CN111175537A - 风速测量系统 - Google Patents

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CN111175537A CN202010124271.3A CN202010124271A CN111175537A CN 111175537 A CN111175537 A CN 111175537A CN 202010124271 A CN202010124271 A CN 202010124271A CN 111175537 A CN111175537 A CN 111175537A
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兰水泉
鞠苏荣
丁林
王道欣
张云超
葛文涛
袁兴德
梁卉林
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Abstract

本申请实施例公开了一种风速测量系统，用于在空中进行风速测量。本申请实施例包括：一种风速测量系统，包括：固定装置、连接装置、测量装置和动力装置；所述固定装置可以将所述风速测量系统固定在其他物体上，所述固定装置通过所述连接装置与所述测量装置连接；所述连接装置用于连接所述测量装置或所述动力装置；所述测量装置包括平衡单元和测量单元，其中，测量单元用于测量风速大小并记录所述测量装置的位置变化，所述平衡单元用于调整所述测量单元的倾斜角度，使得所述测量单元可以测量水平方向的风速；所述动力装置用于为所述风速测量系统提供向上的升力。

Description

风速测量系统
技术领域
本申请实施例涉及风速测量领域，具体涉及一种风速测量系统。
背景技术
风速测量是风电的开发过程中的重要一环。在规划海上风电场时，需要对该地区的风资源进行评估，准确把握海域内风的变化特征，为海上风电开发提供必要的数据支撑
海上测风塔达是现阶段进行海上测风工作的传统方法。测风塔主要是通过海上施工作业，利用绗架和混凝土等固定在某个点位。由于海上施工困难，这样的测风成本较为昂贵，海上测风塔的施工成本可能高达上千万元，施工成本大，且施工周期长。
因此，需要为海上的风速测量工作一种成本较低的风速测量系统。
发明内容
本申请提供了一种风速测量系统，可以快速部署，以进行风速的测量工作。本申请第一种实施方式提供给的风速测量系统包括：
固定装置、连接装置、测量装置和动力装置；
所述固定装置可以将所述风速测量系统固定在其他物体上，所述固定装置通过所述连接装置与所述测量装置连接；
所述连接装置用于连接所述测量装置或所述动力装置；
所述测量装置包括平衡单元和测量单元，其中，所述测量单元用于测量风速大小并记录所述测量装置的位置变化，所述平衡单元用于调整所述测量单元的倾斜角度，使得所述测量单元可以测量水平方向的风速；
所述动力装置用于为所述风速测量系统提供向上的升力。
基于本申请第一种实施方式，本申请提供的第二种实施方式中，所述连接单元具有向上的升力。
基于本申请第一种实施方式，或本申请提供的第二种实施方式，在本申请提供的第三种实施方式中，所述测量装置还包括测量所述测量装置的加速度的加速度测量单元。
基于本申请第一种实施方式，或本申请提供的第二种实施方式，或本申请提供的第三种实施方式，在本申请提供的第四种实施方式中，所述连接装置内设有传输测量信息的电缆。
基于本申请第一种实施方式，或本申请提供的第二种实施方式，或本申请提供的第三种实施方式，或本申请提供的第四种实施方式，在本申请提供的第五种实施方式中，所述测量装置还包括发送测量信息的发送单元。
基于本申请提供的第五种实施方式，在本申请提供的第六种实施方式中，所述发送单元通过无线电波发送所述测量信息；所述测量装置还包括中继单元，所述中继单元用于接收并转发其他测量装置的测量信息。
基于上述任意一种实施方式，在本申请提供的第七种实施方式中，所述连接装置与其他装置的连接是可拆卸的。
基于上述任意一种实施方式，在本申请提供的第八种实施方式中，所述风速测量系统还包括记录测量信息的数据记录装置。
基于上述任意一种实施方式，在本申请提供的第九种实施方式中，所述风速测量系统的各装置经过了抗腐蚀处理。
基于上述任意一种实施方式，在本申请提供的第十种实施方式中，所述测量装置为球形。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请通过浮力装置将风速测量设备送入空中测量风速，而不需要进行昂贵的固定绗架或混凝土的施工流程，大大降低了风速测量的成本，尤其是降低了海上风速测量的成本。
附图说明
图1为本申请提供的一个实施例示意图；
图2为本申请提供的一个实施例示意图；
图3为本申请提供的一个实施例示意图；
图4为本申请提供的一个实施例示意图；
图5为本申请提供的一个实施例示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种无绗架的风速测量系统，用于测量风速，尤其用于测量海上风速。
风电的开发，首先要对该地区的风资源进行评估。为了准确把握海域内风的变化特征，为海上风电开发提供必要的数据支撑，开发前的首要步骤就是进行指定海域的测风工作。海上测风塔或激光雷达是现阶段进行海上测风工作的传统方法。
当前的测风雷达本身较为昂贵，且测风雷达需要安装在某个固定平台上，或为漂浮式。而测风塔主要是通过海上施工作业，利用绗架结构和混凝土等固定在某个点位，施工周期长。无论哪种方式，测风成本都较为昂贵，海上测风塔的设立价格更是高至千万级别，施工周期长，且不便运输。海上测风塔建成后，拆除成本也较高。
总之，现有的测风方法，无论从成本、施工周期、还是二次回收利用上来讲，均存在较大的缺陷。
因此，本申请提出了一种低成本的无绗架的风速测量系统，能够对海上风速进行测量。
请参阅图1，本申请所提供的风速测量系统的一个实施例包括固定装置10、连接装置20、测量装置30和动力装置40。在测风时，动力装置40漂浮在空中，在海面上或海面下设有固定装置10，固定装置10通过连接装置20连接测量装置30，动力装置40与固定装置10之间设有多个测量装置，各测量装置30之间也通过连接装置20连接。
在风速测量系统的顶端设有动力装置40。动力装置40内充有氦气或其他气体，从而使得动力装置40具有向上的浮力。动力装置40通过连接装置20连接一个测量装置30。动力装置40的动力来源也可以是由类似螺旋桨或喷射器等动力机械提供的升力，技术上也是可行的。
动力装置40通过连接装置20连接一个测量装置30。为了避免测量装置30因风速吹动而旋转，优选的方式是将测量装置设计为圆球性或其他风阻较小形状，使得测量装置30在迎风面上的受力基本均匀。风速测量系统包括多个测量装置，其中每个测量装置30都与其他测量装置30连接，其中高度最高的测量装置30通过连接装置20与动力装置40连接，高度最低的测量装置30与海中的固定装置10连接，其余每个测量装置30都与另外两个测量装置30通过连接装置30依次连接。无风状态下，风速测量系统从上到下依次排布有一个浮空的动力装置40，若干个测量装置30和一个在海中的固定装置10，且各装置都通过连接装置30依次连接，且各装置在地面上的投影在同一位置，可以称此时测量装置30的位置处于原点。
具体地，连接装置30可以是柔性的绳缆，连接装置30也可以是硬质的连接杆，通过环扣连接其他装置。当横风经过时，测量装置30会被吹离原有位置，测量时的高度和位置会变化。可选地，连接装置30也可以具有一定的升力，例如连接装置30本身是中空的，在连接装置30内充入氦气或其他较小密度的气体，从而使得连接装置30与动力装置40共同为风速测量系统提供升力。
固定装置10主要起固定作用，用来维持风速测量系统在固定位置或海域，使其不被海风或洋流带走。例如固定装置10可以是一个沉箱，当风速测量系统被拖到指定海域时，将沉箱沉入水中；或者固定装置10是一个锚，测风时将固定装置10沉入海底。固定装置10也可以仅作为一个固定件，将整个风速测量系统固定在船只、锚或者其他浮动平台上。固定装置10的具体形态此处不作限定。
请参阅图2，当仅在较低的高度存在横风时，测量装置30会被吹离原点。如果在高空横风风速较大，较低处横风风速较小，可以参阅图3。另外，在特殊情况下，如果不仅存在横风，还存在从下向上的上升气流，那么可能会导致测量装置30被吹到比动力装置40更高的高度，但是并不影响本系统的正常运行。测量装置30为本申请的重要部分，请参阅图5，测量装置30两端设有连接装置20，测量装置30可以包括测量单元和平衡单元。其中测量单元主要有多个传感器，一方面用来测量测量装置30周围的风速，另一方面用来测量测量装置30相对于原点偏移的距离和当前高度。具体的，可以在测量装置30上布置多个热线风速仪或激光测速仪，测量周围的气溶胶流速，得到周围气体的流速，并对比不同位置的流速得到风向，共同组成风速信息。测量单元也可以通过传统的风杯式风速计测量风速，这种情况下风速信息仅包括风速的大小数据，而不包括风向数据。请参阅图3，如果高空风速较大，低空风速较小，那么高空中的测量装置30会被吹离远点更远。
由于被吹动时，测量装置30会产生一定程度的倾斜，因此测量装置30还设有平衡单元，当测量装置30产生倾角时，平衡单元会维持测量单元在水平状态，使测量单元的测量到的风速仍为水平方向的风速。例如，采用陀螺仪测量倾斜的角度，当测量装置30产生了15度的倾角时，平衡单元的电机控制测量单元反方向转动15度，对测量装置30的倾角进行补偿。或者在测量装置30内设置重心在下方的平衡单元，无论测量装置30倾斜多大角度，较重的平衡单元都会因重力的管理垂直向下，带动测量单元维持水平的测量方向。
由于测量单元直接测量的是测量装置30相对于周围空气的流速，但测量装置30被吹动时，由于测量装置与地面产生了相对运动，测得的风速数据会有误差。而我们需要的风速信息是地面相对于空气的流速。可选地，为了消除误差，以下提供了两种方案来消除误差，使得测量更加精确。一种方法是，通过测量单元实时记录的距离原点的偏移量，计算出测量装置30的运动速度，对测量单元的直接测得的风速信息进行补偿。另一种方法是，在测量装置30中加设加速度测量单元，利用测得的加速度信息计算测量装置30的运动速度，从而对风速信息进行补偿。按照测量装置30的运动速度进行补偿后，可以消除因为测量装置30的移动而产生的误差，还可以将风速测量系统固定在行进的船只上，在航行中测量不同地点的风速。
进一步地，本系统还包括数据记录装置，测量装置30测得的风速信息可以通过有线或无线的方式传输到数据记录装置中。数据记录装置与固定装置10整合在一起，也可以与动力装置40整合在一起。将风速测量系统设置在指定位置采集了足够的测量信息后，减小动力装置40升力，回收风速测量系统，从数据记录装置中读取测量信息。具体地，如果采用有线的方式传输测量信息，则可以在连接装置20内设置电缆，使得连接装置20兼具数据传输的功能，将测量信息发送到数据记录装置或其他终端。也可以采用无线的方式传输测量信息，在测量装置30上安装无线收发器，将测量装置30测得的测量信息通过无线电波发送到数据记录装置或其他终端，如果各测量装置30距离较远，无线电波信号强度不足，可以在测量装置30上设置用于接收并转发其他测量装置的测量信息的中继单元。
优选的，本申请的风速测量系统可以对各装置进行抗腐蚀处理，避免因为海水腐蚀导致本系统快速老化、精度下降，延长使用寿命。
可以看出，本申请提供的风速测量系统能通过动力装置40布置在指定高度，并通过多个测量装置30的协同配合，来测量不同高度的风速信息。
本系统未进行安装时，占用空间较少，运输简便。连接装置20与其他装置的连接可以设计为可拆卸的，从而在需要安装时，测量装置30的数量、连接装置20的长度还可以根据具体工程的需要进行模块化装配。
本申请的风速测量系统未安装时，占用空间较小，重量也较轻，不需要像固定的测风塔一样进行基座和绗架的施工。以氦气球作为动力装置40为例，通过船只运输本风速测量系统到指定海域，安装时只需要将固定装置10设置在海中，同时向氦气球内充入气体，就可以完成风速测量系统的快速部署。回收时，控制氦气球逐步放出气体，减小升力，动力装置40、连接装置20和测量装置30从空中落下，就可以从海面上快速回收风速测量系统，以备下次使用。此外，在陆地上同样可以使用本系统进行风速的测量工作，免去搭建绗架的繁琐步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种风速测量系统，其特征在于，包括：
固定装置、连接装置、测量装置和动力装置；
所述固定装置可以将所述风速测量系统固定在其他物体上，所述固定装置通过所述连接装置与所述测量装置连接；
所述连接装置用于连接所述测量装置或所述动力装置；
所述测量装置包括平衡单元和测量单元，其中，所述测量单元用于测量风速大小并记录所述测量装置的位置变化，所述平衡单元用于调整所述测量单元的倾斜角度，使得所述测量单元可以测量水平方向的风速；
所述动力装置用于为所述风速测量系统提供向上的升力。
2.根据权利要求1所述的风速测量系统，其特征在于，所述连接单元具有向上的升力。
3.根据权利要求1所述的风速测量系统，其特征在于，所述测量装置还包括测量所述测量装置的加速度的加速度测量单元。
4.根据权利要求1所述的风速测量系统，其特征在于，所述连接装置内设有传输测量信息的电缆。
5.根据权利要求1所述的风速测量系统，其特征在于，所述测量装置还包括发送测量信息的发送单元。
6.根据权利要求5所述的风速测量系统，其特征在于，所述发送单元通过无线电波发送所述测量信息；所述测量装置还包括中继单元，所述中继单元用于接收并转发其他测量装置的测量信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的风速测量系统，其特征在于，所述连接装置与其他装置的连接是可拆卸的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的风速测量系统，其特征在于，所述风速测量系统还包括记录测量信息的数据记录装置。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的风速测量系统，其特征在于，所述风速测量系统的各装置经过了抗腐蚀处理。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的风速测量系统，其特征在于，所述测量装置为球形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113562119A (zh) * 2021-08-24 2021-10-29 上海交通大学 一种测量深海剖面流的装置和方法

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