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风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响

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建筑结构 2020年第18期50卷 26-33页

作者：霍涛华东建筑设计研究院有限公司上海200041

基于气象站的观测数据,推导得到某1.25MW风机位置处的风速风向联合分布函数,对风机塔筒结构的风致响应和疲劳寿命进行计算,将计算结果与现场实测结果进行对比,系统研究了风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响。结果表明:风... 详细信息

基于气象站的观测数据,推导得到某1.25MW风机位置处的风速风向联合分布函数,对风机塔筒结构的风致响应和疲劳寿命进行计算,将计算结果与现场实测结果进行对比,系统研究了风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响。结果表明:风向对顺风向和横风向位移响应的影响规律不一致,且风向对塔筒结构的疲劳累积损伤影响较大,在风向出现概率较大的区间产生的疲劳累积损伤较大。与考虑风向角下得到的疲劳寿命相比,不考虑风向角影响的疲劳寿命偏小。为了兼顾风机结构设计的可靠性和经济性要求,需考虑风向对风机塔筒结构疲劳寿命的影响。

关键词：风力发电机塔筒结构风速风向气象站观测数据风速风向联合分布函数风致响应疲劳寿命

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风对光伏组件发电性能的影响

兰州大学学报（自然科学版） 2022年第5期58卷 661-667页

作者：王娟刘天胜李兴财程宁宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏沙漠信息智能感知重点实验室银川750021 宁夏大学新华学院银川750021 兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000

利用宁夏腾格里沙漠光伏产业园的相关野外实测数据,分析风速、风向对光伏板表面温度的影响,并建立考虑风速、风向影响的光伏板温度分季节预测模型,讨论风对光伏组件发电性能的影响.结果表明,如果光伏组件温度预测模型不考虑风向影响,预... 详细信息

利用宁夏腾格里沙漠光伏产业园的相关野外实测数据,分析风速、风向对光伏板表面温度的影响,并建立考虑风速、风向影响的光伏板温度分季节预测模型,讨论风对光伏组件发电性能的影响.结果表明,如果光伏组件温度预测模型不考虑风向影响,预测值会产生最高5~8℃的误差,对光伏电池输出功率的预测差异将超过5%,因此光伏板发电量预测模型必须考虑风速、风向的影响.

关键词：光伏发电模块温度风速风向发电性能

基于超声波的微型化气象站设计在舰船气象监测中的应用研究

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电子器件 2023年第6期46卷 1734-1742页

作者：董天天郝曼丁晟梅筱语黄乙肖钱宇江苏信息职业技术学院微电子学院江苏无锡214153 无锡学院自动化学院江苏无锡214105 常州大学应用技术学院江苏常州213164

舰载气象站是军舰海上作战必备的设备之一,它能够实时采集和传输当前海况气象信息,对决策指挥具有重要意义。提出了一种基于超声波的微型化气象站设计,用于解决传统舰船气象站体积大、气象传感器测量精度低等问题。该气象站采用采集电... 详细信息

舰载气象站是军舰海上作战必备的设备之一,它能够实时采集和传输当前海况气象信息,对决策指挥具有重要意义。提出了一种基于超声波的微型化气象站设计,用于解决传统舰船气象站体积大、气象传感器测量精度低等问题。该气象站采用采集电路、主控制器和上位机软件实现气象要素数据的采集、处理、显示和存储等功能,具有体积小、重量轻、精度高、环境适应能力强的特点,适用于舰载长期在线监测。还对设计进行了对比试验,验证了系统整机性能稳定可靠、测试精度高、适用于海上环境的长期在线监测。该设计可满足多种观测平台的需求,为海上作业提供及时、准确实况资料,对满足经济社会发展、国防建设具有重要作用。

关键词：微型化超声波舰载气象站风速风向

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

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兰州理工大学学报 2022年第3期48卷 115-124页

作者：李万润张广隶李林杜永峰兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050 兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州市气象局甘肃兰州730020

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布... 详细信息

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.

关键词：风速风向联合概率分布基本风速最小二乘法

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基于姿态传感器的船舶真风观测系统研制

基于姿态传感器的船舶真风观测系统研制

作者：王君悦齐鲁工业大学

学位级别：硕士

海面风向、风速数据的准确性很大程度上决定了船舶航行过程的安全,也是各种海洋作业的基础,对于气象观测、船舶操纵、预防灾害等具有重要意义。但通常情况下,海上航行的船舶在测风的过程中,由于船舶自身的摇摆所造成的空间运动和航行所... 详细信息

海面风向、风速数据的准确性很大程度上决定了船舶航行过程的安全,也是各种海洋作业的基础,对于气象观测、船舶操纵、预防灾害等具有重要意义。但通常情况下,海上航行的船舶在测风的过程中,由于船舶自身的摇摆所造成的空间运动和航行所导致的各项误差,会造成最终真实风速风向数据测量的不准确。为解决现有的志愿船船舶真风测量不够精确的问题,本文对船舶运动补偿方法以及船舶真风测量方法进行研究,提出一种基于姿态传感器的船舶运动补偿真风观测系统,具体内容如下:首先,分析船舶相对风、航行风、真风的矢量计算和基于旋转矩阵的船舶运动姿态补偿算法,得出影响真风测量的因素主要有风向、风速、航速、航向、横摇角、纵摇角、艏摇角。对系统的功能进行剖析,具体包括真风相关基础数据的采集以及对采集到的基础数据进行处理,在此基础上,确定观测系统的框架,具体分为舱外、舱内两部分:以STM32单片机为主控核心,RT-Thread国产实时操作系统为基础,辅以各种采集传感器的舱外部分,以及搭载了船舶真风观测系统数据接收与处理功能的上位机舱内部分。其次,进行相关的硬件选型并进行电路设计以满足真风解算所需要各项数据的采集。运用三维风速风向传感器WindMaster测量实时风速风向,六轴姿态传感器MPU6050扩展磁力计并配合GPS分别测出船舶在航行过程中的空间姿态角变化和船舶的航速、航向,并对各器件的电路部分进行合理的设计。为更好地实现数据传输,选用LORA模块通过协议进行数据打包传输。然后,为了实时采集相应数据完成传输,以进一步进行真风的解算工作,设计并编写上位机软件以及基于RT-Thread的船舶真风观测系统软件。对于船舶真风观测系统,在硬件层面上首先需要进行初始化、硬件驱动设计。配置线程的优先级以及时间片等,以实现多线程任务之间的实时与同步;舱内上位机部分的设计,需具备无线数据接收与解包、实时显示、真风解算、曲线对比的功能。最后,对船舶真风观测系统进行系统功能性的测试、真风模拟实验及实地实验。功能性的测试确保船舶真风观测系统运行正常,无线通信稳定,各传感器采集数据准确。真风模拟实验分别验证船舶相对风、航行风、真风的矢量计算和基于旋转矩阵的船舶运动姿态补偿算法的准确性和可靠性。分别在海洋实验站与实船上进行实地实验,实验结果表明,实地实验得到了相对准确的风速风向数据,一定程度上改善了船舶运动对真风观测的影响。

关键词：风速风向多传感器船载观测 RT-Thread 实时测量

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超声波风速风向传感器的研制

超声波风速风向传感器的研制

作者：赵天东北电力大学

学位级别：硕士

随着我国双碳目标的提出,风力发电的发展势头愈发迅猛。但由于风的高随机性和不确定性对发电机组发电效率和输出功率具有较大的影响,这就需要风场中的实时风速风向信息,来调整发电机组的运行状态,确保发电机组能够高效、可靠、安全的运... 详细信息

随着我国双碳目标的提出,风力发电的发展势头愈发迅猛。但由于风的高随机性和不确定性对发电机组发电效率和输出功率具有较大的影响,这就需要风场中的实时风速风向信息,来调整发电机组的运行状态,确保发电机组能够高效、可靠、安全的运行。本文基于时差法对超声波风速风向传感器进行设计,选用STM32F407VET6微处理器作为系统的控制核心,对超声波的传播时间进行测量,从而计算风速和风向的具体数值。系统主要从硬件和软件两个部分进行设计。硬件部分:设计了微处理器最小系统,使其能够实现整个系统的工作逻辑控制;采用固定脉冲直接驱动大功率开关管的方式,对超声波换能器进驱动产生超声波;使用低功耗、高带宽的运算放大器进行信号处理电路的设计,对接收信号进行放大、滤波,再由电压比较器转换为数字信号最终由微处理器捕获处理;采用HMC5883L作为系统的方位检测单元,为传感器的安装提供参考;采用BMP180作为系统的环境检测单元,实时检测传感器工作环境;采用DC-DC模块和LDO电源芯片构建系统的电源电路,作为硬件电路中各芯片的供电来源;使用Altium Designer 20软件进行系统PCB板的绘制、布线和制板,最终完成硬件电路的整体测试。软件部分:采用定时器捕获中断方式获取超声波的传播时间,并由数组记录保存,便于微处理器计算时的调用;由微处理器IO的输出控制继电器和ADG904的通道切换,实现换能器发射和接收功能的转换;利用IIC通讯方式对气压温度模块和地磁模块的寄存器进行操作,实现对方位和气压温度信息的准确测量;对系统底层的通讯协议和时钟配置进行设计,实现外设模块与微处理器的通讯。在实验室环境搭建测试平台,对超声波风速风向传感器进行整机测试,并对测量误差进行分析。针对超声波传播时间的测量,采用希尔-小波变换进行优化,相比阈值法判断的信号到达时间提前了两个周期,提高了超声波信号传播时间的测量精度。

关键词：超声波风速风向时差法 STM32 希尔-小波变换

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基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

实验流体力学 2021年第2期35卷 92-103页

作者：吴红华张亮冯豪胡昊辉李正农湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法。以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数... 详细信息

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法。以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推知空中不同测点的风速和风向数据,进而获得复杂地貌影响下的上空风场状况。实测结果表明:修正后无人机平均风速、平均风向与测风塔相比误差较小,无人机测量得到湍流度较测风塔更大,通过滑动平均法可以一定程度上减小无人机测得的湍流度;空中平面风场状况受地貌影响较大,复杂地貌上空风场波动更大。通过现场实测,初步验证了应用多旋翼无人机搭载风速仪在不同地貌上空实现空中平面风场测量的可行性,可为局部区域风场测量、风电场微观选址等提供新思路和新方法。

关键词：多旋翼无人机风速风向风场现场实测复杂地貌

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基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统

仪表技术与传感器 2022年第2期 79-83页

作者：杨阳阳崔永俊侯钰龙中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术国防科技重点实验室山西太原030051

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统。系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测... 详细信息

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统。系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测试单元,实现超声波飞行时间的计量,LoRa无线模块为数据传输单元,实现风速风向数据上传至上位机,上位机为显示处理单元,实现数据实时显示。经实际测试,系统风速测量误差在0.1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,达到了《数字风速仪检定规程》的标准。

关键词：时差法超声波风速风向滑动窗口滤波算法 LoRa

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百叶箱内部风场特征仿真分析

气候与环境研究 2018年第4期23卷 493-503页

作者：杨显轲严家德郭建侠王巍巍刘倩姜枫南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象局气象综合观测培训实习基地(南京) 南京210044 中国气象局气象探测中心北京100081

流经传感器的风速是决定百叶箱气温测量精度的主要因素之一。基于计算流体动力学CFD仿真,对我国地面气象观测中广泛应用的玻璃钢百叶箱内部风场特征进行了研究。结果表明,受长方体结构特征以及侧面叶片导流的影响,百叶箱内部风场具有明... 详细信息

流经传感器的风速是决定百叶箱气温测量精度的主要因素之一。基于计算流体动力学CFD仿真,对我国地面气象观测中广泛应用的玻璃钢百叶箱内部风场特征进行了研究。结果表明,受长方体结构特征以及侧面叶片导流的影响,百叶箱内部风场具有明显的非均一性特征,在水平剖面和垂直剖面上分别出现明显的梭形流场和环形流场;百叶箱对环境空气的流动具有明显的阻挡作用,平均相对风速减小率在箱体中轴线上存在明显的垂直差异,最小值53%出现在0.08 m附近,同时在0.25 m和0.55 m高度附近分别存在值为85%和88%的局部最大值。平均相对风速减小率随环境风向的改变而呈周期性变化,当环境风向与箱体侧面成45°、135°、225°和315°时,出现极小值73%,当环境风向与箱体侧面成0°、90°、180°和270°时,出现极大值93%。

关键词：风速风向玻璃钢百叶箱 CFD仿真平均相对风速减小率