CN114510846B - 一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备 - Google Patents

一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备，属于机场空管监视雷达影响评估技术领域，解决了现有技术仅对风力发电场与雷达信号的物理视线遮挡进行评估，忽视雷达散射波对空管监视雷达影响评估的问题。包括收集信息步骤；影响判断步骤，判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；安全判断步骤，判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；优化判断步骤，判断风力发电场设计方案是否可优化。本发明更加全面、准确地评估风力发电场对雷达正常工作安全性，并对不符合标准的风力发电场设计方案提出优化建议，提高风力发电场设计方案的可行性。

Description

一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及机场空管监视雷达影响评估技术领域，尤其是涉及一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备。
背景技术
风能作为一种清洁能源，受到世界各国的高度关注，近年来世界风电装机容量一直呈指数飞速增长。机场的选址对净空环境要求较高，因此多数机场周边环境都较为空旷。此种地形也是风机发电适宜的场址地点。因此，随着风力发电产业的不断扩大，风机数量的不断增多，在机场净空管理范围内修建风力发电机的情况也日渐增多。风力发电场作为一种特殊障碍物，除物理高度会影响飞行程序净空障碍物评估外，还会对航管监视雷达等民航监视导航射频设备产生影响。
风力发电场对电磁波的散射具有多普勒特征，可能造成航管监视雷达检测概率下降、虚警概率上升、接收机饱和等现象，不仅会增加航空管制人员和飞行员的操作负荷，还会影响航空器飞行安全。目前，国内针对风力发电场对空管监视雷达的影响分析文献和规范较少，王晓亮等通过KML文件载入Google Earth等三维地理信息系统平台，实现了雷达对风力发电场可见性的评估。通过分析雷达信号是否有可能被遮挡，判断风力发电场是否会对雷达正常工作造成影响。从文献资料可知，该研究仅将雷达作为常规实体障碍物，将信号视作光源，同过它们之间的物理遮挡关系分析风力发电场对监视雷达的影响。而专项针对雷达波散射产生的微多普勒效应对民航航行安全影响的研究更少，因此以上国内专家学者的研究结论较难作为权威评估指标评定风力发电场对空管监视雷达及航空器飞行安全的影响。
另有学者通过研究风机叶片旋转状态下的电磁散射效应，采用数值仿真、数学积分的方法研究雷达的风场无源干扰问题，但目前为止，风机动态叶片的雷达回波难以准确获取，或在获得动态旋转叶片回波仿真时，忽略散射点间距存在的客观离散性。
考虑到以上研究的局限性和针对性，未讨论风机叶片散射波对雷达信号的干扰，故无法严谨准确评估风机动态叶片对航管雷达信号的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电场的安全评估方法、装置及电子设备，解决了现有技术仅对风力发电场与雷达信号的物理视线遮挡进行评估，忽视了雷达散射波对空管监视雷达影响的评估的问题。
第一方面，本发明提供的风力发电场的安全评估方法，包括如下步骤：
收集信息步骤，收集机场信息和风力发电场信息；
影响判断步骤，判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行安全判断步骤；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断步骤，判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行优化判断步骤；
优化判断步骤，判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回收集信息步骤；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果。
进一步的，所述机场信息包括机场的跑道信息、雷达站的地理信息、监视雷达设备的型号和工作原理、机场的地形信息；所述风力发电场信息包括设计方案中待评估的风力发电场的各发电机组地理位置坐标和高程、各发电机组与雷达站的相对方位和距离。
进一步的，所述影响判断步骤，具体包括：
根据收集到的机场的雷达站的地理信息和风力发电场的发电机组的位置信息，依次判断设计方案中的各发电机组是否在空管监视雷达影响范围内；
若有一个或多个发电机组在影响范围内，则需要判断在影响范围内的发电机组影响程度是否满足安全规定；若所有的发电机组都不在影响范围内，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果。
进一步的，所述安全判断步骤，具体包括：
收集在影响范围内的发电机组的详细数据，详细数据包括其结构、材质、旋转特性和工作原理，得出雷达回波的频谱分析；
根据频谱分析结果，通过遮蔽阴影区计算模型和多径效应计算模型，对空管监视雷达信号遮蔽阴影区和多径效应影响进行计算，得出影响计算结果；
根据影响计算结果，依次判断各风电机组对空管监视雷达的影响是否符合安全要求；
若所有的风电机组对空管监视雷达的影响都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若有一个或多个风电机组对空管监视雷达的影响不符合安全要求，则执行优化判断步骤。
进一步的，所述遮蔽阴影区计算模型，具体包括：
阴影区域长度计算模型
Figure GDA0003698805210000031
式中：Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；S为桅杆直径，单位：m；PL为场强损耗，单位dB；
阴影区域高度计算模型
Figure GDA0003698805210000041
式中：Hshadow为阴影区高度，单位：m；k为电磁波延地表传播曲率系数；R为雷达所在位置的地球半径，单位：m；A'为在地球面上雷达与风机顶点连线和风机桅杆的夹角；B'为在地球面上风机顶点与雷达连线和雷达地心垂线的夹角；
阴影区域宽度计算模型
Figure GDA0003698805210000042
式中：h为阴影区宽度，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；Dwr为阴影区长度，单位：m；
通过阴影区域长度计算模型、阴影区域高度计算模型和阴影区域宽度计算模型，对各发电机组所产生的雷达阴影面范围进行计算。
进一步的，所述多径效应计算模型，为：
Figure GDA0003698805210000043
式中：C/I为直接信号和反射信号比率；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；σ为雷达散射截面积，单位dBm2。
进一步的，所述优化判断步骤，具体包括：
根据C/I安全要求值，通过多径效应计算模型反向推出不符合安全要求的发电机组允许的风机叶片的最大截面积，再根据最大截面积数据和雷达散射截面积计算模型，计算出相应的位置数据，将计算出的风机叶片最大截面积和相应的位置数据交给风机设计方判断是否合理可行；
若是，待风机设计方提供新的设计方案后，返回收集信息步骤，评估新的设计方案；若否，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行、影响飞行安全的评估结果；
若新的设计方案中所有的发电机组的风机叶片最大截面积和相应的位置数据都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果，若新的设计方案仍然存在一个或多个发电机组无法满足安全要求，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行的评估结果。
进一步的，所述雷达散射截面积计算模型，包括：
Figure GDA0003698805210000051
式中：σ为雷达散射截面积，单位dBm2；Pthresh为信号接收系统功率阈值；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；Gtw为发射天线在风机方向的增益；Gwr为接收天线在风机方向的增益；Ftw为发射机与风机间的地形衰减；Fwr为风机与接收机间的地形衰减；λ为无线电频率对应的波长，单位：m。
第二方面，本发明还提供一种风力发电场的安全评估装置，包括：
收集信息模块，用于收集机场信息和风力发电场信息；
影响判断模块，用于判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行安全模块；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断模块，用于判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行优化判断模块；
优化判断模块，用于判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回收集信息模块；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果；
收集信息模块，具体用于收集机场的跑道信息、雷达站的地理信息、监视雷达设备的型号和工作原理、机场的地形信息；收集设计方案中待评估的风力发电场的各发电机组地理位置坐标和高程、各发电机组与雷达站的相对方位和距离；
影响判断模块，具体用于根据收集到的机场的雷达站的地理信息和风力发电场的发电机组的位置信息，依次判断设计方案中的各发电机组是否在空管监视雷达影响范围内；若有一个或多个发电机组在影响范围内，则需要判断在影响范围内的发电机组影响程度是否满足安全规定；若所有的发电机组都不在影响范围内，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断模块，具体用于收集在影响范围内的发电机组的详细数据，详细数据包括其结构、材质、旋转特性和工作原理，得出雷达回波的频谱分析；根据频谱分析结果，通过遮蔽阴影区计算模型和多径效应计算模型，对空管监视雷达信号遮蔽阴影区和多径效应影响进行计算，得出影响计算结果；根据影响计算结果，依次判断各风电机组对空管监视雷达的影响是否符合安全要求；若所有的风电机组对空管监视雷达的影响都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若有一个或多个风电机组对空管监视雷达的影响不符合安全要求，则由优化判断模块执行优化判断步骤；
安全判断模块，还用于遮蔽阴影区计算模型的计算，具体包括：阴影区域长度计算模型
Figure GDA0003698805210000061
式中：Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；S为桅杆直径，单位：m；PL为场强损耗，单位dB；阴影区域高度计算模型
Figure GDA0003698805210000071
式中：Hshadow为阴影区高度，单位：m；k为电磁波延地表传播曲率系数；R为雷达所在位置的地球半径，单位：m；A'为在地球面上雷达与风机顶点连线和风机桅杆的夹角；B'为在地球面上风机顶点与雷达连线和雷达地心垂线的夹角；阴影区域宽度计算模型
Figure GDA0003698805210000072
式中：h为阴影区宽度，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；Dwr为阴影区长度，单位：m；通过阴影区域长度计算模型、阴影区域高度计算模型和阴影区域宽度计算模型，对各发电机组所产生的雷达阴影面范围进行计算。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明提供的风力发电场的安全评估方法，从多个角度对风力发电场可能对空管监视雷达可能造成的影响进行评估，更加全面、准确地评估风力发电场对雷达正常工作安全性，并对不符合标准的风力发电场设计方案提出优化建议，提高风力发电场设计方案的可行性。
相应地，本发明实施例提供的一种风力发电场的安全评估装置及电子设备，也同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的风力发电场的安全评估方法的工作流程图；
图2为本发明实施例二提供的的风力发电场的安全评估方法的工作流程图；
图3为本发明实施例二提供的方法的空管监视雷达和风力发电机组位置关系图；
图4为本发明实施例二提供的方法的风力发电机组的结构示意图；
图5a-图5c为本发明实施例二提供的方法的雷达回波的时频图；
图6为本发明实施例二提供的方法的雷达遮蔽阴影面示意图；
图7为本发明实施例三提供的安全评估装置的结构示意图；
图8为本发明实施例四提供的电子设备的结构示意图；
1、收集信息模块；2、影响判断模块；3、安全判断模块；4、优化判断模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供的一种风力发电场的安全评估方法，包括如下步骤：
S101：收集信息步骤，收集机场信息和风力发电场信息；
S102：影响判断步骤，判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行S103步骤；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
S103：安全判断步骤，判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行S104步骤；
S104：优化判断步骤，判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回S101步骤；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果。
从多个角度对风力发电场可能对空管监视雷达可能造成的影响进行评估，更加全面、准确地评估风力发电场对雷达正常工作安全性，并对不符合标准的风力发电场设计方案提出优化建议，提高风力发电场设计方案的可行性。
在一种可能的实施方式中，机场信息包括机场的跑道信息、雷达站的地理信息、监视雷达设备的型号和工作原理、机场的地形信息；风力发电场信息包括设计方案中待评估的风力发电场的各发电机组地理位置坐标和高程、各发电机组与雷达站的相对方位和距离。收集上述信息，以便完成后续的评估工作。
在一种可能的实施方式中，上述S102步骤，具体包括：
根据收集到的机场的雷达站的地理信息和风力发电场的发电机组的位置信息，依次判断设计方案中的各发电机组是否在空管监视雷达影响范围内；
若有一个或多个发电机组在影响范围内，则需要判断在影响范围内的发电机组影响程度是否满足安全规定；若所有的发电机组都不在影响范围内，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果。根据收集到的雷达(台)站的地理信息和风力发电机组的位置信息进行初步分析，重点分析各风力发电机组是否在空管监视雷达影响评估范围内。对于不在影响范围内的机组，根据《空中交通管制二次监视雷达系统技术规范》(MH/T4010-2016)，可认为其不会对雷达信号产生影响，无需进行进一步评估，若机组在影响范围内，则需对其影响进行具体分析。
在一种可能的实施方式中，上述S103步骤，具体包括：
收集在影响范围内的发电机组的详细数据，详细数据包括其结构、材质、旋转特性和工作原理，得出雷达回波的频谱分析；
根据频谱分析结果，通过遮蔽阴影区计算模型和多径效应计算模型，对空管监视雷达信号遮蔽阴影区和多径效应影响进行计算，得出影响计算结果；
根据影响计算结果，依次判断各风电机组对空管监视雷达的影响是否符合安全要求；
若所有的风电机组对空管监视雷达的影响都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若有一个或多个风电机组对空管监视雷达的影响不符合安全要求，则执行S104步骤。
在分析风力发电机组工作原理和雷达性能、工作原理等情况后，基于调研相关数据，对雷达遮蔽阴影面和雷达多径效应进行分析计算，评估风力发电机组对雷达正常工作产生影响的程度。
在一种可能的实施方式中，遮蔽阴影区计算模型，具体包括：
阴影区域长度计算模型
Figure GDA0003698805210000111
式中：Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；S为桅杆直径，单位：m；PL为场强损耗，单位dB；
阴影区域高度计算模型
Figure GDA0003698805210000112
式中：Hshadow为阴影区高度，单位：m；k为电磁波延地表传播曲率系数；R为雷达所在位置的地球半径，单位：m；A'为在地球面上雷达与风机顶点连线和风机桅杆的夹角；B'为在地球面上风机顶点与雷达连线和雷达地心垂线的夹角；
阴影区域宽度计算模型
Figure GDA0003698805210000113
式中：h为阴影区宽度，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；Dwr为阴影区长度，单位：m；
通过阴影区域长度计算模型、阴影区域高度计算模型和阴影区域宽度计算模型，对各发电机组所产生的雷达阴影面范围进行计算。
在一种可能的实施方式中，多径效应计算模型，为：
Figure GDA0003698805210000114
式中：C/I为直接信号和反射信号比率；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；σ为雷达散射截面积，单位dBm2。
在一种可能的实施方式中，所述S104步骤，具体包括：
根据C/I安全要求值，通过多径效应计算模型反向推出不符合安全要求的发电机组允许的风机叶片的最大截面积，再根据最大截面积数据和雷达散射截面积计算模型，计算出相应的位置数据，将计算出的风机叶片最大截面积和相应的位置数据反馈给风机设计方判断是否合理可行；
若是，待风机设计方提供新的设计方案后，返回收集信息步骤，评估新的设计方案；若否，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行、影响飞行安全的评估结果；
若新的设计方案中所有的发电机组的风机叶片最大截面积和相应的位置数据都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果，若新的设计方案仍然存在一个或多个发电机组无法满足安全要求，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行的评估结果。
进一步对不符合标准的风力发电项目提出优化建议，提高项目的可行性。
在一种可能的实施方式中，雷达散射截面积计算模型，包括：
Figure GDA0003698805210000121
式中：σ为雷达散射截面积，单位dBm2；Pthresh为信号接收系统功率阈值；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；Gtw为发射天线在风机方向的增益；Gwr为接收天线在风机方向的增益；Ftw为发射机与风机间的地形衰减；Fwr为风机与接收机间的地形衰减；λ为无线电频率对应的波长，单位：m。
实施例二：
如图2所示，通过查询资料与实际采样相结合的方式，对某机场和相关空管监视雷达的基本信息进行了初步收集。
查询项目方案，得到待评估风力发电机组的基本信息。
风力发电机组与二次雷达相对位置关系
编号 高度(m) 相对雷达站方位(°) 相对雷达站距离(m)
#1 190.0 355.59 16279.3
#2 190.0 358.83 14895.9
#3 190.0 0.76 14833.5
#4 190.0 359.9 14539.7
#5 190.0 3.36 13586.8
根据收集的相关数据信息，绘制出二次雷达与风力发电机组的相对位置信息。
如图3所示，经过计算分析可知，位置点2、3、4、5位于雷达影响范围内。位置点1位于雷达影响范围外，可予以排除，无需进行后续评估。
由于本风力发电机组有部分建筑在雷达信号影响区范围内，根据相关规定，需通过详细评估，以确定是否对飞行安全及二次雷达的正常运行构成不利影响。
对涉及到的风力发电机组进一步收集相关数据。收集到的主要技术数据如下表所示：
风力发电机组主要技术数据
Figure GDA0003698805210000131
Figure GDA0003698805210000141
如图4所示，通过分析可知，风力发电机组对雷达信号的影响主要包括主机叶片材质和风机叶片旋转可能产生的反射波。如图5a至图5c所示，通过对风轮机雷达回波的时频分析，可初步判断出风机旋转时产生的反射信号可能与P6脉冲段中的同步相位在时间上叠加，可能造成应答机无法识别同步相位反转而不予应答，影响雷达正常工作。因此需要开展各风机对雷达的影响详细评估。
如图6所示，依据计算模型，计算得出雷达信号遮蔽阴影区尺寸。由于多座风机尺寸可能存在相互叠加，因此按照计算结果将相对应遮蔽区在CAD中绘制出，进而直观地分析出各遮蔽区域的实际分布情况。
雷达信号遮蔽阴影区计算表
编号 阴影区(长×高×宽)(m)
#1 -
#2 929×201×33
#3 929×201×33
#4 931×201×33
#5 935×202×33
将数据带入公式
Figure GDA0003698805210000151
计算得出风机叶片的最大允许散射截面积σ，并基于σ计算出雷达多径效应最小可接受的风力发电机组与雷达间的距离Dwr。
雷达多径效应最大允许散射截面积和距离计算表
编号 σ(dBm<sup>2</sup>) D<sub>wr</sub>(m)
#1 - -
#2 35.04 5037.7
#3 35.00 5016.6
#4 34.83 4917.2
#5 34.24 4595
得出结论，该风力发电场设计方案对雷达影响的遮蔽范围较小，同时，各风力发电机组均处于雷达多径效应影响范围之外。
根据计算分析结果，对风力发电场项目给出建议，在风力发电机组风机叶片面积小于计算结果的情况下，项目满足雷达安全运行的规范要求。
实施例三：
如图7所示，本发明实施例还提供一种风力发电场的安全评估装置，包括：
收集信息模块1，用于收集机场信息和风力发电场信息；
影响判断模块2，用于判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行安全模块；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断模块3，用于判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行优化判断模块；
优化判断模块4，用于判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回收集信息模块；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果。
实施例四：
本发明实施例还提供一种电子设备，如图8所示，电子设备800包括存储器801、处理器802，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例提供的方法的步骤。
如图8所示，电子设备还包括：总线803和通信接口804，处理器802、通信接口804和存储器801通过总线803连接；处理器802用于执行存储器801中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器801可能包含高速随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口804(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线803可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器801用于存储程序，所述处理器802在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器802中，或者由处理器802实现。
处理器802可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器802中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器802可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器801，处理器802读取存储器801中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
对应于上述方法，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。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，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
又例如，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，再例如，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通信接口，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。
所述功能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，本发明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)执行本发明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(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种风力发电场的安全评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
收集信息步骤，收集机场信息和风力发电场信息；
影响判断步骤，判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行安全判断步骤；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断步骤，判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行优化判断步骤；
优化判断步骤，判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回收集信息步骤；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果；
所述机场信息包括机场的跑道信息、雷达站的地理信息、监视雷达设备的型号和工作原理、机场的地形信息；所述风力发电场信息包括设计方案中待评估的风力发电场的各发电机组地理位置坐标和高程、各发电机组与雷达站的相对方位和距离；
所述影响判断步骤，具体包括：
根据收集到的机场的雷达站的地理信息和风力发电场的发电机组的位置信息，依次判断设计方案中的各发电机组是否在空管监视雷达影响范围内；
若有一个或多个发电机组在影响范围内，则需要判断在影响范围内的发电机组影响程度是否满足安全规定；若所有的发电机组都不在影响范围内，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
所述安全判断步骤，具体包括：
收集在影响范围内的发电机组的详细数据，详细数据包括其结构、材质、旋转特性和工作原理，得出雷达回波的频谱分析；
根据频谱分析结果，通过遮蔽阴影区计算模型和多径效应计算模型，对空管监视雷达信号遮蔽阴影区和多径效应影响进行计算，得出影响计算结果；
根据影响计算结果，依次判断各风电机组对空管监视雷达的影响是否符合安全要求；
若所有的风电机组对空管监视雷达的影响都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若有一个或多个风电机组对空管监视雷达的影响不符合安全要求，则执行优化判断步骤；
所述遮蔽阴影区计算模型，具体包括：
阴影区域长度计算模型
Figure FDA0003698805200000021
式中：Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；S为桅杆直径，单位：m；PL为场强损耗，单位dB；
阴影区域高度计算模型
Figure FDA0003698805200000022
式中：Hshadow为阴影区高度，单位：m；k为电磁波延地表传播曲率系数；R为雷达所在位置的地球半径，单位：m；A'为在地球面上雷达与风机顶点连线和风机桅杆的夹角；B'为在地球面上风机顶点与雷达连线和雷达地心垂线的夹角；
阴影区域宽度计算模型
Figure FDA0003698805200000023
式中：h为阴影区宽度，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；Dwr为阴影区长度，单位：m；
通过阴影区域长度计算模型、阴影区域高度计算模型和阴影区域宽度计算模型，对各发电机组所产生的雷达阴影面范围进行计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多径效应计算模型，为：
Figure FDA0003698805200000031
式中：C/I为直接信号和反射信号比率；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；σ为雷达散射截面积，单位dBm2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化判断步骤，具体包括：
根据C/I安全要求值，通过多径效应计算模型反向推出不符合安全要求的发电机组允许的风机叶片的最大截面积，再根据最大截面积数据和雷达散射截面积计算模型，计算出相应的位置数据，将计算出的风机叶片最大截面积和相应的位置数据反馈给风机设计方判断是否合理可行；
若是，待风机设计方提供新的设计方案后，返回收集信息步骤，评估新的设计方案；若否，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行、影响飞行安全的评估结果；
若新的设计方案中所有的发电机组的风机叶片最大截面积和相应的位置数据都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果，若新的设计方案仍然存在一个或多个发电机组无法满足安全要求，则结束安全评估并输出项目影响雷达正常运行的评估结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述雷达散射截面积计算模型，包括：
Figure FDA0003698805200000041
式中：σ为雷达散射截面积，单位dBm2；Pthresh为信号接收系统功率阈值；Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；Gtw为发射天线在风机方向的增益；Gwr为接收天线在风机方向的增益；Ftw为发射机与风机间的地形衰减；Fwr为风机与接收机间的地形衰减；λ为无线电频率对应的波长，单位：m。
5.一种风力发电场的安全评估装置，其特征在于，包括：
收集信息模块，用于收集机场信息和风力发电场信息；
影响判断模块，用于判断风力发电场设计方案中的发电机组是否在机场雷达影响评估范围内；若是，则执行安全模块；若否，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断模块，用于判断在机场雷达影响评估范围内的发电机组是否符合安全要求；若是，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若否，则执行优化判断模块；
优化判断模块，用于判断风力发电场设计方案是否可优化；若是，则对设计方案进行优化，并返回收集信息模块；若否，则结束安全评估并输出设计方案影响飞行安全的评估结果；
收集信息模块，具体用于收集机场的跑道信息、雷达站的地理信息、监视雷达设备的型号和工作原理、机场的地形信息；收集设计方案中待评估的风力发电场的各发电机组地理位置坐标和高程、各发电机组与雷达站的相对方位和距离；
影响判断模块，具体用于根据收集到的机场的雷达站的地理信息和风力发电场的发电机组的位置信息，依次判断设计方案中的各发电机组是否在空管监视雷达影响范围内；若有一个或多个发电机组在影响范围内，则需要判断在影响范围内的发电机组影响程度是否满足安全规定；若所有的发电机组都不在影响范围内，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；
安全判断模块，具体用于收集在影响范围内的发电机组的详细数据，详细数据包括其结构、材质、旋转特性和工作原理，得出雷达回波的频谱分析；根据频谱分析结果，通过遮蔽阴影区计算模型和多径效应计算模型，对空管监视雷达信号遮蔽阴影区和多径效应影响进行计算，得出影响计算结果；根据影响计算结果，依次判断各风电机组对空管监视雷达的影响是否符合安全要求；若所有的风电机组对空管监视雷达的影响都符合安全要求，则结束安全评估并输出满足安全要求的评估结果；若有一个或多个风电机组对空管监视雷达的影响不符合安全要求，则由优化判断模块执行优化判断步骤；
安全判断模块，还用于遮蔽阴影区计算模型的计算，具体包括：阴影区域长度计算模型
Figure FDA0003698805200000051
式中：Dwr为接收机到发电机组的距离，单位：m；Dtw为发射机到发电机组的距离，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；S为桅杆直径，单位：m；PL为场强损耗，单位dB；阴影区域高度计算模型
Figure FDA0003698805200000052
式中：Hshadow为阴影区高度，单位：m；k为电磁波延地表传播曲率系数；R为雷达所在位置的地球半径，单位：m；A'为在地球面上雷达与风机顶点连线和风机桅杆的夹角；B'为在地球面上风机顶点与雷达连线和雷达地心垂线的夹角；阴影区域宽度计算模型
Figure FDA0003698805200000053
式中：h为阴影区宽度，单位：m；λ为无线电频率对应的波长，单位：m；Dwr为阴影区长度，单位：m；通过阴影区域长度计算模型、阴影区域高度计算模型和阴影区域宽度计算模型，对各发电机组所产生的雷达阴影面范围进行计算。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一项所述的方法的步骤。
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