基于Minitab軟件的風電機組性能分析方法

文／黃麗桂

基于Minitab軟件的風電機組性能分析方法

文／黃麗桂

風能作為一種新能源，已得到了廣泛的應用。但目前風能的利用率仍然比較低，因此，分析風電機組的運行性能，確保其最大效率的運行，能使風電場獲得最大程度的贏利。目前，在對風電機組作性能分析時，并沒有確切的計算方法，往往都是通過各種軟件的建模或仿真來進行分析，且一般都涉及比較復雜的計算過程，因此，在迫切需要一種簡單直觀的分析方法。在此將闡述如何運用Minitab軟件，生成直觀的曲線圖行性能比較及分析，并回歸擬合出風電機組實際功率的具體計算公式。

方法概述

Minitab軟件在質量管理統計方面運用比較廣泛，在需要直觀地對風電機組進行性能分析方面也起到很好的效果。為詳細介紹這種方法，本文選用兩個風電場作為實例。這兩個風電場均采用1.5MW雙饋異步風電機組，一個位于沿海，簡稱為風電場1#；一個位于內陸，簡稱為風電場2#；兩個風電場的空氣密度相近，均在質保期內。

風電機組功率設計曲線

首先，驗證兩個風電場的風電機組性能是否達到設計要求。經檢測分析，兩個風電場的風場空氣密度相近，為1.168kg/m3。切入風速為3m/s，額定功率均為1500kW。在質保期內，兩個風電場的功率曲線均需符合設計曲線，如圖1所示，要求每臺機組實際功率曲線在保證值95%的范圍內。

如圖1所示，風電機組的實際功率曲線最低不能低于紅色的曲線，最高不能超過綠色的曲線。

風電機組性能驗證及比較方法

在質保期內，對風電機組進行性能驗證，有助于提前發現問題，及時與風電機組制造商溝通解決問題。以下分別在風電場1#和風電場2#各選取1臺風電機組進行性能驗證，軟件生成的圖形如圖2、圖3所示。

從圖2可看出，低風速時，風電場1#單臺風電機組的實際功率與設計功率基本吻合，但在高風速時有所偏離，低于設計功率。在同樣的風速下，風電機組的實際功率低于設計功率，性能較差。這便需要及時與風電機組制造商溝通，查找原因并處理，確保機組性能在設計曲線范圍內。

圖1 風電場功率設計曲線

從圖3可看出，風電場2#單臺風電機組的實際功率在設計的功率范圍內，性能較好。

以上只是任意選擇兩臺風電機組進行方法的闡述，對于其它機組，可以采取同樣的方法進行驗證。

同一風電場不同風電機組性能比較方法

圖2 風電場1#單臺風電機組實際功率曲線與設計功率的對比

隨著運行時間的增加，風電機組的性能不可避免會降低，但是這種變化是因設備的正常老化，還是因風電機組維護不當而造成，還需要進行相關的比較分析。這便需要掌握同一風電場不同風電機組在同一時間段的分析方法。在此選取風電場2#的2號風電機組和4號風電機組來說明。

對2號與4號風電機組同一時間段的功率曲線進行模擬，如圖4所示。

因機組還在質保期內，因此還可通過驗證2號與4號風電機組功率曲線是否在設計曲線內，來判斷風電機組是否合格。如圖5所示。

圖3 風電場2#實際功率曲線與設計功率對比

圖4 2號風電機組及4號風電機組同一時間段的功率曲線

圖5 2號及4號風電機組同一時間段的功率曲線及與設計曲線的對比

當風電機組已經不在質保期內，即使其功率曲線均不在設計范圍內，同樣可以采用這種方法對多臺風電機組的性能進行對比。當發現某臺風電機組的功率曲線明顯低于其它風電機組時，說明這臺風電機組很有可能存在異常情況，需要及時查找原因，做出應對措施。

風電機組實際功率曲線公式推導方法

圖7 2號風電機組實際功率曲線三次擬合

表1 2號風電機組風速及實際功率對應表

風電機組在未達到額定運行時，其功率曲線并沒有一個準確的計算公式，再加上實際的功率曲線往往與理論的功率曲線有所不同，這更增加了計算難度。利用Minitab軟件，可以根據實際功率曲線，擬合出功率的計算公式。現選取風電場2#的2號風電機組為例。

首先，選取2號風電機組不同風速下的實際功率，如表1所示。其次，根據表1進行回歸二次擬合，見圖6。進行回歸三次擬合，見圖7。

從圖6、圖7可看出，三次擬合更為切合2號風電機組實際功率，因此可得出2號風電機組實際功率曲線的計算公式為：

實際功率P=819.4－467.5ν+83.88ν2－3.346ν3

同理，可通過同樣的方法對其它風電機組的實際功率進行擬合推導，得出其計算公式。

圖6 2號風電機組實際功率曲線二次擬合

結語

本文介紹了運用Minitab軟件進行性能分析的方法，通過生成圖形、回歸模擬等手段對風電機組的性能進行驗證、比較及對實際功率的計算公式進行推導。這種方法不需涉及復雜的計算過程，比較簡單直觀，為生產運營中提前發現故障征兆，及時解決問題提供了便利。

(作者單位：廣東粵電湛江風力發電有限公司)