基于運行數(shù)據(jù)的風電機組功率曲線可靠性評估

王佳佳

國電電力山西新能源開發(fā)有限公司 山西大同 037000

1 我國并網(wǎng)風電機組發(fā)展

中國的并網(wǎng)風力發(fā)電機也在朝著增加單機容量和變速可變功率調(diào)節(jié)技術(shù)的方向快速發(fā)展。特別是2005年“可再生能源法”頒布后，在一系列國家激勵政策的推動下，中國風電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。安裝和運行了大量裝置，新裝機容量年增長率超過30%。

雖然中國的風電產(chǎn)業(yè)在數(shù)量上處于世界領(lǐng)先地位，但風電機組運行和維護技術(shù)的現(xiàn)狀并不樂觀，需要進一步消除。在中國風電設(shè)備行業(yè)的整個發(fā)展過程中，它具有以下特點：

國內(nèi)大型風電機組制造業(yè)主要依靠技術(shù)引進和合作研發(fā)。（2）源自進口技術(shù)和進口的風力渦輪機主要是針對歐洲和美國等發(fā)達國家的運行環(huán)境而開發(fā)的。（3）近幾年來，風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。為了搶占市場，制造商經(jīng)常將產(chǎn)品投入市場，并在研發(fā)單位尚未完全確定時進行安裝和操作。

2 數(shù)據(jù)的篩選與修正

2.1 數(shù)據(jù)的篩選

為了提高風力發(fā)電機功率曲線評估的準確性，有必要對風力發(fā)電機的瞬時風速和有功功率數(shù)據(jù)進行篩選和處理，以確保分析風力發(fā)電機正常運行條件下的數(shù)據(jù)。因此，應(yīng)刪除以下情況中的數(shù)據(jù)：

（1）根據(jù)SCADA系統(tǒng)收集的停機統(tǒng)計和停機時間，消除停機前后30分鐘同步風機的瞬時風速和有功功率；

（2）當瞬時風速大于切入風速且有功功率仍為0時，即單元不工作的數(shù)據(jù)，應(yīng)消除數(shù)據(jù)；

（3）在正常數(shù)據(jù)點的相對密集的功率曲線下，可能存在一些分散的欠功率點。需要分析風扇是否處于有限負載運行狀態(tài)，并且需要消除運行條件下的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)的修正

在根據(jù)風速-功率散點圖擬合成功率曲線之前，需要對運行數(shù)據(jù)的相關(guān)量進行修正，折算到與風電場設(shè)計階段理論功率曲線相同的條件下。

（1）空氣密度可以根據(jù)現(xiàn)場氣溫和氣壓的測量值得到：

式中：ρ10min為空氣密度10min的平均值，kg/m3；T10min為絕對氣溫10min的平均值，℃+273；P10min為測量氣壓10min平均值，Pa；R0為氣體常數(shù)，287．05J/（kg·K-1）。

（2）對定槳距的失速調(diào)節(jié)風電機組，可根據(jù)下式對有功功率進行修正：

（3）對變槳距控制風電機組，應(yīng)根據(jù)下式進行風速修正：

式中：Vn為修正后的風速；V10min為風速10min的平均值。

3 功率曲線繪制

將風速分割成多個1m/s的小區(qū)間（如［3．5m/s，4．5m/s］），對風速區(qū)間內(nèi)V10min和P10min取平均值。具體計算公式如下：

4 功率曲線評估實例

本文所選取的風電場實例位于陜北地區(qū)，風電場已成功運營了5a時間。風電場內(nèi)共有25臺風機，本次功率曲線評估選取的是具有代表性（不因電網(wǎng)限負荷而限電運行）的2、12和16號3臺樣板風該風電場風機布置見圖1所示。

圖1 風電場風機布置圖

考慮到運行數(shù)據(jù)的完整性，選擇 2016．06．01-2016．08．31 評估期內(nèi)三種型號風機的瞬時風速和有功功率數(shù)據(jù)進行分析，并按照本文方法對數(shù)據(jù)進行過濾。使用等式（3）執(zhí)行風速校正。在校正數(shù)據(jù)之后，2,12和16個風扇的風速-功率散布在圖2至4中示出。

根據(jù)校正的風力渦輪機風速-輸出功率數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（4）和（5）計算每個風速間隔中的平均風速和平均輸出功率，并將其擬合到風扇實際運行功率曲線中。

圖2 2號風機風速-功率散點圖

率曲線進行對比，得到3臺風機實際功率曲線與理論功率曲線的對比圖，如圖5所示。

圖3 12號風機風速-功率散點圖

由圖5可以看出，3臺風機在達到額定功率后，風機會保持部分超額發(fā)電；在［3m/s，9m/s］中低風速段均略高于設(shè)計階段廠家提供的理論功率曲線；在［9m/s，14m/s］高風速段低于廠家提供的功率曲線。

圖4 16號風機風速-功率散點圖

圖5 3臺風機實際功率曲線與理論功率曲線的對比圖

5 結(jié)論

本文根據(jù)風電場采集的運行數(shù)據(jù)，對風機實際功率曲線進行擬合，并與設(shè)計階段廠家提供的功率曲線相比較來評估設(shè)計階段的理論功率曲線可靠性。得出的結(jié)論如下：該風電場選取的3臺風機的實際功率曲線整體高于設(shè)計階段廠家提供的功率曲線，說明設(shè)計階段廠家提供的風機功率曲線可靠性較高，該風電場運行狀況良好。