Lidar, 是 LIght Detection And Ranging 的縮寫，即激光探測與測量，是一種遙感技術(shù)，一般也稱激光雷達(dá)。它使用激光來測量距離和速度，測量風(fēng)速只是它眾多用途中的一種，其他應(yīng)用場景很多，包括三維成像，地形遙感測量等等。
我們先看 Lidar 測風(fēng)的基本原理，看下面的圖：
圖中右側(cè)的黑色部件就是一個(gè)原理性的 Lidar 探頭，它包括一個(gè)發(fā)射器，一個(gè)探測器和兩個(gè)反射鏡面，一個(gè) 45 度平面，一個(gè)圓弧面。
發(fā)射器發(fā)出一個(gè)激光脈沖，當(dāng)脈沖遇到空氣中的微粒時(shí)，會被反射回來。如果此時(shí)空氣是靜止的，那么激光脈沖會原路返回，按如果顆粒本身有一定的速度，根據(jù)速度疊加原理，反射回來的激光脈沖路線會產(chǎn)生一個(gè)偏移，而這個(gè)偏移最終會被探測器以入射角度的形式探測到，根據(jù)這個(gè)角度，就可以反算出微粒的速度了。而這個(gè)速度，就是空氣移動(dòng)的速度，也就是風(fēng)速。
另外，還可以根據(jù)反射回來的實(shí)際計(jì)算出這個(gè)反射微粒的具體位置。所以，Lidar 可以準(zhǔn)確地測量到具體點(diǎn)位的風(fēng)速數(shù)據(jù)。
基于這種能力，它在風(fēng)電領(lǐng)域被用于以下三個(gè)方面：
1. 風(fēng)資源評估
在風(fēng)電領(lǐng)域的最初應(yīng)用是用來替代進(jìn)行風(fēng)資源評估的測風(fēng)塔，因?yàn)橛?Lidar 設(shè)備可以測量特定高度和位置的風(fēng)速，而不需要搭建測風(fēng)塔，這樣可以大大降低成本，尤其是在一些復(fù)雜地形和海上，因?yàn)檫@些地方搭建測風(fēng)塔的成本比較高，難度也比較大。
2. 大型風(fēng)電機(jī)組前饋控制
隨著大型機(jī)組越來越多，Lidar 測風(fēng)系統(tǒng)開始被耦合到風(fēng)電機(jī)組的控制回路中，參與閉環(huán)控制，從而用來降低機(jī)組載荷或提升機(jī)組捕獲風(fēng)能的效率。根據(jù)它能夠測量準(zhǔn)確點(diǎn)位上的風(fēng)速這樣的特性，我可以做到如下的效果：
其中，紅色圓圈標(biāo)出的部分就是機(jī)組正前方 60 米的空間位置，測出這些位置的準(zhǔn)確風(fēng)速，把這些數(shù)據(jù)引入控制器回路中，控制器能夠準(zhǔn)確知道將要到來的三維風(fēng)速情況，就能夠提前作出控制動(dòng)作達(dá)到非常理想的降低機(jī)組載荷的效果。
3. 風(fēng)電場級尾流優(yōu)化控制
根據(jù)風(fēng)場實(shí)際情況，在特定位置布置 Lidar 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)風(fēng)場的風(fēng)速流場進(jìn)行測量，從而幫助場級系統(tǒng)完成優(yōu)化控制，尤其是針對尾流效應(yīng)進(jìn)行場級調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)整場最優(yōu)。
第 1 點(diǎn)應(yīng)用已經(jīng)很常見，第 2 點(diǎn)在大型海上機(jī)組也有不少案例，目前還沒有看到第 3 點(diǎn)有實(shí)際應(yīng)用。
需要特別說明的是，Lidar 系統(tǒng)有一個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)，那就是它對大氣環(huán)境依賴很強(qiáng)。大氣中的微粒既不能太多也不能太少，大霧、強(qiáng)霧霾天氣都會導(dǎo)致測風(fēng)失敗，因?yàn)檎麄€(gè)反射路徑被破壞了。
并且，如果是那種非常干凈的天氣也不行，因?yàn)榭諝馕⒘Ｌ?，?dǎo)致總是在指定位置無法得到反射，從而導(dǎo)致測風(fēng)失敗。
所以，機(jī)組閉環(huán)控制中如果引入了 Lidar 的測量結(jié)果，該如何面對這種測量失效的狀況也是一個(gè)很重要的課題。
最后，有一點(diǎn)要注意 Lidar 不是 Radar (radio detecting and ranging)，我們通常說的雷達(dá)，是 Radar ，也就是電磁波探測與測量，別搞混了。
