近年来随着国家“碳达峰、碳中和”战略目标的提出、产业管理机制和激励政策的调整、以及电力体制改革深入开展带来的电力市场新形势，中国风电行业有着广阔的发展前景。“十四五”带来了风电机遇：政策上，国家战略性大力支持风电：2030碳达峰，2060碳中和；市场方面，2020年风电装机规模达到2.1亿千瓦，2023年预计装机容量达到5亿千瓦，拥广阔的市场；商业方面，智能风机研发、旧风机改造和风力发电厂大幅增建，带来巨大商业机遇。
风能作为重要的可再生清洁能源之一，精确的风场信息测量是风电行业发展不可或缺的一部分。风力发电机获取风能时，为了高效生产，需要一种传感技术感知风速风向辅助风机控制，校正偏航误差，从而控制风机指向，提高发电量。同时，风资源评估、风功率预测系统、风电场运营管理等场景也需要对300m以内的风速风向信息进行探测。传统的风场测量工具为测风塔，但其建设成本较高，灵活度低，为风场测量带来很多不便，因此，需要寻求一种方便而又准确的技术来测风。近年来，可喜的看到，激光和声波等测风雷达在行业里面越来越广泛的应用，但同时也有一些问题。本文介绍一种新型测风技术和产品，即毫米波测风雷达，具有全天候、雨雾天性能好、无噪声、低功耗等特点，为业主提供了一个新的选择。
在此，介绍一下毫米波测风雷达的生产公司——苏州度风科技有限公司（以下简称“度风科技”）。度风科技成立于2019年，是一家专注于风电行业的毫米波传感与通信的高科技企业。公司由国家高层次人才专家、海归博士和苏州领军人才创建，在苏州工业园区和上海宝山建有研发和生产基地，集办公和研发一体化，2021年评为国家高新企业。
毫米波雷达测风基本原理
毫米波和激光一样，都是电磁波但是波长不同，雷达实现方式、测风原理和性能也有所不同。激光雷达都是光学器件实现。毫米波都是集成电路和天线实现，有雾天性能更好和成本更低的优势，非常适合测风。毫米波产品大家并不陌生，生活中的车载雷达、5G通信、气象测云、军工导弹跟踪等都有用到，度风科技是业界第一次针对风电测风的需求把毫米波技术引进到这个领域。
毫米波和激光、声波一样，也是打出4个波束，利用风运动产生的多普勒效应，对同一高度的四个波束的径向风速风向进行分解和合成，最后形成不同高度层的风速和风向，用于风功率预测和风资源评估。毫米波测风雷达从功能上是和激光、声波和测风塔是一样的，但在测风原理上又有很大的不同。毫米波雷达在晴天和激光雷达有相似的瑞利散射和米氏散射，但在雨雾天还可以有布拉格效应，因此毫米波雷达在雨雾天能体现更好的测风性能。
VORTRAD-L300 毫米波测风雷达产品介绍
度风科技针对风电行业对大气风场探测的迫切需求，研制高集成度的毫米波测风雷达VORTRAD-L300。该雷达可以完成风场的10-300米的不同高度层的高数据有效率和高精度测风高灵敏探测，该雷达已经和测风塔和其他测风雷达技术进行了对比，达到了前期测风和风功率预测的需求。同时，该毫米波雷达体现了功耗低，成本下降的优点，突破其他测风雷达技术的成本高、雨雾天测风困难的缺陷，真正实现了全天候工作，可以广泛应用于陆地和海上风资源评估、风功率预测、风电场运营管理、大气物理研究、风切变预警及其他定制化风向、风速测量等场景。
产品性能：
1、毫米波与测风塔的风场测风数据对比
通过和测风塔的对比测试，验证毫米波测风雷达的精度、可靠性以及不同天气（晴、阴、雨、雾）情况下性能。
试验场地描述：本次对比实验使用的观测仪器设备为苏州度风科技公司的测风雷达VORTRAD-L300。实验在深圳能源的江苏高邮风场进行，毫米波雷达与测风塔在2021年5月到2021年10月期间进行了大量的测试，测风塔在10 m、 30 m、50 m、70 m和140 m高度层分别安装了测风仪，记录15 min平均风速。
对比方法：为了便于比较验证，观测前对毫米波雷达VORTRAD-L300的参数进行了相应的调整，设置输出30m、50m、70m、140m高度层的15min平均风速数据，分别与测风塔各个高度层的数据进行比较。对一段时间内毫米波测风雷达和测风塔各个距离层测量结果进行最小二乘线性回归分析，计算相关系数和决定系数R2；
毫米波雷达和测风塔对比
不同高度层的结果对比：
连续时间数据对比：
上图为不同高度层毫米波雷达数据与测风塔数据对比时间序列图，例举了2021年9月中旬为期10天的测量，包含851组有效数据点，其中红线表示毫米波雷达15min平均风速数据，蓝线表示测风塔15min平均风速数据，分析可知，毫米波雷达所测量的结果与测风塔测量的结果在随时间变化的趋势及数值大小上始终保持较好的一致性。
散点图及拟合结果：
通过分析同步观测时间内的总体样本数，对毫米波雷达和测风塔70 m、140 m的风速、风向数据进行线性拟合，拟合结果如下图所示，拟合参数汇总见下表。结果显示，毫米波雷达和测风塔的风速和方向的拟合度在0.98以上。
2、毫米波雷达在山区大雾天性能测试
毫米波雷达因其传输速率快、环境适应性好、不受雨雾天、树叶和噪声影响、成本低和稳定性好等优点，这一点在贵州华能的测试中也得到了有效的证明。
测试设备和环境说明：
测试设备型号为VORTRAD-L300型号，测试场景如下图所示。毫米波雷达安装在贵州某风场控制室的楼顶，雷达波都垂直地面向上，对控制不同高度的风速和风向进行测量。
测试场地在乌江北源六冲河和南源三岔河上游的滇东高原向黔中山地丘陵过度的乌蒙山区倾斜地带，平均海拔在1100米左右如图所示。受大气环流及地形等影响，灾害性天气种类较多，凝冻和冰雹等频度大，仅在2022年2月中，冻雨就出现了4次，雨夹雪5次，下雪天气多至8天，小雨以上的天气多达12天，而在初春3月，截止3月19日，19天中就有17天为多云或者阴天。山地下垫面的动力和热力作用，使大气稳定度下降，流场不稳定，不同的位置即使其距离较近，风速和风向都有可能呈现不同的结果。同时，由于特殊的地势，贵州山地中大雾出现的频率非常高，对于日常生活和工作生产造成不小的阻碍。
测试周期、仪器设置及观测数据说明：
毫米波雷达在2月17日到3月18日的风速和风向数据如下面两幅图。毫米波雷达取了60米、80米、160米的高度，同时，毫米波雷达可以测到300米的优势，也绘制在图中方便了解。可以看出，在风速测量上，毫米波雷达一直有实时数据，在整个时间段，随着测量高度的增加，测量的风速变大，这符合山区的特点。
在毫米波的风向测量方面，通过可视化高度60米、80米、160米和300米的数据，虽然风向的准确性不好辨认，但是通过对2月16日到3月13日，3月15日到3月17日的风向数据进行分析，如下图，可以发现风向随时间的变化大。这体现出山区的风的湍流强度的变化，这是风场测风的一个重要指标，可以说明毫米波在测量风的湍流强度方面具有一定的优势。
测试表明，毫米波测风雷达取得了良好的测试结果。此次测试经历了不同的天气条件，历时1个月（2月17日到3月18日），包括凝冻、雪、雨大雾等各种天气，毫米波雷达仍能保证稳定和不间断的数据输出、为风场提供高达300米的不同高度的风速和风向信息、进行风资源评估和风功率预测，保证电厂的正常运行。毫米波雷达实现了低成本、低功耗、更高探测距离和天气适应性的全天候测量。
销售和案例
自2021年年底度风科技在2021北京国际风能大会暨展览会发布毫米波雷达VORTRAD-L300后，度风科技已经成功销售、已经确定数十台毫米波雷达销售合同和案例，被应用于全国各地的不同风电、气象和研究单位，特别在雨雾天的性能上得到广泛的认可。
总结：
本文重点描述了风电行业的测风需求，针对风场前期选址和后期风资源评估的要求，介绍了苏州度风科技有限公司研发的毫米波测风雷达，该雷达通过崭新的技术路线，充分利用毫米波在雨雾天的性能优势，为行业提供了一个真正全天候、高精度、低功耗、稳定性高、寿命长、价格合理的产品。度风科技竭诚与风电的应用单位、科研机构和行业标准组织通力合作，为行业开发更优质的产品，包括毫米波地基式测风雷达，机舱式测风雷达，风机叶片测净空雷达，高压线检测雷达和毫米波5G通信设备，为新能源事业和早日实现碳达峰碳中和做出积极的贡献。
