傳統(tǒng)風(fēng)杯式測風(fēng)儀在風(fēng)電測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但存在明顯局限。它僅能對測風(fēng)塔安裝高度處的水平面內(nèi)合成風(fēng)速進(jìn)行測量，并基于此完成十分鐘平均風(fēng)速和湍流強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。其測量原理決定了風(fēng)速易受多種因素干擾：軸的摩擦力會(huì)產(chǎn)生機(jī)械阻力，影響風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)；風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)使儀器在風(fēng)速變化時(shí)響應(yīng)遲緩；溫度效應(yīng)會(huì)改變材料的物理性能，進(jìn)而影響測量精度；余弦響應(yīng)則導(dǎo)致在非理想風(fēng)向情況下測量出現(xiàn)偏差。這些因素綜合作用，使得風(fēng)杯式測風(fēng)儀在低風(fēng)速區(qū)域、溫差變化大的環(huán)境以及山地等復(fù)雜地形中，測量精度難以保證，不確定性增加。

從物理本質(zhì)上講，空間中某點(diǎn)的氣流速度是一個(gè)典型的矢量，不僅有大小，還有方向。而風(fēng)杯式測風(fēng)儀由于其工作原理的限制，只能測得速度的大小，無法獲取氣流的方向信息。與之形成鮮明對比的是三維超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀，其測量原理基于超聲脈沖在順風(fēng)與逆風(fēng)方向傳播速度的差異來測量空氣流速。

具體而言，它采用三對探頭，以互相垂直的方式布置，能夠同時(shí)測得三個(gè)方向上的風(fēng)速分量。這使得三維超聲波測風(fēng)儀不僅可以計(jì)算氣流的方向，還能通過分析三個(gè)方向的風(fēng)速分量，計(jì)算出垂直方向的氣流傾角，從而實(shí)現(xiàn)對氣流矢量的全面測量。

相較于風(fēng)杯式測風(fēng)儀，三維超聲波測風(fēng)儀具有無可比擬的優(yōu)勢。

第一，測量精度更高，能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際風(fēng)速情況；第二，不確定性更低，為風(fēng)資源評估提供了更可靠的依據(jù)；第三，它能同時(shí)獲得三維風(fēng)速信息，這對于復(fù)雜地形的風(fēng)資源條件測量尤為重要。復(fù)雜地形往往伴隨著氣流的復(fù)雜變化，三維超聲波測風(fēng)儀的這些優(yōu)勢使其能夠更精準(zhǔn)地完成測量任務(wù)。

三維超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀在實(shí)際應(yīng)用中，可以按照地面固定坐標(biāo)系進(jìn)行工作，采集三維風(fēng)速分量時(shí)序（X、Y、Z為地面固定坐標(biāo)系坐標(biāo)軸）。對于采集到的三維風(fēng)速數(shù)據(jù)，有兩種統(tǒng)計(jì)方法：標(biāo)量法和矢量法。這兩種方法都可以用于統(tǒng)計(jì)十分鐘的平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度以及平均風(fēng)速的年分布概率。這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果對于風(fēng)電場的年發(fā)電量估算具有重要意義，同時(shí)也能為各機(jī)位點(diǎn)機(jī)組的功率曲線與載荷的仿真計(jì)算提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持，從而為風(fēng)電場的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和優(yōu)化提供有力的保障。

推薦閱讀：能見度監(jiān)測系統(tǒng)的原理和構(gòu)成