(fēng)速偏差標(biāo)準(zhǔn)差＜0.15m/s翻滾角標(biāo)定準(zhǔn)確度±0.02°俯仰角標(biāo)定準(zhǔn)確度±0.02°偏航角標(biāo)定準(zhǔn)確度±0.02°激光束夾角標(biāo)定準(zhǔn)確度±0.1°系統(tǒng)時(shí)間標(biāo)定準(zhǔn)確度±6s10min平均風(fēng)速擬合因子-擬合斜率±0.01510min平均風(fēng)速擬合因子-擬合截距±0.210min平均風(fēng)速擬合因子-數(shù)據(jù)擬合度（R2）＞0.99總則

附 錄 B（規(guī)范性）視向速度不確定度測(cè)試?yán)走_(dá)視向速度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)視向速度?????????雷達(dá)視向速度的不確定度?????、測(cè)試?yán)走_(dá)和標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)光束指向的不確定度???標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)視向速度之間偏差的統(tǒng)計(jì)不確定度?????有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)視向速度不確定度?2???+?2???+?2 +????? +?????=

·····································(B.1)???????????????）????????????????的標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)因數(shù)據(jù)采集而產(chǎn)生的不確定度。不同測(cè)量空間尺度不確定度由標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)和測(cè)試?yán)走_(dá)的相對(duì)位置和不同測(cè)量尺度（相比于校準(zhǔn)的視向探測(cè)長(zhǎng)度）引起的不確定度???表示為：???=

···············································(B.2)?2???? +?????2???? +偏差的統(tǒng)計(jì)不確定度測(cè)量偏差的統(tǒng)計(jì)不確定度?????表達(dá)式為：?????=

??? (B.3)式中，????是區(qū)間中差值??=(?????????)的標(biāo)準(zhǔn)差（??每間隔10min區(qū)間內(nèi)計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差）；?是區(qū)間中的數(shù)據(jù)量。測(cè)試?yán)走_(dá)視向風(fēng)速不確定度?2?2????+???2+?????=

········································(B.4)?2??? ?? ??2??? ?? ??? ??? ??? +?2 +?2 +?2 +?2