TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 10687-50-3:2025
IEC 61400-50-3:2022
HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ -
PHẦN 50-3: SỬ DỤNG LIDAR LẮP TRÊN VỎ TUABIN ĐỂ ĐO GIÓ
Wind energy generation systems -
Part 50-3: Use of nacelle-mounted lidars for wind measurements
Lời nói đầu
TCVN 10687-50-3:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-50-3:2022;
TCVN 10687-50-3:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn,
Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm
định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Bộ tiêu chuẩn TCVN 10687 (IEC 61400) gồm các phần sau:
- TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014), Tuabin gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế
- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế đối với
tuabin gió cố định ngoài khơi
- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế đối với
tuabin gió nổi ngoài khơi
- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo hiệu suất năng
lượng của tuabin gió phát điện
- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Hiệu suất năng
lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin
- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12: Đo đặc tính công suất của
tuabin gió phát điện - Tổng quan
- TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-3: Đặc tính công suất -
Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo
- TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-4: Hiệu chuẩn vị trí
bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió
- TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-5: Đặc tính công suất -
Đánh giá chướng ngại vật và địa hình
- TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin
dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện
- TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Tuabin gió - Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất lượng
điện năng của tuabin gió nối lưới
- TCVN 10687-22:2018, Tuabin gió - Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp
- TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010), Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét
- TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan
- TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-1: Đo gió - ứng dụng
các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub
- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - ứng dụng
công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất
- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp
trên vỏ tuabin để đo gió
Hệ thống phát điện gió -
Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió
Wind energy generation systems -
Part 50-3: Use of nacelle-mounted lidars for wind measurements
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này mô tả các quy trình và phương pháp đảm bảo rằng các phép đo gió sử dụng lidar đo gió lắp
trên vỏ tuabin được thực hiện và báo cáo một cách nhất quán và theo các thực tiễn tốt nhất. Tiêu chuẩn này
không quy định mục đích hoặc trường hợp sử dụng của các phép đo gió. Tuy nhiên, vì tiêu chuẩn này là
một phần của bộ IEC 61400, dự kiến các phép đo gió được sử dụng liên quan đến một số hình thức thử
nghiệm năng lượng gió hoặc đánh giá tài nguyên gió.
Phạm vi của tiêu chuẩn này chỉ giới hạn ở các lidar đo gió lắp trên vỏ tuabin hướng về phía trước (tức là thể
tích đo được nằm ở phía trước của rôto tuabin).
Tiêu chuẩn này áp dụng cho bất kỳ loại và kiểu lidar đo gió lắp trên vỏ tuabin nào. Phương pháp và các yêu
cầu được cung cấp trong tiêu chuẩn này không phụ thuộc vào kiểu máy và loại thiết bị, cũng như nguyên lý
do và sẽ cho phép áp dụng cho các loại lidar đo gió lắp trên vỏ tuabin mới.
Tiêu chuẩn này nhằm mục đích mô tả các phép đo gió sử dụng lidar đo gió lắp trên vỏ tuabin với chất lượng
đủ cho trường hợp sử dụng thử nghiệm đặc tính công suất (theo IEC 61400-12-1:2017). Người sử dụng
tiêu chuẩn này nên cân nhắc rằng các trường hợp sử dụng khác có thể có các yêu cầu cụ thể khác.
Tiêu chuẩn này chỉ cung cấp hướng dẫn về phép đo ở địa hình bằng phẳng và ngoài khơi như được định
nghĩa trong IEC 61400-12-1:2017, Phụ lục B.
Các hiệu chỉnh cho vùng cảm ứng hoặc hiệu ứng tắc nghẽn không nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn này.
Tuy nhiên, hiệu chỉnh hoặc ước tính độ không đảm bảo do hiệu ứng tắc nghẽn có thể được áp dụng nếu
trường hợp sử dụng yêu cầu, theo trách nhiệm của người dùng.
Mục đích của tiêu chuẩn này là cung cấp hướng dẫn về phép đo gió. Các yêu cầu của HSE (ví dụ: hoạt
động laser) nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này mặc dù chúng rất quan trọng.
2 Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu có ghi năm công
bố, chỉ áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng bản mới nhất (kể cả
các sửa đổi).
IEC 61400-12-1:2017 [1][1], Wind energy generation systems - Part 12-1: Power performance
measurements of electricity producing wind turbines (Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo đặc tính công
suất của tuabin gió phát điện)
IEC 61400-12-2:2013[2][2], Wind energy generation systems - Part 12-2: Power performance of electricity-
producing wind turbines based on nacelle anemometry (Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Đặc tính công
suất của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin)
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.
3.1
Tỷ lệ sóng mang trên nhiễu CNR (carrier-to-noise ratio)
CNR
Thước đo chất lượng tín hiệu cho lidar xung được định nghĩa là tỷ số giữa công suất dòng điện dị tần và
tổng công suất nhiễu trong băng thông phát hiện
Chú thích 1: Theo mặc định, CNR là băng tần rộng CNR (CNRwb). Chúng ta cũng có thể định nghĩa băng
tần hẹp CNR (CNRnb) là tỷ lệ giữa công suất dòng điện không đồng tần và công suất nhiễu trong băng
[1][1] Hệ thống tiêu chuẩn quốc gia đã có TCVN 10687-12-1:2023 hoàn toàn tương đương với IEC
61400-12-1:2022.
[2][2] Hệ thống tiêu chuẩn quốc gia đã có TCVN 10687-12-2:2023 hoàn toàn tương đương với IEC
61400-12-2:2022.
thông đỉnh Doppler. Điều này không phụ thuộc vào xử lý tín hiệu phổ. CNR khác với Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
(SNR). SNR là tỷ lệ giữa công suất đỉnh Doppler và độ lệch chuẩn công suất nhiễu.
Chú thích 2: SNR = CNRmb√n, với 1: số xung trung bình.
3.2
Lidar sóng liên tục (continuous wave lidar)
CW lidar
Một lidar truyền tín hiệu laser có biên độ và tần số không đổi và đồng thời nhận được ánh sáng tán xạ
ngược.
3.3
Độ không đảm bảo tương quan (correlated uncertainties)
Một cặp thành phần không đảm bảo trong đó một lỗi chưa biết trên một trong các thành phần có tương
quan ở một mức độ nào đó với lỗi trên thành phần còn lại.
Chú thích 1: Giá trị của hệ số tương quan có thể thay đổi trong khoảng từ -1 đến 1.
[NGUỒN: JCGM 100:2008; 5.2]
3.4
Tính sẵn có của dữ liệu (data availability)
Tỷ lệ giữa số điểm đo được chấp nhận trên cơ sở chất lượng dữ liệu được xác định trước và số điểm đo tối
đa có thể thu được trong một khoảng thời gian đo nhất định.
3.5
Giá trị cuối cùng (final values)
Các giá trị do hệ thống lidar lắp trên vỏ tuabin cung cấp để sử dụng trong các ứng dụng đánh giá năng
lượng gió như thử nghiệm đặc tính công suất WTG.
Chú thích 1: Do đó, độ chính xác của giá trị cuối cùng là xem xét chính khi sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin
trong các ứng dụng năng lượng gió. Ví dụ về các giá trị cuối cùng bao gồm (nhưng không giới hạn ở) tốc độ
gió ngang và hướng gió.
3.6
Tốc độ gió tự do (free wind speed)
Tốc độ gió sẽ có tại vị trí tuabin nếu tuabin không có ở đó.
3.7
Phát hiện đồng tần (homodyne detection)
Kỹ thuật đo trong đó tín hiệu nhận được được trộn với tín hiệu có cùng tần số với tín hiệu truyền đi.
Chú thích 1: Sản phẩm trộn ở tần số khác biệt chứa thông tin về độ lớn của độ dịch chuyển Doppler gây ra
trong tín hiệu nhận được, nhưng không chứa thông tin về độ dịch chuyển Doppler đó là dương hay âm.
3.8
Phát hiện không đồng tần (heterodyne detection)
Kỹ thuật đo trong đó tín hiệu nhận được được trộn với tín hiệu có tần số khác với tín hiệu truyền đi.
Chú thích 1: Sản phẩm trộn ở tần số khác biệt chứa thông tin về cả độ lớn và dấu hiệu của sự dịch chuyển
Doppler gây ra trong tín hiệu nhận được.
3.9
Các giá trị trung gian (intermediate values)
Đầu vào cho mô hình hoặc thuật toán tái tạo trường gió (WFR), cung cấp các giá trị cuối cùng làm đầu ra.
CHÚ THÍCH 1: Ví dụ về các giá trị trung gian bao gồm (nhưng không giới hạn ở) tốc độ đường ngắm (LOS).
3.10
Đường ngắm (line of sight)
LOS
Hướng xuất phát từ nguồn laser và được định hướng dọc theo trục của chùm tia laser truyền đi, tương ứng
với đường truyền của chùm tia.
3.11
Tốc độ đường ngắm (line of sight speed/LOS speed)
Độ lớn của thành phần vận tốc gió trong LOS.
3.12
Cường độ luồng xoáy tốc độ LOS (LOS speed turbulence intensity)
Tỷ lệ của độ lệch chuẩn tốc độ LOS so với tốc độ LOS trung bình, được xác định từ tập hợp các mẫu dữ
liệu đo của tốc độ LOS và được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định.
CHÚ THÍCH: Xem Điều 6 để biết đặc điểm của luồng xoáy được đo bằng lidar.
3.13
Phép đo (measurement)
Quá trình thực nghiệm thu được một hoặc nhiều giá trị số lượng có thể được quy cho một đại lượng đo một
cách hợp lý.
[NGUỒN: JCGM_200_2012; 2.1]
3.14
Độ chính xác của phép đo (measurement accuracy)
Mức độ gần nhau được chấp nhận giữa giá trị đại lượng đo được và giá trị đại lượng thực của đại lượng
đo.
[NGUỒN: JCGM_200_2012; 2.13]
3.15
Sai lệch phép đo (measurement bias)
Ước tính sai số đo hệ thống.
[NGUỒN: JCGM_200_2012; 2.18]
3.16
Khoảng thời gian đo (measurement period)
Khoảng thời gian giữa lần đo đầu tiên và lần đo cuối cùng.
[NGUỒN: ISO 28902-1:2012, 3.10]
3.17
Độ không đảm bảo đo (measurement uncertainty)
Tham số không âm đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị số lượng được quy cho một đại lượng đo,
dựa trên thông tin được sử dụng.
[NGUỒN: JCGM_200_2012; 2.26]
3.18
Lidar lắp trên vỏ tuabin (nacelle-mounted lidar)
NML
Lidar đo gió lắp trên vỏ tuabin của máy phát điện WTG.
VÍ DỤ: Một lidar đặt trong bộ phận quay của WTG không được coi là lắp trên vỏ tuabin trong trường hợp nó
tuân theo chuyển động quay của bộ phận quay quanh trục rôto.
Chú thích 1: Chỉ có thể coi lidar đo gió là lắp trên vỏ tuabin nếu lidar được cố định trong hệ quy chiếu của vỏ
tuabin (nhưng không phải hệ quy chiếu của rôto).
3.19
Chiều dài đầu dò (probe length)
Phép đo phạm vi bán kính của thể tích đầu dò lidar, có thể được xác định theo khoảng cách giữa hai điểm
mà độ nhạy bán kính của lidar bằng một nửa giá trị cực đại của nó: độ nhạy toàn chiều rộng ở một nửa cực
đại (FWHM)
• Đối với lidar xung kết hợp: Chiều dài đầu dò là khoảng cách giữa các mức FWHM của Hàm trọng số phạm
vi vận tốc (VRWF).
• Đối với lidar xung không kết hợp (lidar phát hiện trực tiếp): Chiều dài đầu dò là khoảng cách giữa các mức
FWHM của xung laser, (giả sử không có phạm vi trung bình).
• Đối với lidar CW kết hợp: Chiều dài đầu dò là khoảng cách giữa các mức FWHM của hàm trọng số
Lorentzian.
Chú thích 1: Hàm Velocity Range Weighting mô tả hiệu quả tương đối của việc thu thập thông tin về vận tốc
theo hàm số của khoảng cách xung quanh phạm vi danh nghĩa. Một hàm trọng số lý tưởng sẽ là hàm Dirac
tại 0 (tốc độ gió được đo tại một điểm). Tích phân của hàm trọng số (từ âm đến dương vô cực) bằng 1.
VRWF là tích chập chuẩn hóa của cấu hình cổng phạm vi với cấu hình biên độ xung.
3.20
Thể tích dò (probe volume)
Thể tích nằm dọc theo đường truyền chùm tia laser trong đó các hạt tán xạ ánh sáng trở lại hệ thống lidar
góp phần đáng kể vào tín hiệu nhận được.
3.21
Lidar xung (pulsed lidar)
Lidar truyền tín hiệu laser trong một khoảng thời gian ngắn (xung) theo các khoảng thời gian đều đặn và
nhận ánh sáng tán xạ ngược giữa các xung.
3.22
Cảm biến từ xa (remote sensing)
Kỹ thuật đo gió trong đó dụng cụ đo ở xa vị trí cảm nhận được vectơ gió.
3.23
Góc lăn (roll angle)
Góc quay của lidar quanh trục dọc theo hướng thiết kế của lidar được xác định là nằm ngang.
Chú thích 1: Trục dọc đi qua gốc tọa độ lidar theo hướng đại diện cho hướng đo trung bình của lidar. Nhà
sản xuất lidar phải ghi lại định nghĩa chính xác của trục dọc. Đối với lidar quét, người ta đề xuất rằng trục
dọc được định nghĩa là vectơ đơn vị có cùng hướng với giá trị trung bình của các vectơ đơn vị mô tả quỹ
đạo của chùm tia. Đối với lidar chùm tia cố định, người ta đề xuất rằng trục dọc được định nghĩa là vectơ
đơn vị có cùng hướng với giá trị trung bình của các vectơ đơn vị mô tả các chùm tia cố định của lidar.
3.24
Trung bình vô hướng (scalar average)
Số vô hướng được tìm thấy bằng cách chia tổng dữ liệu vô hướng cho số mục trong tập dữ liệu.
3.25
Lidar quét (scanning lidar)
Lidar trong đó hướng của một chùm tia truyền đơn được quét.
Chú thích 1: Trong tiêu chuẩn này, có hai loại lidar quét được xem xét:
1) Lidar quét mẫu cố định: chùm tia được quét theo một quỹ đạo cố định, được xác định trước (quỹ đạo này
thường là mặt phẳng hoặc hình nón);