LUFFT超声波风传感器在风功率预测市场的应用

2022.5.07

哈希水质分析仪器（上海）有限公司

前言

风电功率预测是指对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，以便安排调度计划。风功率预测意义重大：

通过风功率预测系统的预测结果，电网调度部门可以合理安排发电计划，减少系统的旋转备用容量，提高电网运行的经济性；
提前预测风功率的波动，合理安排运行方式和应对措施，提高电网的安全性和可靠性；
对风电进行有效调度和科学管理，提高电网接纳风电的能力；
指导风电场的计划检修，提高风电场运行的经济性。

测风塔系统

测风塔系统是风功率预测重要组成部分，其包括：风塔、传感器、电源、数据处理存储装置、安全与保护装置和传输设备等。传感器分为风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器等，用来测量指定的环境参数为风功率预测提供依据。其中风速风向传感器以机械式和超声波测量为主。

机械式风速风向传感器造价低，但是也存在着非常明显的缺陷：

风速升高或降低时，由于惯性作用，升速或减速慢；
有活动部件，极易磨损，易受沙尘等恶劣天气的损耗，易受冰冻、雨雪干扰，需定期维护；
对于阵风测量精度低；
启动风速阈值高；
风杯受到的风压力正比于空气密度，空气密度的变化将会影响测量精度；
风速和风向分立式，需要单独拉线，成本增加；
本地采集端需要数据采集器进行模拟量到数字量的转换，成本增加

而超声波风速风向仪很好地解决了以上的不足，技术成熟，安装方便，同时数字接口输出，可以节省本地数据采集器的成本。

Lufft测风塔解决方案

Lufft作为全球专业的气象传感器供应商，其提供的超声波传感器WS200-UMB和气象五参数WS500-UMB很好地满足地测风塔数据的要求。WS200-UMB可以安装在30米、50米、70米和80米测量风速和风向，而WS500-UMB安装在10米高度测量风速、风向、温度、湿度和气压等参数。

本文将从组成、传感器、数据采集、供电、防雷和通讯等几个方面阐述。

系统组成

根据规范要求，系统配置包括：传感器（4* WS200，1*WS500）、机箱、太阳能板、电池和支架等组成。其中机箱内含有：电源模块、太阳能控制器、数据采集模块、通信模块，防雷模块、开关和接线端子等部件。

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Lufft测风塔系统框图

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现场安装示意图

传感器参数

气象五参数WS500-UMB可以测量风速、风向、温度、湿度、露点温度、空气密度和气压，并配备电子罗盘，修正真风向。同时输出测量质量，判别测量输出数据的有效性。超声风探头配备加热功能，供电允许的情况下，有效抵制结冰积雪。

WS200-UMB WS500-UMB

Lufft超声风传感器和气象五参数，性能良好，提供的数据丰富，产品特色总结如下:

数字接口输出，无需外接数据采集器进行模数转换，可以直接连接数字通信模块（光端机或DTU），降低成本；
除基本数据外，气象五参数还可以输出空气密度和风速风向的标准偏差数据；
配备电子罗盘，现场安装施工难度大，人为调正北指向误差大，可用设备自身的修正风向；
通过配置传感器参数，可以通过预留的接口连接第三方降水传感器，数字接口统一输出；
探头具备加热功能，供电允许的情况下，可以有效防止结冰引起传感器的无法测量的问题，保证数据的完整性；
测风质量是Lufft产品特有的技术指标，是传感器自身在测量过程中，单位时间内测量的有效次数与总次数比值的百分比；其体现了测量数据的有效性，尤其是同一地点不同设备输出数据的差别比较大的情况下，判断孰优孰劣的有力依据。