風(fēng)電機(jī)組的功率曲線驗(yàn)證方法研究

師二廣，孫宏波

（河北建投新能源有限公司，河北 050000）

風(fēng)電機(jī)組的功率曲線驗(yàn)證方法研究

師二廣，孫宏波

（河北建投新能源有限公司，河北 050000）

功率曲線是風(fēng)電機(jī)組發(fā)電能力的重要指標(biāo)。本文討論了功率曲線驗(yàn)證的必要性，并且提出了一種利用實(shí)測(cè)功率曲線與年發(fā)電量的相關(guān)性來考核廠家提供功率曲線是否達(dá)標(biāo)的方法。以典型風(fēng)電機(jī)組為例進(jìn)行了研究分析。

風(fēng)電機(jī)組；功率曲線；考核

0 引言

風(fēng)電機(jī)組的功率特性曲線對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益有著重要的影響。在實(shí)際運(yùn)行過程中，風(fēng)電機(jī)組受運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行工況、操作水平等多種因素的綜合影響，機(jī)組的實(shí)際功率曲線往往達(dá)不到機(jī)組的預(yù)期指標(biāo)。在風(fēng)電項(xiàng)目的實(shí)際投資建設(shè)中，風(fēng)電機(jī)組的功率曲線保證是風(fēng)電開發(fā)商十分關(guān)心的問題，風(fēng)電機(jī)組制造商會(huì)提供產(chǎn)品功率曲線的保證值，并向風(fēng)電投資商承諾功率曲線的實(shí)測(cè)值不小于保證值的95%。但是，由于實(shí)際操作中缺乏相應(yīng)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，風(fēng)電投資商無法針對(duì)功率曲線的實(shí)測(cè)值與保證值的偏離程度對(duì)廠家進(jìn)行考核，因此研究如何針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的功率曲線進(jìn)行考核是必要的。

1 功率曲線定義與計(jì)算

根據(jù)IEC61400－12－1的定義，風(fēng)電機(jī)組的功率曲線是指風(fēng)電機(jī)組輸出功率隨平均風(fēng)速（10min）變化的曲線。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組制造商而言，其批量生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品一般是經(jīng)過設(shè)計(jì)仿真得到功率曲線。但投入到使用時(shí)，功率曲線值除了與風(fēng)電機(jī)組性能特性、控制特性有關(guān)之外，還和運(yùn)行特性、風(fēng)場(chǎng)風(fēng)況、操作方式、運(yùn)行環(huán)境等有關(guān)[1]。風(fēng)電機(jī)組功率曲線測(cè)試是比較復(fù)雜的過程，需要長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，并且需要對(duì)空氣密度、地形等條件加以評(píng)估和修正。

2 功率曲線的驗(yàn)證考核方法

本文提出了一種將功率曲線值視為年發(fā)電量的相關(guān)量來驗(yàn)證考核的方法。按照標(biāo)準(zhǔn)，安裝數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采集指定位置風(fēng)電機(jī)組輪轂高度的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓，并采集風(fēng)電機(jī)組的凈功率。對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理與分析，計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組的實(shí)測(cè)功率曲線。在同一空氣密度下，使用風(fēng)場(chǎng)內(nèi)整一年的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)結(jié)合廠家提供的功率曲線和實(shí)測(cè)功率曲線，分別計(jì)算出兩個(gè)風(fēng)場(chǎng)年發(fā)電量數(shù)值，通過這兩個(gè)年發(fā)電量數(shù)值差來考核功率曲線是否達(dá)標(biāo)。這對(duì)于考核風(fēng)電機(jī)組性能并保證風(fēng)電投資商的經(jīng)濟(jì)利益具有十分重要的意義[2]。

以某具體風(fēng)電場(chǎng)為例，此風(fēng)電場(chǎng)的CAD圖如圖1所示。被測(cè)風(fēng)電機(jī)組為圖中標(biāo)注的15號(hào)風(fēng)電機(jī)組。

本次測(cè)量遵從通用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在所測(cè)15號(hào)風(fēng)電機(jī)組主風(fēng)向上2.5倍風(fēng)輪直徑距離處，測(cè)風(fēng)塔的輪轂高度位置安裝風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器等設(shè)備，并考慮空氣密度及地形修正[3]，以保證風(fēng)速值與風(fēng)電機(jī)組功率輸出的相關(guān)性。

IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，利用Bin方法對(duì)功率曲線進(jìn)行分析時(shí)最好是10min平均值數(shù)據(jù)。本文分析的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)風(fēng)速、功率等信號(hào)進(jìn)行采樣頻率為1Hz的連續(xù)測(cè)量，并記錄每10min各個(gè)量的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差等。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)把風(fēng)電機(jī)組停機(jī)狀態(tài)、異常狀況導(dǎo)致停機(jī)、風(fēng)速湍流過大、切入風(fēng)速以上啟動(dòng)前后的這些數(shù)據(jù)點(diǎn)刪除掉。

最后做發(fā)電量計(jì)算的功率曲線應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)折算到標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下（1.225Kg/m3）。此次測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖1 被測(cè)15號(hào)風(fēng)電機(jī)組位置圖

3 功率曲線數(shù)據(jù)分析及年發(fā)電量測(cè)算

表1 功率曲線數(shù)據(jù)表（標(biāo)準(zhǔn)空氣密度）

經(jīng)過測(cè)試及數(shù)據(jù)處理，將標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下廠家給定的功率曲線值與實(shí)測(cè)的功率曲線值做對(duì)比，如圖2所示。

分別使用此次測(cè)試功率曲線與廠家提供功率曲線，結(jié)合一年實(shí)際測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)能測(cè)算。

使用廠家給定的功率曲線計(jì)算的等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)2307h，使用實(shí)測(cè)功率曲線計(jì)算的等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)為2262h，二者相差約1.95%。16號(hào)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量測(cè)算數(shù)據(jù)如表2所示。

經(jīng)過測(cè)算風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)功率曲線的風(fēng)電機(jī)組年發(fā)電量可知，根據(jù)實(shí)測(cè)功率曲線所測(cè)算的年發(fā)電量與廠家提供的功率曲線所測(cè)算的風(fēng)電機(jī)組年發(fā)電量相差約為148.10MWh，約為2.26%。據(jù)此初步得出功率曲線實(shí)測(cè)值與廠家提供的功率曲線設(shè)計(jì)值的偏差在5%以內(nèi)[8]。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下功率曲線對(duì)比圖

經(jīng)過逐個(gè)測(cè)算風(fēng)場(chǎng)其他的風(fēng)電機(jī)組的年發(fā)電量，實(shí)測(cè)風(fēng)電機(jī)組功率曲線所測(cè)算的年發(fā)電量與廠家給定功率曲線測(cè)算的年發(fā)電量的差值最大約156.40MWh（約為2.39%），最小為96.60MWh（約為1.27%）。

經(jīng)過上述綜合分析比較，本次實(shí)驗(yàn)中功率曲線的實(shí)測(cè)值與廠家提供的功率曲線設(shè)計(jì)值幾乎完全擬合，符合風(fēng)電機(jī)組制造商承諾的“功率曲線的實(shí)測(cè)值不小于設(shè)計(jì)值的95%”，滿足合同要求[9]。

4 結(jié)論

通過測(cè)算年發(fā)電量來驗(yàn)證功率曲線的方法的實(shí)用價(jià)值在于，在短時(shí)間內(nèi)測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)通過測(cè)算年發(fā)電量即可實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證功率曲線的實(shí)際值與功率曲線的保證值的偏離程度是否大于5%，這能在很大程度上作為幫助風(fēng)電開發(fā)商考核風(fēng)電機(jī)組性能的依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，利用風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行功率曲線及性能的分析與評(píng)估，不但節(jié)省了成本，而且不需要長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集，對(duì)大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)都適用[10]。

[1] 郎斌斌,穆剛等. 聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速-功率特性曲線的研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(12):70—74.

表2 15號(hào)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量測(cè)算數(shù)據(jù)

[2] Onder Ozgener. A small wind turbine system application and its performance analysis[J]. Energy Conversion and Management,47(2006):1326—1337.

[3] 蔡純, 張秋生. 風(fēng)電機(jī)組的功率曲線修正[J]. 廣東電力, 2003,16(1):17—19.

[4] 劉細(xì)平,于仲安等. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究及發(fā)展[J].微電機(jī),2007,40(4):76—79.

[5] 張秋生. 風(fēng)電機(jī)組功率曲線考核初探[J].風(fēng)力發(fā)電,2004,74(3):27—29.

[6] 張延遲,吳剛,姜霞. 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線[J]．新疆大學(xué)學(xué)報(bào), 2001,18(2):236—241.

[7] 楊興滿,何玉林等. 風(fēng)力機(jī)總體性能分析與仿真[J].現(xiàn)代制造工程, 2002,2(12):118—121.

[8] 謝建民,張治源. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)可用率與容量系數(shù)的區(qū)分定義及其計(jì)算[J].電力建設(shè),2001,22(9):17—21.

[9] 張鵬舉.風(fēng)電場(chǎng)空氣密度對(duì)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的影響[J].電力勘測(cè), 2002,(23):50—52.

[10] 張義斌,王偉勝.風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的概率分布及其應(yīng)用[J].電力設(shè)備, 2004,5(4).19—23.

Validation on the Power Curve of Wind Turbine

Shi Erguang, Sun Hongbo
(HCIG New-energy Co., Ltd., Hebei 050000, China)

Power generation of the wind turbine can be estimated according to power curve of the chosen wind turbine. Because of different condition of the wind farm, there is a difference between the value of the actual power generation and theoretical power generation.This article discussed the validation method for the power curve of wind turbine.

wind turbine; power curve; validation

TM614

A

1674-9219(2013)08-0072-04

2013-07-20。

師二廣（1984-），男，碩士，工程師，主要從事風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)與研究。

孫宏波（1980-），男，碩士，工程師，主要從事風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)與研究。