风机功率曲线和功率保证值计算研究

风机功率曲线和功率保证值计算研究

摘要：本文介绍了一种利用风机实际运行数据，依据“IEC61400-12：功率特性测试”，计算风机功率曲线和功率保证值的方法。本文采用了我国内蒙地区的实际风速、风况以及风机运行数据，采用bin方法对这些数据进行处理，整理出一套适合我国风电运营单位应用的风机功率曲线和功率保证值的考核方法。

关键词：风力发电机组特性；功率曲线；功率保证值；风场考核

0 引言

以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式——“低碳经济”，已经成为世界经济未来发展的必然选择。发展低碳经济越来越成为世界各国的共识，倡导低碳消费也越来越成为人类社会新的生活方式。新能源产业，作为新生的国民经济支柱产业。尤其是在风力发电行业，近年来，我国政府颁布了一系列的优惠政策，推动风电企业发展。

目前，随着风机制造技术的进步，风力发电机的质量有了长足进步，大部分风机厂家的风机都经过国内外权威机构的认证，其样机的功率曲线和性能都经过授权机构的测量。但是，因为进行样机测试功率曲线的气象条件、地形条件、风资源状况与各个风场风机实际运行的条件有所的不同，所以风场风机实际运行的发电量比预期的发电量低。利用风机运行数据，准确计算各风机的功率曲线和功率保证值，建立的考核制度可以用来衡量风机性能参数是否满足风场当地外的

风资源特点，为风机参数调整提供有力依据，从而最终提高风场发电量。

通过对同一风机的功率曲线和功率保证值不同时间的分析，可以衡量风机重要部件的老化程度和风场运行维护的水平。从而为风机的研发提供建议。另外，通过对不同机位风机和风况的长期分析，可以为风电场前期，风机微观选址和风机安装提供建议。

1 风力发电机组功率曲线计算

1.1测量前的准备

在进行功率曲线测量前，应保证风机主要部件工作正常，风机叶片表面清洁，无积雪、积冰现象。

1.2 数据来源与采集方法

风速：以风电场中央监控系统记录的每台风机处的风速为准。

风电场的实际平均空气密度应以风电场内测风塔的气压和温度的实测值计算得出。如果风电场内没有气压、温度测量装置，则近似认为该风场当前实际空气密度等于该风电场附近气象站所提供的月平均空气密度值。

风机实测功率以风场中央监控系统记录的每台风电机组的功率为准。

在进行数据采集时，应保证各个数据的采样时间不大于30秒，且采样时间能够把10分钟整除。

根据IEC标准，在数据采集完成时，现场采集到的风速数据应至少覆盖从（切入风速-1）m/s到1.5 （85%的额定功率时的风速）m/s 的风速区间。例如，某型号风机(切入风速为3 m/s, 额定功率为1500 kW), 85%的额定功率（1275kW）对应风速为10m/s，则绘制出的功率曲线应该包含从2m/s到15m/s（1.5x10 m/s）的范围。

在数据采集结束时应保证：

* 对于每个规定的统计区间（“统计区间”的界定见后文）应至少保证30分钟的统计数据。

* 保证风机在规定的风速范围内，正常运转180小时以上。

1.3采集数据的处理

根据公式（1），计算风电场的各参数的10分钟平均值，采用十分钟平均值进行计算，一方面可以降低单次测量数据的随机系统误差，另一方面采用十分钟平均值可以在提高计算精度的同时，提高计算效率：

其中：

:10分钟数据采集个数；

：某参数数据采集值；

：某参数10分钟平均值。

如果现场有测量温度、压力的仪器，应根据公式（2），计算风电场实际空气密度10分钟平均值：

其中：

：风场空气密度10分钟平均值；

：风场实测绝对温度10分钟平均值；

R：气体常数287.05 J/(kgK)。

如果现场没有相应的测量设备，则现场的空气密度可取可研中的空气密度。

如果和厂家的功率曲线规定的空气密度相比，相差小于0.05kg/m3，则对应的功率和风速无需修正。

如果和厂家的功率曲线规定的空气密度相比，相差大于0.05kg/m3，则对应的功率和风速按如下修正：

对于定桨距风机：应对测得的风机功率按公式（3）进行修正：

：修正后的风机输出功率

：实测风机输出功率的10分钟平均值

：厂家的功率曲线规定的空气密度

：风场空气密度10分钟平均值

对于变桨距风机：应对测得的风速按公式（4）进行修正：

：修正后的风机输出风速

：实测风机输出风速的10分钟平均值

：厂家的功率曲线规定的空气密度

：风场空气密度10分钟平均值

1.4功率曲线保证计算

在进行功率曲线保证计算时，应首先定义统计区间。根据IEC相关标准的规定，把测量数据所覆盖风速范围分为长度为0.5 m/s的统计区间，区间的中心为0.5 m/s的整数倍（如下图所示）。

然后按照公式（5）（6）计算各个统计区间的平均风速和平均功率：

其中，：第i个统计区间的平均风速；

：第i个统计区间的平均功率；

：修正后第i个统计区间的第j个风速值；

：修正后第i个统计区间的第j个功率值；

：落入第i统计区间的数据量。

按照划分的统计区间，统计各风速区间的风频值：

其中：

：第i个统计区间的频率

：风速落入第i统计区间的数据量；

：风速数据总量。

按照公式（8）计算，功率保证系数K：

K：单台风机的功率保证系数；

M：统计区间个数；

：第i个统计区间的频率；

：第i个统计区间的平均功率；

：厂家给定的对应统计区间平均风速的功率。

计算得到的功率保证系数可用于合同中规定的保证值进行比较。

1.5 功率曲线计算时所用到的软件

由于功率曲线计算时需要风机一年的运行数据，而且要求数据采集间隔不大于30秒。因此计算时，应用的数据总量约100万个。如