风电场毫米波雷达技术研究及应用

风电场毫米波雷达技术研究及应用

摘要：现阶段，“碳达峰，碳中和”发展战略的执行效果越发显著，再加上电力体制的改革工作持续深入，对我国风电行业的发展具有良好的推动作用。本文以上述内容为基础，针对风电场毫米波雷达技术展开研究，分析毫米波雷达技术的关键作用，整理相关经验，给出针对性发展建议，希望能够为同领域工作者提供合理参考作用。

关键词：风电场；毫米波雷达技术；新能源开发与应用

前言：风能作为重要的可再生清洁能源之一，在现代化电力系统中承载着越来越重要的电力支持任务。其中，风场信息测量工作作为风电行业保持良好发展状态的重要内容，属于风电场内不可或缺的重要组成结构。在风力发电机工作并获取风能的过程中，为进一步提升电能的实际生产效率，需借助传感技术，主动感知风速、风向信息，并辅助完成风机控制任务，及时校正偏航误差问题，通过这种方式准确控制风机的最终指向，达到提升发电总量的效果。

一、米波雷达测风基本原理

常规情况下，风资源评估、风功率预测系统、风电场运营管理等内容均属于风力发电系统中的重要内容，因此，需要对300m范围内的所有风速风向信息进行全面探测[1]。在传统类型的风场中，测风塔作为主要测量工具，发挥着重要作用，但是，因其建设成本相对较高，并且灵活度不足，在风场测量工作中存在较多不便，所以，需要找出一种更加便捷且准确的探测技术，完成测风任务。基于此，以激光和声波技术为主的测风雷达设备在风力发电行业中的应用正变得越发广泛，但是，在实际使用过程中，同样存在一些问题会对探测效果造成影响，需要得到妥善处理。

本文以上述内容为背景，对现有新型测风技术及其产品进行详细说明，即毫米波测风雷达设备，该设备不仅可以在不同高度内准确测得风力信息，同时还可以保证自身在各种不良环境下保持稳定工作状态，保证最终测得数据的准确性。

在此期间，在实际使用的过程中还具有天候、雨天性能好、无噪声、低功耗等诸

多使用优势，可以为相关企业和技术人员提供更为优质的辅助效果。

米波与激光具有一定的相似性，二者均属于电磁波，但是，在波长方面存在

一定差异，并且雷达实现方式、测风原理以及性能方面同样存在明显区别。对于

激光雷达而言，大多需要通过光学器件实现探测目标；对应的米波则是需要借助

集成电路与天线才能够实现探测目标，在使用性能方面和成本方面具有显著优势,在现有风电场中的测风适用性更强[2]。对于毫米波产品而言，在人们生活中比较

常见，如：车载雷达、5G通信、气象测云、军工导弹跟踪等诸多方面均有着十分

广泛的运用，其中，度风科技则是业界第一次针对风电测风的实际需求进行研究，并首次将毫米波技术成功引进并应用到测风领域中，并且在本次试验过程中始终

保持稳定工作状态，实际应用效果十分突出，不仅测得数据十分精确，同时测得

的数据结果也不会轻易受到干扰，准确性较高。

对于毫米波而言，与激光、声波具有相似性，需要打出4个波束，然后借助

风的运动，会随之产生一定程度的多普勒效应，此后再对同一高度内的四个波束

径向风速、风向进行分解以及合成处理，最后则可以形成不同高度层的实际风速

和风向结果，在风功率预测工作和风资源评估工作中的使用效果尤为突出，因此，可以认为米波测风雷达在使用功能方面与激光、声波和测风塔具有相似性。但是，在测风原理方面又存在一定差异[3]。对于毫米波雷达而言，在晴天环境和激光雷

达的使用具有相似性，二者均需使用瑞利散射或者米氏散射才能完成测风任务，

但是，在雨天环境或者布拉格效应影响下，毫米波雷达能够保持更为稳定的测风

性能，使用效果更佳。

二、毫米波雷达概述

（一）毫米波雷达主要分类

1、制导雷达、火控雷达，此类型的雷达产品在部分亳米波波段的使用比较

常见，主要原因在于可以进一步提升雷达设备的探测能力、降低雷达体积、控制

设备重量和体积，集成效果更为突出；

2、目标检测雷达，此类型的雷达设备，大多需要借助机械/电子波束进行扫描，才可以实现对目标观测区域与的距离、速度以及角度信息的有效探测，在为

其配备相应的系统数据处理单元后，可以进一步实现对识别目标的(散射特性)信

息判定，对应的跟踪和预测(kalman滤波、粒子滤波等)效果更为准确；

3、米波对地观测雷达设备，此类型的雷达设备主要借助毫米波合成孔径雷

达(Synthetic Aperture Radar,SAR)完成检测任务，因此，该类型雷达设备可以

完成对地成像观测任务，成功获取更加精准的地面区域SAR图像信息；

4、米波近距探测雷达探测，此类型雷达设备可以对2米范围内的检测目标

进行探测，并借助二维或三维成像技术完成相应检测任务[4]。目前，此类型系统

波段大多处于30～37.5GHz区段内、94～200GHz区段内或者THz波段区段内。如：部分美国机场现有人体安检三维扫描雷达便是借助毫米波技术代替X光技术，达

成对人体衣服内、皮肤外之间区域的检测成像任务，可以有效提升安保效果。除

上述内容外，还可以借助35GHz波段雷达或者94GHz以及THz波段雷达完成对部

分特殊材料的检测任务，如：无损三维检测技术。

三、米波测风雷达技术及相关产品应用分析

（一）VORTRAD-L300米波测风雷达产品介绍

度风科技工作以目前风电行业对大气风场探测任务的迫切需求为基础，有针

对性的研制出高集成度水平的毫米波测风雷达VORTRAD-L300产品[5]。此雷达设

备可以顺利完成风场范围内10-300米区间不同高度层的风力信息数据，在探测

效率和精度方面具有显著的应用优势，并且测风过程中的操作更加灵敏探测。在

这样的情况下，将此雷达设备与传统类型的测风塔产品或者其他测风雷达技术展

开对比，不仅可以满足前期阶段对测风和风功率预测的基本需求，同时，这种毫

米波雷达还具有功耗更低，成本更低的使用优势，能够打破其他测风雷达技术应

用存在的瓶颈，不再受到成本过高、雨天测风难度过高的问题，真正做到全天候

工作，同时还可以更加广泛的应用在陆地和海上风资源方面的评估工作、风功率

预测工作、风电场运营管理工作、大气物理研究工作、风切变预警工作以及其他

方面的定制化风向工作、风速测量等方面，均有着十分突出的应用效果[6]。