功率曲线及可利用率计算(录制使用)

叶片的迎风面
叶片的背风面
一、风力发电机组的功率曲线
优化控制参数：
一、风力发电机组的功率曲线
将机组的额定转速由16.5rpm提升至初始设计的17.3rpm，会提高机组的风能利用系数Cp。 下图是两种不同转速下机组仿真的风能利用率Cp曲线。
50 45 40 35
16.5rpm转速下Cp 17.3rpm转速下Cp
一、风力发电机组的功率曲线
1.2 机组功率曲线的生成、考核及其验证
功率曲线按国标计算。 机组功率曲线的生成过程。
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一、风力发电机组的功率曲线
一般在风力发电机组的销售合同中，业主方会针对单台风电机组考核功率曲线。 下面介绍三种考核方法，以考核现实环境中的出力能否达到给定功率曲线水平。
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一、风力发电机组的功率曲线
叶片对零角度出现较大偏差也会造成机组功率曲线不良。 下图，左图是差3.3度时的情况，右图是调整后的情况。
一、风力发电机组的功率曲线
不同的风剪切梯度也会影响机组的功率曲线。 受地形影响，相同高度、不同地域的风剪切梯度不同，当轮毂高度的风速大于叶轮整体平均风速 时，机组的功率曲线偏低。
一、风力发电机组的功率曲线
1.3 机组功率曲线中的问题及其处理
机组功率曲线无法达到合同要求有多种因素。空气密度、机组偏航对风偏差、风速仪测 量误差、叶片对零偏差、不同的风剪切梯度、不同强度的湍流风况等都会影响机组的功率。 空气密度对机组功率曲线的影响： 风力发电机组的发电功率与空气密度的关系： 风力发电机组从风能中吸收的功率P ：P=1/2 CpAρv3 空气密度与气温、气压的关系如下：
一、风力发电机组的功率曲线
不同强度的湍流风况也会影响机组的功率
一、风力发电机组的功率曲线
不同湍流风况对应的机组功率的仿真曲线
一、风力发电机组的功率曲线
不同的湍流风况对应的机组功率曲线
一、风力发电机组的功率曲线
合同本身也会成为机组功率曲线无法达标的一个因素。静态功率曲线是计算仿真出来的，完全 按风速进行推算，没有考虑湍流、风向偏差、风切变等因素。 下图是静、动态功率曲线的对比。
一、风力发电机组的功率曲线
涡流发生器（Vortex generator，简称VG）
一、风力发电机组的功率曲线
涡流发生器可以改善机组功率曲线。
1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 10台有涡流机组平均功率 10没有涡流机组平均功率
一、风力发电机组的功率曲线
受空气密度的影响，不同季节、不同空气密度，同一台机组的功率曲线不同。 空气密度对变桨机组的发电功率影响很大。机组冬季的功率曲线高于夏季。
一、风力发电机组的功率曲线
机组偏航对风偏差也会造成机组功率曲线不良。
风向标不对风会使机组偏离风向。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：vˊ=v sinφ，机组此时的功率为 P=1/2 CpAρ(vˊ)3 =1/2 CpAρ(v sinφ)3 偏离风向时机组的功率小于正对风时的功率（因为0≤sinφ≤1）。
方法一：考核机组的实际功率曲线是否能达到标准功率曲线的95%。
步骤： 1：将现场中央监控的输出功率折算到标准空气密度（1.225kg/m3）下。 2：计算每个风速段数据的功率输出率： （折算后的现场输出功率÷输出功率）×100% = 功率输出率 3：计算性能值： 功率输出率之和÷数据套数= 功率性能值 要求：现场测试的数据值必须等于或超出标准功率曲线值的95%。
风能利用率（单位：%）
30 25 20 15 10 5 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 风速（单位：m/s）
一、风力发电机组的功率曲线
这是大连驼山项目现场LM77叶片机组提高转速实验的功率曲线图。 实验前后机组功率曲线有很大变化。
1600.0 1500.0 1400.0 1300.0 1200.0 1100.0 1000.0 900.0 800.0 700.0 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0
动态曲线 静态曲线
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一、风力发电机组的功率曲线
综上，影响功率曲线的因素很多，有机械方面Hale Waihona Puke Baidu风向标对风和最小叶片角度问题，有 机组控制策略及参数问题，还有叶片翼型气动特性、叶片污染、地形等问题。各个现场的 功率曲线情况需具体现场具体分析。
一、风力发电机组的功率曲线
优化功率曲线的方法：
1、优化叶片的气动外形，使叶片能吸收更多风能，具体通过增加涡流发生器、叶根条形 带（strip）等装置来实现。 2、优化控制参数，提高整机风能的利用率：主要通过优化叶片的最小运行角度、提高发 电转速、优化电磁扭矩的配合参数等方法来实现。
风力发电机组 功率曲线及可利用率
金风科技客服培训技术室 2011 年 3月
编 订：孙 伟
综述：
风力发电机组投产发电后，出力是否能达到机组的标称出力，运行 是否稳定，是决定风电场运营情况的重要经济指标，是风电场运营单位 关心的焦点。 通常，我们用机组的功率曲线和机组可利用率来表征机组的出力及 运行情况。
一、风力发电机组的功率曲线
方法二：考核功率曲线保证值k。
定义：功率曲线保证值K：k=（统计发电量 / 保证发电量）×100%
统计发电量是机组运行过程中，一段时间内各个风速上的发电量之和。 公式如下： 统计发电量=∑ (风频分布值（小时数）×实测功率曲线对应的功率值)。 保证发电量是机组按合同担保的功率曲线计算的、一段时间内各个风速上的发电量之和。 公式如下： 保证发电量=∑（风频分布值（小时数）×风电场实际空气密度下功率曲线对应的功率值）， 风频分布值以风电场内现有测风塔的实测值为准； 实测功率曲线以风电场中央监控系统记录的每台机组的功率曲线为准； 风电场实际平均空气密度按风电场内测风塔的气压和温度测试装置实测值计算。 要求：每台风电机组保证值(K)应≥95%，合同规定限期内供方无法矫正功率曲线，将按合同条 款进行经济赔偿。
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2#测试后平均功率 2#测试前平均功率
一、风力发电机组的功率曲线
方法三：同样考核功率曲线保证值k。
定义：功率曲线保证值：k=（实测推算年发电量 / 保证推算年发电量）×100%
实测推算年发电量是机组1年的各个风速上的发电量之和。 公式如下： 实测推算年发电量=∑(风频分布值× 8760×实测功率曲线值) 保证推算年发电量是机组按合同担保的功率曲线计算的1年各个风速上的发电量之和。 公式如下： 保证推算年发电量=∑（风频分布值× 8760 ×保证功率曲线值） 风频分布值以风电场内现有测风塔的实测值为准。 实测功率曲线值以风电场中央监控系统记录的每台风电机组的功率曲线为准。 风电场实际平均空气密度按风电场内测风塔的气压和温度测试装置实测值进行计算。 要求：每台风电机组保证值(K)应≥95%，合同规定限期内供方无法矫正功率曲线，将按合同条款进 行经济赔偿。
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一、风力发电机组的功率曲线
叶根条形带（strip）
课程内容：
一 风力发电机组的功率曲线
1.1 机组功率曲线代表的意义 1.2 机组功率曲线的生成、考核及其验证 1.3 机组功率曲线中的问题及其处理
二 计算风力发电机组可利用率
2.1 机组可利用率的含义 2.2 机组可利用率的考核计算
一、风力发电机组的功率曲线
1.1 机组功率曲线代表的意义
机组功率曲线用来表征机组输出功率与风速的对应关系。 机组功率曲线代表了风力发电机组的发电能力，同时也是一个风电场年发电量计算 的一个依据。掌握一个风电场的风资源状况，就可以根据机组的功率曲线，通过 windfamer等专用软件推算出整个电场1年的产能。 1.5MW（叶片直径82米）机组的功率曲线
一、风力发电机组的功率曲线
不同偏航角度下的机组功率系数曲线
一、风力发电机组的功率曲线
一台机组风向标调整前后功率曲线的对比情况：
2期3号机组 风速（m/s） 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1月功率(对正前）（kw） 18.61 55.07 116.88 211.06 356.88 550.25 796.29 1030.33 1276.88 1464.55 1538.22 1545.7 1550.25 1551.76 1553.24 2月功率(对正后）（kw） 21.29 62.84 130.07 221.34 363.05 556.68 824.71 1054.63 1300.42 1466.78 1529.16 1542.91 1547.01 1537.29 1533.24 2期2号机组 1月功率（kw） 21.61 70.64 152.8 266.01 442.13 670.28 912.9 1175.39 1421.38 1533.02 1551.48 1560.72 1565.3 1565.7 1568.36 2月功率（kw） 23.04 73.62 149.29 260.32 423.67 658.5 888.92 1144.12 1397.49 1520.16 1545.8 1554.6 1557.6 1549.61 1548.93
如果实际达不到保证的95%，方法一无法通过考核，方法二和方法三仍有希望通过机 组考核。 双方对机组功率曲线无法达成一致时，要聘请双方认可的第三方进行机组功率曲线的 认证测试。 一般，功率曲线按国标《GB 18451.2-2003 风力发电机组功率特性试验》或按国际标准 《IEC61400-12-1》进行验证。内容上看，两个标准基本一致。
一、风力发电机组的功率曲线
三种方法比较： 方法一 相同风速下，对比机 组实际功率曲线数据 和合同中担保的机组 功率曲线数据； 方法二 相同时段内，对比使 用合同中担保的机组 功率曲线数据推算的 机组发电量，与机组 的实际发电量； 方法三 同一年内，对比使用 合同中担保的机组功 率曲线数据的机组发 电量，与机组的实际 发电量。
一、风力发电机组的功率曲线
风速仪测量出现较大误差也是影响机组功率曲线的一个因素。 因风速仪漂移影响功率曲线的情况曾在官厅1期的11号机组及辽宁北票27号机组上出现过。 下图是更换风速仪前后功率曲线的对比。
1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 3 4 平均功率（更换前） 平均功率（更换后）
其中：ρ为空气密度；v为风速；A为叶轮扫略面积；Cp为机组的功率系数。
ρ=B/（T*R0）
其中：ρ为空气密度；B为气压（hPa）；T为开氏绝对空气温度（K）
功率曲线与气温、气压有直接关系。应以风电场内测风塔的气压和温度测试装置的实 测值来计算空气密度，进而对标准功率曲线数值进行修正。 空气密度波动较大的风电场应按不同季节，进行功率曲线的统计与考核。 统计空气密度时最好分三个时段（如冬季、春季、夏秋季），功率曲线保证值可对照 相应空气密度进行考核。