風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能評(píng)估方法探析

摘 要：功率曲線、風(fēng)能利用系數(shù)和發(fā)電效能是風(fēng)電機(jī)組的重要指標(biāo)參數(shù)，文章通過(guò)對(duì)影響功率曲線、風(fēng)能利用系數(shù)和發(fā)電效能的影響因素和計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)分析，探討了關(guān)于風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能的評(píng)估方法、使用范圍和側(cè)重效果，為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能評(píng)估分析提供科學(xué)合理借鑒，同時(shí)為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、選型和風(fēng)電場(chǎng)投資分析提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和有力依據(jù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電性能評(píng)估、功率曲線、風(fēng)能利用系數(shù)、發(fā)電效能

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0095-02

風(fēng)電機(jī)組真實(shí)發(fā)電量的高低和發(fā)電性能的優(yōu)劣，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有著重要的影響。因此，正確評(píng)估分析風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能，進(jìn)而可以通過(guò)改進(jìn)措施，來(lái)提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量；同時(shí)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能評(píng)估可為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、選型和風(fēng)電場(chǎng)投資分析提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和有力依據(jù)，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 評(píng)估分析方法

1.1 通過(guò)功率曲線評(píng)估分析

風(fēng)電機(jī)組的功率曲線，一般是指風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率隨風(fēng)速變化的關(guān)系曲線。

功率曲線，描述了風(fēng)電機(jī)組出力情況隨著風(fēng)速變化的情況，直觀反映風(fēng)電機(jī)組的功率特性，是衡量風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能、估算風(fēng)電機(jī)組損失電量的最重要、直接指標(biāo)，因此功率曲線的好壞程度直接決定風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能的優(yōu)劣。

通常，風(fēng)電機(jī)組廠家提供技術(shù)合同約定的標(biāo)準(zhǔn)空氣密度狀況下的保證功率曲線（簡(jiǎn)稱保證功率曲線）。實(shí)際功率曲線要受到很多外界因素和條件的影響，風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際功率曲線主要由風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中得到，通?？梢酝ㄟ^(guò)風(fēng)電機(jī)組SCADA后臺(tái)導(dǎo)出；但由于風(fēng)速計(jì)算規(guī)則受風(fēng)機(jī)廠家設(shè)置調(diào)整或控制，通常風(fēng)電機(jī)組后臺(tái)導(dǎo)出的功率曲線大多數(shù)不真實(shí)。行業(yè)通常采用功率曲線測(cè)試的方式來(lái)獲得風(fēng)電機(jī)組功率曲線。

關(guān)于開(kāi)展功率曲線測(cè)試，來(lái)驗(yàn)證評(píng)估風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能，行業(yè)內(nèi)做法不盡相同。IEC 61400-12-1：2005和國(guó)標(biāo)GB/T 18451.2-2012對(duì)風(fēng)電機(jī)組功率特性的測(cè)試有相應(yīng)規(guī)定和具體要求；通常取一段時(shí)期（如一年）作為功率曲線測(cè)試時(shí)段，記錄風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)速—輸出功率的長(zhǎng)時(shí)間系列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可得風(fēng)電機(jī)組功率曲線散點(diǎn)分布圖，如圖1所示。

通過(guò)對(duì)散點(diǎn)進(jìn)行擬合分析，便可得到了風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際功率曲線。

通過(guò)功率曲線測(cè)試，將測(cè)試時(shí)段內(nèi)的機(jī)組實(shí)測(cè)功率曲線與保證功率曲線進(jìn)行對(duì)比分析，按照一定規(guī)則來(lái)計(jì)算實(shí)測(cè)值與保證值兩者之間的差異，進(jìn)而可以評(píng)估風(fēng)電機(jī)組實(shí)際發(fā)電性能的優(yōu)劣。功率曲線測(cè)試差異處理，通常可采用功率曲線系數(shù)法、實(shí)測(cè)發(fā)電量法和曲線一致法。

所謂功率輸出系數(shù)法，是指對(duì)應(yīng)同一風(fēng)速點(diǎn)下，將實(shí)際輸出功率與保證輸出功率相除求比值；通過(guò)定義該比值為功率輸出系數(shù)，并將統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)每一個(gè)風(fēng)速點(diǎn)的功率輸出系數(shù)進(jìn)行相加求平均值；該均值可作為偏差，來(lái)評(píng)估風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能[1]。

所謂實(shí)測(cè)電量法，是指在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，將風(fēng)電機(jī)組根據(jù)實(shí)功率曲線推算推算實(shí)際發(fā)電量與理論發(fā)電量進(jìn)行比較，其比值作為偏差，來(lái)評(píng)估風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能[1]。

所謂曲線一致法，是統(tǒng)計(jì)擬合獲得一段時(shí)間內(nèi)機(jī)組實(shí)際的風(fēng)速—功率曲線，將該曲線與保證功率曲線放在同一坐標(biāo)下，取一定風(fēng)速間隔為步長(zhǎng)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率偏差；將全風(fēng)速段功率偏差相加，進(jìn)行一定處理后，其輸出值作為偏差，來(lái)評(píng)估風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能[1]。

1.2 通過(guò)風(fēng)能利用系數(shù)評(píng)估分析

風(fēng)能利用系數(shù)，描述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪從風(fēng)能中獲取能量的大小程度，表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化效率[2]。風(fēng)能利用系數(shù)表示為：

說(shuō)明風(fēng)作用在風(fēng)輪上，風(fēng)輪所能獲得的最大功率，為風(fēng)吹過(guò)風(fēng)輪時(shí)風(fēng)能的59.3%。

可以用來(lái)直觀反應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的最佳發(fā)電能力點(diǎn)，其變化趨勢(shì)可以評(píng)估風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能變化趨勢(shì)。通常情況下，風(fēng)電機(jī)組的大約為0.42～0.51之間。

當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組1.5～2 MW主流機(jī)型的最大風(fēng)能利用系數(shù)大概分布范圍，如圖2所示。可用于風(fēng)電機(jī)機(jī)組發(fā)電性能評(píng)估參考。

1.3 通過(guò)發(fā)電效能評(píng)估分析

發(fā)電效能定義為風(fēng)電機(jī)組在特定已知環(huán)境風(fēng)速下，實(shí)際發(fā)電量和理論發(fā)電量的比值，又稱為能量可利用率。獲取任意時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際風(fēng)速、實(shí)際發(fā)電量、現(xiàn)場(chǎng)空氣密度和廠家保證功率曲線，即可算出該段時(shí)間內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效能。

理論發(fā)電量=實(shí)際發(fā)電量+棄風(fēng)損失電量+故障停機(jī)損失電量+檢修停機(jī)損失電量+受累停機(jī)損失電量+不可抗因素停機(jī)損失電量+功率曲線不達(dá)標(biāo)損傷電量

發(fā)電效能理想值為100%，但通常情況下，風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效能在90%～100%之間。

若發(fā)電效能遠(yuǎn)小于100%，說(shuō)明機(jī)組損失發(fā)電量較多。設(shè)備管理等原因?qū)е聶C(jī)組停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、限電導(dǎo)致發(fā)電量損失、功率曲線不達(dá)標(biāo)等均為較常見(jiàn)原因。

若發(fā)電效能大于100%，說(shuō)明理論發(fā)電量計(jì)算出現(xiàn)偏差；理論發(fā)電量計(jì)算最大誤差可能來(lái)源于機(jī)組風(fēng)速小于實(shí)際風(fēng)速，導(dǎo)致理論電量計(jì)算偏小，進(jìn)而可能導(dǎo)致發(fā)電效能大于100%。

2 評(píng)估方法應(yīng)用對(duì)比分析

從實(shí)際情況來(lái)看，不同的評(píng)估分析方法和指標(biāo)，在風(fēng)電機(jī)組的性能分的側(cè)重點(diǎn)和應(yīng)用范圍可能有差別，見(jiàn)表1。

功率曲線主要直觀衡量風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能，主要反映風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能最佳點(diǎn)，發(fā)電效能除體現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組自身發(fā)電性能外，還受到環(huán)境因素、場(chǎng)內(nèi)外受累、設(shè)備運(yùn)維管理等因素對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的影響，屬于全面反應(yīng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電狀況的指標(biāo)。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著風(fēng)電行業(yè)由規(guī)?；蚓婊l(fā)展，風(fēng)電機(jī)機(jī)組發(fā)電效能越來(lái)越受到重視。通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能進(jìn)行綜合分析，測(cè)試評(píng)估風(fēng)電機(jī)組功率特性，深入探討風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)和理論設(shè)計(jì)之間的差異和存在問(wèn)題，可為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、選型和風(fēng)電場(chǎng)投資分析提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和有力依據(jù)。面對(duì)不同風(fēng)電場(chǎng)或不同風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電性能評(píng)估時(shí)，應(yīng)綜合考慮應(yīng)用以上幾種評(píng)估方法，方可達(dá)到科學(xué)準(zhǔn)確的效果。

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