影响风力发电机组功率曲线的因素分析

风速仪是风力发电机组测量就地风机所处位置风速大小 的传感器。 由于风场中央监控软件的功能是采集就地风机的 实时风速和实时发电功率，并用相应的算法在前置服务器中 生成风机功率曲线数据，所以一旦风速仪测量的数据出现漂 移现象，风机的实际功率曲线图就会产生相应的漂移，从而与 标准的功率曲线出现偏差。
因风速仪漂移问题而功率曲线不达标的现象在现实中也 总是出现。 某风场现场一台机组，现象如下：风机监控盘上风 速仪显示的风速偏高，该台机组显示的风速比其附近机组显 示的风速高近2 m/s，当附近机组显示2～3 m/s风速时，该机组 显示4～6 m/s风速，而且这时机组长时间处于待机状态。 从功 率曲线看，功率曲线明显向右漂移，各功率段的功率值对应的 风速滞后设计指标，满发功率时风速在15 m/s左右，而其他机 组都基本在额定风速12.5～13 m/s范围内。 为排除风向的影 响，先就地查看风机的对风状况，检查风机对风是否准确，检 查后确认对风正常，在机组设计对风范围值内。 由于全场的机 组控制策略均统一，故判断风速仪工作可能出现异常，由于外 部信号回路经检查均正常，因此对该风速仪进行了更换，更换 新风速仪后，机组显示正常，满发风速在12.5 m/s左右，与附近 其他机组测风大小基本相同，后续运行的功率曲线也符合设 计的标准功率曲线。
1 545.8
1 560.72
1 554.6
1 565.7
1 557.6
1 565.7
1 548.61
1 568.36
1 548.93
图1 叶轮对风示意图
风向标对风不准，会使机组偏离风向。 假设叶轮平面与风
向的夹角为φ，则垂直叶轮平面的风速分量为v′=vsinφ，机组此
时的功率为：
P=
1 2
ρACpv′3=
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
影响风力发电机组功率曲线的因素分析
谢生清
（新疆金风科技股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830026）
摘 要：并网型风力发电机组（以下简称风电机组或机组）的功率曲线作为考察机组性能及发电量状况的硬性指标受到客户的关 注，现对风向标、风速仪、叶片机械对零几个影响功率曲线的外部因素进行分析总结，结合现实风场已发生的案例，通过详细的技术原理 分析，阐述检查机组功率曲线问题时需注意的方面。
1 风向标对风偏差对功率曲线的影响
风力发电机组在并网发电时，通常是通过机组上的风向
标跟踪稳定变化的风向，从而使叶轮总是对准来风方向，以便
机组获得最大的风能。 根据贝兹理论，风力发电机组从风能中
. A吸l收l的R功i率gPh为t：s Reserved.
P=
1 2
ρACpv3
式中，ρ为空气密度；A为叶轮扫风面积；Cp为机组的风能利用
实际中因为风向标对风不准，机组不能有效地吸收风能， 机组的输出功率将会受到一定的影响，从而直接影响机组的功 率曲线表现，导致其不符合设计预期的指标。 当出现此类现象 时，应重新检查风向标的零标记位置，校验机组的对风角度。
124
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
2 风速仪测风误差对功率曲线的影响
表1 不同风速段下机组输出功率表
风速/ （m/s）
A号机组（对风有偏差） 1月平均功率 2月平均功率 （对正前）/kW （对正后）/kW
3
18.61
21.29
4
55.07
62.84
5
116.88
130.07
6
211.06
221.34
7
356.88
363.05
8
550.25
556.68
9
796.29
Байду номын сангаас
824.71
10
1 030.33
1 054.63
11
1 276.88
1 300.42
12
1 464.55
1 466.78
13
1 538.22
1 529.16
14
1 545.7
1 542.91
15
1 550.25
1 547.01
16
1 551.76
1 537.29
17
1 553.24
1 533.24
B号机组（附近对风正常的）
系数，它是叶尖速比λ和叶片节距角的非线性函数；v为风速。
上式中的v是垂直叶轮面的风速，当机组风向标对风出现
偏差时，机组的输出功率将会受到影响，如图1所示。
过程中，由于受到叶轮旋转的气流扰动，加上风向标箭尾受风 面积比箭头大，风向标不是静止不动的，它会在来风方向上来 回摆动。 以1.5 MW机组为例，结合风机的载荷计算，机组设计 规定的对风角度范围是175°～185°，对风角度在此范围内时， 即认为机组已经正常对风。 在检查机组对风状况时，只要偏差 超过5°，都可以看作机组不能正常对风，需要重新调整风向标。 下面看一台机组风向标调整前后功率输出大小的对比：某风 电场A号机组投运后功率曲线不好，在对机组检查时发现风向 标对风不准确，与正确对风相差20°。 B号机组为A号临近的一 台机组，且对风正常，功率曲线准确度也在设计指标范围内，A 机组调整风向标对风前后输出功率值以及B机组同期功率值 如表1所示。
关键词：风电机组；功率曲线；风能利用系数；节距角
0 引言
风电机组在设计和运行过程中，其功率曲线是一个非常 重要的指标。 影响风电机组功率曲线的因素有很多方面，其中 风传感器类问题和叶片机械对零不准是造成机组不能达到设 计标准功率曲线的主要外部因素。 本文将对风传感器、叶片机 械对零在调试安装、运行过程中存在的问题进行分析，并针对 这些问题提出相应的改进措施，可以为解决功率曲线问题提 供一些实际的方向指导。
1 2
ρAC（ p v·sinφ）3
从计算式中我们可以看出，叶轮不正对风时机组输出功
率要小于正对风时的功率（因为0≤sinφ≤1）。 在检查机组功率
曲线问题时经常会遇到风向标不能正对风的问题。 机组运行
由于受到空气密度影响，各风速段一定的情况下，A号机组 附近的B号机组2月比1月的平均功率下降了10～20 kW，而经过 对 风 调 整 后 A 号 机 组 2 月 的 平 均 功 率 却 比 1 月 升 高 了 10 ～ 20 kW，由此可以看出，不对风造成了机组20～40 kW的功率 差异。
1月平均功 率/kW
2月平均功 率/kW
21.61
23.04
70.64
73.62
152.8
149.29
266.01
260.32
442.13
423.67
670.28
658.5
912.9
888.92
1 175.39
1 144.12
1 421.38
1 397.49
1 533.02
1 520.16
1 551.48