影响风力发电机出力的因素

影响风力发电机出力的因素
风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，目前大坝风场使用华锐3MW风机32台，现就一些影响风机出力的因素进行简单分析：
一、功率曲线与上网发电量
1、功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。

下图为华锐3MW风机理论设计功率曲线
下图为风机实际功率曲线
从标准功率曲线与实际功率曲线对比可以看出，风机实际出力功率曲线与设计理论功率曲线趋近于相同（达到满发点有差异）。

但实际风场中还有个别风机存在功率曲线异常情况，如下图所示：下图为风机异常功率曲线：
造成功率曲线异常有以下几点：一是华锐3MW远程监控系统数据记录错误或丢失。

二是我风场由于受到功率限制，大风期部分风机风机停运。

三是由于故障风机长时间停机，导致主控检测到的数据为零等。

2、因玉门地区发电量送出通道有限，导致我风场负荷受到严重限制，平常全厂出力为3万千瓦时左右（容量十万）,大风期我风场风机大部分不能满负荷发电。

二、风况及地理位置对风力发电机出力的影响
风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。

1、目前我风场年平均风速为6.3m/s(以2013年为例，90m高度),设计之初年平均风速为7.86m/s（70m高度，出自大坝风场可研性报告），风场年平均风速有所下降。

2、目前我风场所处位置西南及南面均有山，成西高东低地理位置不理想，根据风场玫瑰图可以看出我风场主导风向为东风和西风，山对风的影响比较大。

3、因风场地理位置、环境等客观因素，风切变也是影响风机出力的不可抗力的原因之一。

风切变，又称风切或风剪，是指风矢量(风向、风速)在空中水平和(或)垂直距离上的剧烈变化。

现场风速及风向的剧烈变化，造成风机出力不稳定、偏航、变桨调整时间延长等，
致使风机出力受影响。

三、风机自身特性和缺陷
1、叶片基准位置
大坝风电厂32台风机自安装调试、投入运行，到现在已经运行一年有余。

在此期间风机未进行风机维护，尤其未进行叶片基准位置校准，风机主控检测位置与叶片实际位置有偏差，导致风机出力受影响。

2、风机主控程序升级及参数设置
大坝风机自投入运行以来已经进行多次风机主控升级改造，在此过程中风机并网条件受到影响。

以3m~4m风速为例，在此风速段我厂大部分风机均处于加速不并网状态。

如图所示风速为3.85m/s ,过滤风速为3.85m/s，发电机转速达到928RPM，风机任然加速不并网。

年平均风速在3m~4m之间所占比例为18.2%，此项累计损失发电量无法估算。

3、风机启机参数设置
风机在较低温度下启机，风机调整时间较长，主要为风机部件加热（齿轮箱加热）。

4、风机风向标安装
目前我风场风机风速仪30台为FT、2台tines，
三、故障风机损失发电量
1、大部件损坏
风机大部件损坏后更换时间长，以下为我厂风机自投运以来大部件损坏更换情况：
2、风机疑难故障处理时间较长
风机遇到疑难故障后，处理时间过长（大于48h），自2013年风机投运至今全场风机累计停机11208.9h（除大件更换）。

一是因为现场人员处理故障经验不足；二是因为等待风机备件时间较长。

变频器、发电机、参数设置、桨叶角度、风速风向标的安装、叶轮对风速度、叶片基准位置、风速仪安装偏差、风况、地形。

摘要：风力发电机作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势。

但风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响。

文章就影响风力发电机组功率的各方面因素进行探讨。

关键词：风力发电机；功率影响因素；功率曲线；发电量
一、功率曲线与发电量
功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。

其实，评价一种机型功率曲线的好坏不应单纯地只关注那些图表中所给定的“风速—功率”对应值，还应根据现场情况进行具体分析：风力机组的功率特性关键取决于叶片的气动特性和机组的控制策略。

众所周知，叶片的气动设计实际上是一个优化的结果，受其他条件限制，无法达到所有风速工况下效率均最好的目标。

而机组实际运行的外部条件可能与设计存在较大差异，因此需要采取技术措施以实现发电量最大。

一般来讲，失速型机组应根据风频分布调整合适的安装角，使风频最高的风速段出力最好。

而变桨距机组则应根据湍流等风速特性优化控制策略。

因此为了追求发电量优化的目标，实际的功率曲线与理论值会存在一个合理的偏差。

二、风力发电机组实际功率曲线与标准功率曲线的差异
根据风力发电机组在一段时间内输出功率和同一时刻的风速之间的对应关系，即可得到风电机组的实际功率曲线，比较理想的状况是单独设立一套独立的测量系统，对机组的功率数据进行记录，同时测量环境气温、大气压力和风速等环境参数，根据记录的数据，绘制
出风力发电机组的实际功率曲线，同时根据环境气温、大气压力对实际功率曲线进行修正，观察机组实际功率曲线与标准功率曲线的差异是否在正常的范围内。

在实际工作中，由于受现场条件和机组数量较大的限制，多利用机组控制系统的测量数据，通过中央监控系统进行记录，这种方式存在两个弊端：一是多数风力机的风速仪位于叶轮的后部，风速的测量准确度受到影响，其次机组控制系统没有环境气温、大气压力等环境参数的测量或测量值不准确，需要补充其它辅助装置进行数据的补充。

因此采用这种方式分析处理得到的机组实际功率曲线应允许有一定的误差。

本文所有数据源于一套为上海电气的SEG—1250风机监控
系统，数据存储时间间隔为1分钟。

选定这种风力机的数据，是因为这种风力机在风力机类型上比较普遍，同属于三叶片、上风向、定桨距失速调节型风力机，额定功率相同，叶轮转速相同，均为33rpm，叶轮直径普遍。

在图1中，风力机的实际功率曲线均未经过环境温度和大气压力的修正，与标准功率曲线相比，除A2风力机外，其它机组功率曲线均较低，最大偏差可达25％(A4风力机19m/s风速点)。

A2风力机功率曲线基本达到标准功率曲线，且低风速段输出功率较高。

如果考虑由于空气密度的变化造成的影响，在标准条件下，其功率曲线高出标准功率曲线。

三、风力发电机组功率的影响因素
(一)输出功率根据风能转换的原理，风力发电机组的功率输出主要取决于风速，但除此以外，气压、气温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。

因为定桨距叶片的功率曲线是在空气的标准状态下测出的。

而桨叶的失速性能只与风速有关，只要达到了叶片气动外形所决定的失速调节风速，不论是否满足输出功率，桨叶的失速性能都要起作用，影响功率输出。

因此，当气温升高，空气密度就会降低，相应的功率输出就会减少，反之，功率输出就会增大。

(二)叶尖扰流器的影响由于风力机风轮巨大的转动惯量，如果风轮自身不具备有效的制动能力，在高风速下要求脱网停机是不可想象的。

早年的风力发电机组正是不能解决这一问题，使灾难性的飞车事故不断发生。

目前所有的定桨距风力发电机组均采用了叶尖扰流器的设计。

当风力机正常运行时，在液压系统的作用下，叶尖扰流器与桨叶主体部分精密地合为一体，组成完整的桨叶，当风力机需要脱网停机时、液压系统按控制指令将扰流器释放并使之旋转，形成阻尼板，由于叶尖部分处于距离轴最远点，整个叶片作为一个长的杠杆，使扰流器产生的气动阻力相当高，足以使风力机在几乎没有任何磨损的情况下迅速减速，这一过程即为桨叶空气动力刹车。

叶尖扰流器是风力发电机组的主要制动器、每次制动时都是它起主要作用。

(三)低温对零部件的影响客观上因为低温的应用范围毕竟有限，此类设备的经验和知识远没有常温和高温环境那样受到广泛的关注。

不同种类的零部件受低温的影响是不同的，对于金属机件应根据承受载荷的形式予以区别对待。

例如传动系统中的齿轮箱、主轴等，承受冲击载荷，这类零部件需重点防止低温时的脆性断裂，提高材料和机件的多次冲击抗力。

材料的化学成分、冶炼方法、晶粒尺寸、扎制方向、应变时效以及冶金缺陷等是影响冲击韧度和冷脆转变温度影响的主要因素，需要在设计时认真对待。

采取适当的热处理方法。

能显著提高材料多冲抗力，避免应力集中，表面冷作硬化和提高零件的表面加工质量等措施均能提高多冲载荷下的破断抗力。

当然避免在低温情况下出现较大的冲击载荷也是非常关键的，例如在风速较高时机组频繁投切启动，紧急制动等工况对机组的影响是非常不利的，应在设计上采取措施降低此类情况发生的概率。

(四)风力发电场的规模大小目前，我国正在进行全国电网互联，电网规模日益增大。

对于接入到大电网的风电场，其容量在电网总装机容量中占的比例很小，风电功率的注入对电网频率影响甚微，不是制约风电场规模的主要问题。

然而，风能资源丰富的地区人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱，风电功率的注入改变了电网的潮流分布，对局部电网的节点电压产生较大的影响，成为制约风电场规模的重要问题。

风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决
定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。

在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报，因此风电基本上是不可调度的。

从电网的角度看，并网运行的风电场相当于一个具有随机性的扰动源，对电网的可靠运行造成一定的影响。

由此可见，确定一个给定电网最大能够承受的风电注入功率成为风电场规划设计阶段迫切需要解决的问题。

(五)桨叶的调节当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因突面的弯曲而使气流加速，压力较低；凹面较平缓面使气流速度缓慢，压力较高，因而产生升力。

桨叶的失速性能是指它在最大升力系数CTMAX、附近的性能。

当桨叶的安装角B不变，随着风速增加攻角i增大，升力系数cT线性增大；在接近CTMAX时，增加变缓；达到后CTMAX开始减小。

另一方面，阻力系数初期不断增大；在升力开始减小时，阻力系数继续增大，这是由于气流在叶片上的分离随攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力激增，升力减少，造成叶片失速，从面限制了功率的增加。

失速调节叶片的攻角沿轴向由根部向叶尖逐渐减少，因而根部叶面先进入失速，随风速增大，失速部分向叶尖处扩展，原先已失速的部分，失速程度加深，未失速的部分逐渐进入失速区。

失速部分使功率减少，未失速部分仍有功率增加。

从而使输入功率保持在额定功率附近。

(六)风资源多少的影响年平均风速：以测量记录的风速计算出的某一高度的年度平均风速。

风功率密度：气流垂直通过单位面积的风的能量，单位：W/m2年有效风速小时：在一年之中风速在3-20m/s之间出现的累积时间。

年有效风能功率密度：根据年有效风速范围内采集到的数据计算出单位垂直面积的风的能量。

下表是不同风资源对风力发电机组功率的影响程度：。