TJSREA 32-2023 機艙式測風激光雷達標定規(guī)范

ICS27.180CCSF11JSREAT/JSREA32—2023機艙式測風激光雷達標定規(guī)范Calibrationspecificationfornacelle-mountedwindlidars2023-12-08發(fā)布 2024-01-08實施江蘇省可再生能源行業(yè)協(xié)會??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術語和定義 1符號和縮略語 2設備技術指標 2標定方法 3標定報告規(guī)范要求 5附錄A（規(guī)范性） 機艙式測風雷達性能參數指標的數據精度范圍 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)計線性回歸分析方法 9前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由江蘇省可再生能源行業(yè)協(xié)會提出并歸口。（深圳（江蘇（南京有限公司、南京工業(yè)職業(yè)技術大學。T/JSREA32T/JSREA32—2023PAGEPAGE3機艙式測風激光雷達標定規(guī)范范圍本文件規(guī)定了機艙式測風激光雷達標定過程的設備技術指標、標定方法和標定報告規(guī)范要求。本文件適用于相干探測機制下的機艙式測風激光雷達標定過程。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 電工電子產品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗：振動（正弦）GB/T4028 外殼防護等級(IP代碼)GB/T12506 測風雷達通用規(guī)范GB/T17626.5 電磁兼容-試驗和測量技術-浪涌（沖擊）抗擾度試驗GB/T18451.2 風力發(fā)電機組功率特性測試GB/T33629 風力發(fā)電機組雷電防護IEC-61400-1 Windenergygenerationsystems-Part1:DesignIEC-61400-50-3 Windenergygenerationsystems-Part50-3:Useofnacelle-mountedlidarsforwindmeasurements術語和定義下列術語和定義適用于本文件。機艙式測風激光雷達nacelle-mountedlidar安裝在風力發(fā)電機組機艙上的測風激光雷達。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視向方向上風速（分量）的大小。數據可用率dataavailability基于預定義數據質量的可接受測量點數與給定測量周期內可獲取的最大測量點數的比值。距離門rangegate風速計算過程中選擇的一定時間序列內測量的數據點的加權函數的半峰全寬（FWHM）水平之間的距離。注：距離門的中心所在位置為機艙雷達測量的實際距離。時間分辨率temporalresolution對于不同時刻的風速，雷達能夠測量的最小時間間隔。翻滾角rollangle激光雷達圍繞翻滾軸相對于定義為水平的激光雷達設計方向的旋轉角度。注：俯仰角tiltangle激光雷達圍繞俯仰軸的旋轉角度。注：俯仰軸穿過激光雷達坐標系的原點，垂直于翻滾軸，并且當激光雷達處于定義為水平的設計方向時，俯仰軸為水平。偏航角yawangle激光雷達圍繞偏航軸的旋轉角度。注：偏航軸沿代表穿過激光雷達坐標系原點，且垂直于翻滾軸和俯仰軸。載噪比carriertonoiseratio檢測帶寬中外差電流功率與總噪聲功率之比。符號和縮略語DUDataUnit數據存儲單元OHOpticsHead光學頭RHRelativeHumidity相對濕度LOSLineofSight視向WFRWindFieldReconstruction風場重構FWHMFullWidthatHalfMaxima半峰全寬WTGWindTurbineGenerator風力發(fā)電機GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)ACAlternatingCurrent交流電EMCElectromagneticCompatibility電磁兼容性設備技術指標數據功能要求（相對于激光雷達光學軸應提供支持校準過程中的視向速度；激光雷達應配備一個（或多個）傾角儀，而且傾角儀的數據采樣率應大于或等于水平風速重建所需的數據采樣率；俯仰角和翻滾角的測量值（WFR所需的任何其他參數）應能在數據流中報告記錄；激光雷達應能夠在其前面的一個或多個已知距離（范圍）進行測量，測量距離應滿足相應用例的要求；激光雷達測量數據應具有相對于已知參考值的精確時間戳GNSS提供；測量設備應對準在參考基準線的±1°以內；激光雷達應能夠報告數據質量控制編碼；10min及以上時間段的統(tǒng)計數據包。工作條件機艙式雷達產品的工作條件包括供電條件和工作環(huán)境溫度，其具體參數要求如下：a) 供電電壓：AC220V±22V（50±5Hz）/DC24V（照明-測控）；b) 供電功率：240W；c) 工作環(huán)境溫度：-40~60；GB/T33629的相關標準；GB/T2423.10正弦振動和隨機振動測試試驗相關標準；EMCGB/T17626.53級的浪涌抗擾度試驗相關標準。性能參數指標標定方法機艙式激光測風雷達的標定方法主要用于標定機艙式測風激光雷達WFR算法的輸入量，包括激光激光雷達光束光軸指向角標定激光雷達光束幾何形狀標定激光雷達光束幾何形狀標定應對激光雷達各個光束的相對位置進行標定，具體標定過程如下：利用實體障礙物阻擋光束的軌跡，測量光束在空間中的落點位置；通過光束發(fā)射點位置和空間中被檢光束在空間中的落點位置，計算被檢光束間的夾角；最終測試結果應與激光雷達特定幾何形狀規(guī)定的角度值一致，且標準雷達和測試雷達對應編號光束間的夾角測量精度符合推薦的性能參數指標；1所示，光束幾何形狀標定主要為標定兩光束間的指向夾角βL0、L1、L2由測距儀器測量得出。角度β計算公式如下：?2+?2??2?=acos

0122?0?1

···················································(1)式中，A點表示光束發(fā)射點；L0和L1分別是A點到被檢測光束位置B點和C點的距離；L2是B點到C點的距離。圖1 雙光束機艙激光雷達光束幾何形狀標定激光雷達望遠鏡基座位置標定激光雷達望遠鏡基座位置標定應在標準雷達和測試雷達的望遠鏡基座上安裝雙天線GNSS定位定向裝置，同步獲取雷達的偏航角、俯仰角、橫滾角等姿態(tài)信息。通過調節(jié)測試雷達的擺放位置和地腳，使測試雷達與標準雷達的姿態(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：望遠鏡基座；b：GNSS接收機；c：GNSS天線)激光雷達望遠鏡基座位置具體標定流程如下：5m以內；GNSS1min調節(jié)測試雷達的擺放位置和地腳；1min數據，計算平均值并作相應記錄；測試雷達與標準雷達的偏航角、俯仰角、橫滾角平均值測量精度均應符合標定推薦技術指標。激光雷達視向風速標定標定環(huán)境條件視向速度標定

圖3 無障礙物空間范圍示意圖應將測試雷達各光束上采集到的視向風速和標準雷達對應光束采集到的同時段同一距離門的視向風速信息進行對比，如圖4所示。圖4 視向風速標定測試示意圖測試雷達和標準雷達的時間戳應保持一致并滿足如下同步精度要求：10min48h（288）95%以上；數據分析前應基于外部情況對測量數據進行過濾，例如排除來自地面或平臺的風流扭曲效應1m/s數據分析應適用統(tǒng)計線性回歸分析方法，擬合度檢驗結果應滿足標定推薦技術指標（詳見附A）。視向速度不確定度測試雷達視向速度不確定度的具體計算方法應依據附錄B所述內容進行。標定報告規(guī)范要求激光雷達通用信息激光雷達通用信息如下：激光雷達裝置：生產廠家信息、標定單位信息、型號、生產日期、序列號、固件信息、光束配置；距離門設置信息。光束幾何形狀標定信息光束幾何形狀標定信息如下：角度的定義，例如兩個共面光束視向方向之間的半開角/全開角等；測量裝置說明；描述測量角度方法；測量設備說明；測量角度結果，與標準雷達參考角度間的差異值以及測量的不確定度信息。GNSS標定信息GNSS標定信息如下：測量裝置說明；測量方法說明（IEC61400-50-3B）；測量設備說明；記錄標準雷達偏航角、俯仰角和翻滾角的角度值；標定結果信息：測試雷達偏航角、俯仰角、翻滾角角度值，與標準雷達參考角度值間的差異值以及測量的不確定度信息。視向速度標定結果視向速度標定結果如下：空氣能見度；環(huán)境溫濕度；視向速度采集數據信息；擬合度檢驗結果；視向速度不確定度。歷史標定結果返廠設備所有歷史標定記錄結果。附 錄 A（規(guī)范性）機艙式測風雷達性能參數指標的數據精度范圍表A.1機艙式測風雷達性能參數指標的數據精度范圍參數指標名稱數據精度范圍聚焦距離精度±5m風速數據有效率>95%風速測量準確度±0.1m/s風速偏差標準差＜0.15m/s翻滾角標定準確度±0.02°俯仰角標定準確度±0.02°偏航角標定準確度±0.02°激光束夾角標定準確度±0.1°系統(tǒng)時間標定準確度±6s10min平均風速擬合因子-擬合斜率±0.01510min平均風速擬合因子-擬合截距±0.210min平均風速擬合因子-數據擬合度（R2）＞0.99總則

附 錄 B（規(guī)范性）視向速度不確定度測試雷達視向速度根據標準雷達視向速度?????????雷達視向速度的不確定度?????、測試雷達和標準雷達光束指向的不確定度???標準雷達視向速度之間偏差的統(tǒng)計不確定度?????有關。標準雷達視向速度不確定度?2???+?2???+?2 +????? +?????=

·····································(B.1)???????????????）????????????????的標準雷達因數據采集而產生的不確定度。不同測量空間尺度不確定度由標準雷達和測試雷達的相對位置和不同測量尺度（相比于校準的視向探測長度）引起的不確定度???表示為：???=

···············································(B.2)?2???? +?????2???? +偏差的統(tǒng)計不確定度測量偏差的統(tǒng)計不確定度?????表達式為：?????=

??? (B.3)式中，????是區(qū)間中差值??=(?????????)的標準差（??每間隔10min區(qū)間內計算其標準差）；?是區(qū)間中的數據量。測試雷達視向風速不確定度?2?2????+???2+?????=

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