利用blade风力发电机组功率曲线计算方法

利用blade风力发电机组功率曲线计算方法以及流程
目录
1、概述 (1)
2. 特性取得定方法 (1)
2.1 空气动力参数确定 (1)
2.2 整机摩擦系数 (2)
2.3 齿轮箱效率曲线 (2)
2.4 发电机效率曲线 (3)
2.5 变流器效率曲线 (3)
3. 生成功率曲线 (3)
3.1 仿真计算风机功率曲线 (4)
3.1.1 风机叶片数据包 (4)
3.1.2 风机未并网用电量 (4)
3.1.3 风机工作点损耗 (4)
3.1.4 确定最佳控制系数Kopt (4)
3.2 计算功率曲线 (7)
3.3 现场测试 (9)
4. 功率曲线数据提供管理 (9)
1、概述
风机风功率曲线由风机的特性决定。

主要有下列特性确定：
●风机叶片空气动力特性
●整机机械摩擦
●齿轮箱效率
●发电机效率
●变流器效率等
在没有对风机进行风功率测试及认证的情况下，需要通过仿真的方法对风机分功率曲线进行仿真计算，得出风机的功率曲线，以便提供客户风机功率曲线。

2. 特性取得定方法
通过仿真确定风机的功率特性主要采取仿真与工厂测量相结合的方法。

对于在制造工厂及现场可以测量的特性数据，可以在制造工厂或在现场实地测量来确定，
2.1 空气动力参数确定
空气动力参数由叶片生产厂家提供叶片空气动力参数数据包确定。

对于参数的确定要求与厂家有书面和电子文档的方法进行。

叶片生产厂家需要提供书面的空气动力参数，主要包括：
●叶片数据的功率值；
●对应的Cp值；
●转速值；
●推力系数；
提供的电子数据位Bladed 仿真软件可利用的数据文件。

主要内容包括：
●叶片型号
●数据包主版本号
●数据包分版本号
●数据包生成日期
●数据包制作人及审批人
2.2 整机摩擦系数
整机摩擦系数可以通过实际测量的方法来实现。

具体测量方法如下：
当风机在现场运行时，将风机调整至调试方式。

对风机在一组风速下运行时的转速进行测量，再通过计算得出风机的整机在各风速情况下的摩擦系数曲线值。

1)确定风速小于5 m/s；
2)设定风机为调试方式，即不并网运行；
3)设定风机转速对于双馈风力发电机，设定风机转速为0.5ωn，测量风速，风
轮转速及变桨角度的 3 min 平均值；
4)分别测量0.6ωn，0.7ωn，0.8ωn，0.9ωn，1.0ωn及1.1ωn的风速，风
轮转速及变桨角度值；
5)通过数学模型计算风机的摩擦系数曲线；
详细说明见附件二。

2.3 齿轮箱效率曲线
齿轮箱效率可以由齿轮箱生产提供。

主要提供不少于10组数据如下：
1)转速
2)被测齿轮箱输入功率值或输入转矩值
3)被测齿轮箱输出功率值或输出转矩值
4)效率曲线
2.4 发电机效率曲线
发电机效率可以由发电机制造厂提供主要提供不少于10组数据如下：
1)被测发电机转速
2)测量转速下的输入功率或转矩；
3)测量转速下的输出功率或转矩；
4)效率曲线。

2.5 变流器效率曲线
变流器效率曲线由变流器生产厂家提供，提供额定工作点以上不少于2组测量数据及额定工作点以下均匀分布的不少于10组测量数据及效率曲线。

主要测量参数包括：
1)自用电量
2)对应最小工作点效率；
3)10组额定工作点以下效率，要求均匀分布；
4)额定工作点效率；
5)额定工作点以上效率；
6)各测量点对应的发电机转速，输入功率及输出功率
7)效率曲线；
3. 生成功率曲线
在具有上述参数后，可以对风机的功率曲线进行仿真计算，再在实际中进行验证。

3.1 仿真计算风机功率曲线
功率曲线仿真采用Bladed 软件，需要确定下列参数：
1)风机叶片数据包；
2)风机无载荷情况下自用电量；
3)风机分段工作点损耗；
4)最佳控制放大系数Kopt
3.1.1 风机叶片数据包
风机叶片数据包文件由叶片厂家提供。

对提供的数据包需要加密的要有加密内容说明。

对确定的叶片数据包，需要提供2.1节提及的所有数据。

需要将对方提供
数据作为档案与功率曲线文件一同存档。

存档文件格式见附件一。

3.1.2 风机未并网用电量
该参数由现场实际测量获得。

主要考虑平均值，即对偏航对风进行估算。

确定偏航电机用电量，并对偏航用电量进行全天平均。

在风机功率曲线文件中要存档现场测量报告。

3.1.3 风机工作点损耗
主要包括电损耗及机械损耗，填写个各工作点损耗值。

在整体文档中需要同时存档发电机，齿轮箱及变流器的损耗测试报告。

3.1.4 确定最佳控制系数Kopt
Kopt 是最佳叶尖速比控制获取最大风能的控制放大系数。

主要是因为风速的测
量受外部干扰太大，因此采用发电机转速测量值来实现最佳转矩或最佳功率给定。

其公式如下：
335opt G 2/Cp R K λπρ=
（3.1）
所以，首先要确定最佳λ和最佳Cp 。

最佳λ和最佳Cp 的确定需要通过Bladed 计算获得。

采用Bladed 计算获取最佳λ和最佳Cp 按如下步骤进行。

1) 确定物理常数 ( Physical Constant)
a) 空气密度 b) 空气粘度 c) 重力加速度 d) 水密度 2) 转子配置 3) 叶片尺寸 4) 翼型参数
5) 空气动力控制参数 6) 性能数据
在确定上述数据后，就可以对风机的最佳Cp 值及最佳叶尖速比机型计算了。

通
通过在性能参数中填写不同的变桨角度，可以得到对应叶片变桨角度及不同叶尖速比情况下的数据表。

举例：叶片风轮直径为70 m 风机最佳叶尖速比及最佳变桨角度的计算方法。

1)设定变桨角度为--2, -1.5, -1, -0.5, 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 4˚，得到如下数据
叶片信息：辉腾 HT34 叶片信息表
从中可以看出，最佳的叶尖速比是7.5，最佳功率系数Cp 为0.4906，这时对应的变桨角度为-1.5˚。

采用该表格中的最佳Cp及最佳λ计算最佳功率控制系数。

将Cp及λ带入公式3.1，得到如下值：
Kopt = 0.1624
3.2 计算功率曲线
采用实际测量及厂家提供数据，输入损耗表，采用Bladed 进行计算，上例中的功率曲线如下：
在此处需要注意的是对损耗进行线性化，即对损耗不能笼统的设定为95%，自用电设定为15kW。

需要采用测量值设定表格。

对得到的功率曲线要进行现场测试。

3.3 现场测试
对于功率曲线，在样机实验时需要对功率曲线进行测量验证。

如有条件，需要对功率曲线进行认证。

若暂时不具备条件的，可以再实验风场对风机的功率曲线通过风机控制系统进行验证。

4. 功率曲线数据提供管理
功率曲线在投标及风机考核时是一个重要的参数指标。

对于每种机型的功率曲线在风机定型后需要定型功率曲线。

提供的功率曲线应该是经过现场测试或认证的功率曲线。

每种机型的功率曲线需要通过计算和实验验证。

该功率曲线要满足设计要求。

对于不满足设计要求的要有书面材料进行说明并对风机的性能参数进行调整。

由技术负责人签署并存档。

在投标活动或因为其他原因要对功率曲线的参数调整需要相关领导签字确认。

存档的主要内容包括：
1)叶片生产厂家的原始数据和数据包文件及相关技术协议；
2)变速箱生产厂家的效率数据文件；
3)发电机生产厂家的效率数据文件；
4)变流器生产厂家的效率数据文件；
5)整机摩擦系数测量文件；
6)Bladed 仿真计算报告；
7)现场测量或测试报告；
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