淺談風電機組出力性能分析方法

鄭雷杰

【摘? 要】風電機組其出力性能對于風電場的經(jīng)濟效益會產(chǎn)生直接影響，通過便用SCADA（即數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)）來對風電機組的出力性能進行充分的分析，其中主要包含功率曲線的分析、發(fā)電量的分析、可靠性的分析等內(nèi)容。本文重點結(jié)合某風電場的實際情況，對其風電機組出力性能進行了深入分析和研究，從中篩選出機組出力相對差的機組，同時對這類機組實施定性分析，望可以為風電機組提高工作效率奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】風電機組;出業(yè)性能;分析方法

引言

為了有效緩解環(huán)境污染與能源緊缺的嚴重問題，大力發(fā)展風能是保護環(huán)境降低污染的重要途徑。風電機組出力性能是確保風電企業(yè)正常生產(chǎn)與發(fā)展的基礎(chǔ)因素。在運行數(shù)據(jù)相對欠缺的情況下，來對機組實施出力性能的分析會不同程度的增大困難。通過使用SCADA系統(tǒng)來對風電機組出力性能進行分析，從中找到出力效果不理想的機組，并同時對其原因進行篩查，從而為以后各系統(tǒng)性能的有效分析提供參考。

1風電機組出力性能的分析法

1.1影響出力性能的因素

對風電機組的出力性能產(chǎn)生影響的因素比較多，然常見因素基本有兩種，即外部因素和機組本身因素兩種。第一，外部因素。其中包含風況和環(huán)境。而風況包含風速大小、風切變、湍流強度和風向。環(huán)境因素主要包含濕度、大氣壓力和溫度等因素。第二，機組本身因素主要包括主控系統(tǒng)、傳動鏈系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)。例如，常見問題有變槳不同步和偏航不對風等。

1.2出力性能分析

因為我國很多風電場各機組所在地形都非常相像，通過使用SCADA系統(tǒng)來對機組數(shù)據(jù)實施橫向比對，通過對功率曲線、電量、可靠性進行分析，可以發(fā)現(xiàn)影響發(fā)電量、可靠性和功率曲線變化的因素。在此當中，發(fā)電量分析主要包含平均風速和機組發(fā)電量的比較。功率曲線的分析需參照相應(yīng)標準來進行。

1.3可靠性分析

可靠性的影響因素主要包含機組的所處環(huán)境、設(shè)計生產(chǎn)水平、使用條件零部件老化、運行時間等，可靠性具有時變性和特殊性特點，除此之外，可靠性還是判定風電機組的性能與維護水平的重要標準。可靠性的指標包含可利用率、故障率、平均故障間隔時間和平均恢復時間，對這些內(nèi)容進行分析，能夠找出存在故障或是性能優(yōu)良的風電機組。

故障率指的是在某一時間段內(nèi)的機組形成故障的時間和總時間比，公式為：

（1）其中代表的是故障率，T表示的是某一時間段內(nèi)的總時間，代表的是故障時間。

MTBF指的是相鄰故障間的平均運行時間，其體現(xiàn)出風電機組時間質(zhì)量，主要反映風電機組規(guī)定時間段內(nèi)，維持功能的能力，公式為：? 。

（2）在公式中N表示的是故障次數(shù)。MTTR指的是平均修復時間，其體現(xiàn)的是風電機組故障修復能力，屬于判定風電機組可維護的一種標準。公式為：? 。

（3）機組可利用率主要指的是一年時間段內(nèi)，機組實際應(yīng)用時間，占整體計劃用時的比例，公式為：可利用率=[1-（A-B）/（8760-B）]×100%? （4），其中公式中的A表示的是故障停機的時間，B表示的是非投標人責任范圍內(nèi)的停機時間。停機時間不包含下面幾種情況，即：電網(wǎng)故障、不可抗力、氣象條件不在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的運行范疇。如果有兩種或是超過兩種的情況同時出現(xiàn)，僅對其中相對長的一種進行計算。

2試驗分析

2.1試驗概況簡介

某風電場總共安裝了33臺，型號是1.5S-82，功率為1.5兆瓦的風電機組，在2013年的時投入使用，最近幾年，一些風電機組的出力性能較弱，還有很多機組出現(xiàn)了各式各樣的故障問題，為此需對風電機組的出力性能進行分析，以及時從中找到問題形成原因，并做出有效處理。

2.2數(shù)據(jù)采集、篩選剔除

數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)都是通過使用風電機組的SCADA系統(tǒng)采集的，具體數(shù)據(jù)采集時間是2016年10月1日到11月31日期間，所采集的數(shù)據(jù)是30秒時間內(nèi)的平均數(shù)值。其中數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括了機組運行過程中的風速、功率、電網(wǎng)限電情況、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、運行值、錯風角、變槳角度等。

數(shù)據(jù)篩選剔除：數(shù)據(jù)按照IEC61400-12-1標準，同時結(jié)合下面幾項原則來進行數(shù)據(jù)的篩選剔除故障時間內(nèi)以外的數(shù)據(jù)、停機數(shù)據(jù)、測風儀故障數(shù)據(jù)等。主要剔除的數(shù)據(jù)有：（1）風速之外的其他條件，不在風電機組運行范圍之內(nèi)的;（2）因為風電機組發(fā)生故障面致使風電機組出現(xiàn)停機的;（3）維護運行期間內(nèi)，人工停機的;（4）棄風限電期內(nèi)的數(shù)據(jù)。

2.3風電機組的出力性能

（1）發(fā)電量

把33臺風電機組各機組發(fā)電量與平均網(wǎng)速值進行統(tǒng)計。如下圖所示

從此圖可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電量最弱的機組主要包含12、22、26、30、31和32號機組，相對差一些的機組主要有17、20、21、23、24、25和29號機組。平均風速最弱的機組主要包含22、26、31、32號機組，最弱的機組有1、2、3、9、12、21、23、24、27、29和30號機組。因為對風電機組的發(fā)電性能產(chǎn)生影響的因素非常多，其中常見的影響因素主要包含了地形、限電、機組出力、故障、風況、變槳性能、維修停機、振動和偏航性能等因素。因為在11月的時候，風電場沒有限電情況存在，所以限電因素可以不計在內(nèi)。

（2）功率曲線比較

功率曲線屬于風電機組判定出力性能情況的主要標準。功率曲線常使用BIN法來實施分區(qū)間分析。也就是將風速范圍設(shè)置在以0.5米/秒為中心的整數(shù)倍風速，左右的連續(xù)區(qū)間各設(shè)置為0.25米/秒，對于發(fā)電機轉(zhuǎn)速、錯風角、功率等數(shù)據(jù)的分區(qū)間法也是如此。結(jié)合數(shù)據(jù)剔除法提取使用正常并網(wǎng)情況下的數(shù)據(jù)，同時利用BIN法來實施分區(qū)間處理以后，獲得33臺風電機組功率曲線圖。如下圖所示。

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，功率曲線最弱包含了7、12、9、25、30號風電機組，功率曲線正常的有6、8、10、11、22、29、33號風電機組，狀態(tài)最佳的有19號機組。在此當中12號風電機組的功率曲線最差，主要是因為出現(xiàn)振動后被廠家調(diào)整控制策略所造成的。

（3）可靠性

對33臺機組實施可靠性分析，因為可利用率的差異相對較小，所以無法進行統(tǒng)計。

①故障率的統(tǒng)計。對33臺機組故障率實施統(tǒng)計，如下圖所示

33臺風電機組故障率圖

通過圖表能夠看出，8、21、27、31號機組故障率相對較高，然平均值都不超過2%，而其他的機組故障率處在正常狀態(tài)。因為7號和12號機組因為振動停機，所以不將其歸類到統(tǒng)計范圍之內(nèi)。

②MTBF（即平均故障間隔時間）計算

對33臺機組實施MTBF計算統(tǒng)計，得到統(tǒng)計結(jié)果如下圖表所示。

33臺風電機組MTBF統(tǒng)計圖表

通過圖表可以看出，MTBF結(jié)果較差的機組包含7、8、9、12、15、16、21、22、26、27、31號。

③MTTR（即平均恢復時間）計算統(tǒng)計

對33臺機組的MTTR進行統(tǒng)計，可得出統(tǒng)計結(jié)果，如下圖表所示。

33臺電機組MTTR統(tǒng)計圖表

通過圖表可以看出，MTTR高的風電機組包含2、4、9、10、14、21、27、29、31、32號。通過對統(tǒng)計故障率、MTBF、MTTR的統(tǒng)計結(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，可靠性差的電機組包含8、9、10、14、21、27、31號。

3結(jié)束語

總體來說，通過應(yīng)用風電機組SCADA系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，來對各機組進行對比，利用發(fā)電量與平均風速的比對分析、功率曲線的分析、可靠性分析，能夠發(fā)現(xiàn)機組出力性能差的一些機組并同時對這些機組實施定性分析，從而為各系統(tǒng)性能的判定提供參考。

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