一种风速风向测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种风速风向测量方法及装置，具体涉及风速风向测量。所述方法包括根据预设参数集、系留气球在x轴方向上的真实加速度、方向角和在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量；根据预设参数集、系留气球在y轴方向上的真实加速度、方向角和在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量；根据预设参数集、系留气球在z轴方向上的真实加速度、重力、系留气球受到的浮力和在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量；根据风速在x轴方向上的分量、在y轴方向上的分量和在z轴方向上的分量计算风速、风的俯仰角和方向角；根据风的俯仰角和方向角确定风向。本发明专利技术可提高风速风向测量结果的精度。结果的精度。结果的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种风速风向测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及风速风向
，特别是涉及一种风速风向测量方法及装置。

技术介绍

[0002]风能是一种清洁的可再生能源，利用风力发电是获取能源的有效途径。建立风力发电厂，首先需要对选址高空的风能进行评估，现有的《一种高空风能资源测量装置及方法》的专利技术专利中提到了一种基于氦气艇不同运动状态下的风速风向测量方法，该专利技术专利中的测量原理为：将氦气艇在高空中的运动状态分为六种，分别为：无风静止状态、有风静止状态、竖直面的匀速圆周运动、竖直面的变速圆周运动、变轨运动、水平面的匀速圆周运动。根据不同运动状态模型，建立对应的多个力学模型和力学平衡方程，导出氦气艇在不同运动状态下的风速风向测量公式。
[0003]根据《一种高空风能资源测量装置及方法》的专利技术专利测量原理可知，需要测量风速风向，首先需要通过风洞试验获取氦气艇的阻力系数、阻力面积、升力系数、升力面积。其次是通过传感器获取氦气艇三轴加速度、姿态角，系留点拉力，绳索倾角等相关参数，并使用姿态角修正氦气艇的三轴加速度。然后再对氦气艇的运动状态进行判断，将传感器测得的参数带入对应运动状态的风速风向计算公式，即可计算出氦气艇相对于风的速度和方向，再通过氦气艇的运动速度进行修正，最终得到真实的风速和风向。
[0004]因此，《一种高空风能资源测量装置及方法》的专利技术专利提到的风速风向测量原理的主要缺点为测量的风速风向的准确度低，具体表现为：
[0005]①
由于氦气艇的形状结构非常复杂，在高空中的阻力面积和升力面积会随着氦气艇姿态的变化而发生变化，因此，阻力和升力的计算将受到氦气艇姿态的影响，而《一种高空风能资源测量装置及方法》并没有明确给出阻力面积、升力面积和氦气艇姿态的函数关系。
[0006]②
由于气艇在高空中有六种运动状态，因此对运动状态的判断是非常复杂的，并且会增加测量的复杂度，运动状态的判断也直接影响到风速风向测量的精度。
[0007]③
该测量原理测得的风速是二维的，仅能测量高空风速在水平面上的分量。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种风速风向测量方法及装置，可提高风速风向测量结果的精度。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]一种风速风向测量方法，包括：
[0011]获取预设参数集、系留气球的重力、系留气球受到的浮力、系留气球的方向角、系留气球在x轴方向上的真实加速度、系留气球在y轴方向上的真实加速度和系留气球在z轴方向上的真实加速度；所述预设参数集包括系留气球的总质量、系留气球受到的拉力、系留气球的倾角、空气密度和系留气球的迎风面积；所述系留气球的总质量为系留气球的质量、
传感器盒质量和所述系留气球内部气体质量之和；所述传感器盒设置在所述系留气球上；
[0012]根据所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度，计算所述系留气球在x轴方向上的速度、所述系留气球在y轴方向上的速度和所述系留气球在z轴方向上的速度；
[0013]根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量；
[0014]根据所述预设参数集、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量；
[0015]根据所述预设参数集、所述系留气球在z轴方向上的真实加速度、所述系留气球的重力、所述系留气球受到的浮力和所述系留气球在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量；
[0016]根据所述风速在x轴方向上的分量、所述风速在y轴方向上的分量和所述风速在z轴方向上的分量计算风速和风向，所述风向包括风的俯仰角和风的方向角。
[0017]可选的，当所述系留气球仅存在俯仰角时，根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的俯仰角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；确定所述系留气球在y轴方向上的加速度为所述系留气球在y轴方向上的真实加速度；
[0018]当所述系留气球仅存在滚转角时，确定所述系留气球在x轴方向上的加速度为所述系留气球在x轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在y轴方向上的加速度、所述系留气球的滚转角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；
[0019]当所述系留气球仅存在航向角时，确定所述系留气球在z轴方向上的加速度为所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的航向角和所述系留气球在y轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在y轴方向上的真实加速度。
[0020]可选的，所述根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量，具体包括：
[0021]根据公式
[0022][0023]计算风速在x轴方向上的分量，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，m表示系留气球的总质量，a
x
表示系留气球在x轴方向上的真实加速度，T表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、α表示系留气球的方向角，ρ
air
表示空气密度，S
D
表示系留气球的迎风面积，C
D
表示系留气球表面阻力系数，v
球x
表示系留气球在x轴方向上的速度，sign()表示符号函数。
[0024]可选的，所述根据所述根据所述预设参数集、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的
分量，具体包括：
[0025]根据公式
[0026][0027]计算风速在y轴方向上的分量，其中，v
风y
表示风速在y轴方向上的分量，m表示系留气球的总质量，a
y
表示系留气球在y轴方向上的真实加速度，T表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、α表示系留气球的方向角，ρ
air
表示空气密度，S
D
表示系留气球的迎风面积，C
D
表示系留气球表面阻力系数，v
球y
表示系留气球在y轴方向上的速度，sign()表示符号函数。
[0028]可选的，所述根据所述预设参数集、所述系留气球在z轴方向上的真实加速度、所述系留气球的重力、所述系留气球受到的浮力和所述系留气球在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量，具体包括：
[0029]根据公式
[0030][0031]计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风速风向测量方法，其特征在于，包括：获取预设参数集、系留气球的重力、系留气球受到的浮力、系留气球的方向角、系留气球在x轴方向上的真实加速度、系留气球在y轴方向上的真实加速度和系留气球在z轴方向上的真实加速度；所述预设参数集包括系留气球的总质量、系留气球受到的拉力、系留气球的倾角、空气密度和系留气球的迎风面积；所述系留气球的总质量为系留气球的质量、传感器盒质量和所述系留气球内部气体质量之和；所述传感器盒设置在所述系留气球上；根据所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度，计算所述系留气球在x轴方向上的速度、所述系留气球在y轴方向上的速度和所述系留气球在z轴方向上的速度；根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量；根据所述预设参数集、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量；根据所述预设参数集、所述系留气球在z轴方向上的真实加速度、所述系留气球的重力、所述系留气球受到的浮力和所述系留气球在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量；根据所述风速在x轴方向上的分量、所述风速在y轴方向上的分量和所述风速在z轴方向上的分量计算风速和风向，所述风向包括风的俯仰角和风的方向角。2.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，当所述系留气球仅存在俯仰角时，根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的俯仰角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；确定所述系留气球在y轴方向上的加速度为所述系留气球在y轴方向上的真实加速度；当所述系留气球仅存在滚转角时，确定所述系留气球在x轴方向上的加速度为所述系留气球在x轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在y轴方向上的加速度、所述系留气球的滚转角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；当所述系留气球仅存在航向角时，确定所述系留气球在z轴方向上的加速度为所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的航向角和所述系留气球在y轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在y轴方向上的真实加速度。3.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，所述根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量，具体包括：根据公式计算风速在x轴方向上的分量，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，m表示系留气球
的总质量，a
x
表示系留气球在x轴方向上的真实加速度，T表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、α表示系留气球的方向角，ρ
air
表示空气密度，S
D
表示系留气球的迎风面积，C
D
表示系留气球表面阻力系数，v
球x
表示系留气球在x轴方向上的速度，sign()表示符号函数。4.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，所述根据所述根据所述预设参数集、所述系留气球...

【专利技术属性】
技术研发人员：和煦，凌子兴，逯恒志，赵锋，李俊，夏海龙，习子辰，王浩，王佳乐，于光雨，张曼，张聪，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：