風速對風電機組發電量的影響研究

陳志強

摘? ?要：針對HT25P型號的風電機組發電量不足的現象，提出了風速對風電機組發電量的影響研究這一課題。通過實驗采集的數據，探究不同風速對風電機組發電量的工作效率和穩定性的影響。得出風速不足會使風電機組因工作效率過低而造成了發電量不足;風速過大則會降低風電機組工作的穩定性，導致工作中時常發生故障，進而也造成了發電量不足的現象。根據多組實驗，最終得到將風速控制在10.5～11.5m/s時，風電機組的發電量達到最大值。

關鍵詞：風速? 風電機組? 發電量? 工作效率

風能是一種絕對清潔的能源，現已成功被應用于電機發電環節中[1]。通過風能進行發電量的過程中，對工作效率影響最大的因素就是風速[2]。風力發電機主要有風輪和發電機組成[3]。風輪中的葉片隨風力而旋轉，來使帶電導線在磁場中切割磁感應線的操作，從而產生了感應電流，并將電流呈遞給發電機來進行電能的輸出操作[4]。隨著大型風力發電設備制造水平的不斷提高，風電機組的應用已趨于平穩，但人們對于用電的需求量卻是日益加大，所以提升風電機組的工作效率是現在研究的重點課題。

1? 風速對風電機組發電量的影響研究

1.1 風速對風電機組發電量功率的影響

風速平均值通常分為三大類，首先是低風速平均值，其風速平均值范圍為l～4m/s;然后是中風速平均值，其風速平均值范圍為4～12m/s;最后是高風速平均值，其范圍為12～18m/s[5]。下面通過HT25P型號的風電機組來檢測不同風速對風電機組功率的影響情況。

在風速較低時，風電機組的轉速處于較低水平，此時平均功率維持在100～200kW之間，發電效率處于較低水平，風電機組的發電能力體現較弱。

當風速提高到10m/s以上時，風電機組的轉速大幅提升，達到1600rpm以上，平均功率直線上升，實現了500kW以上的輸出。

從上面數據中可以清楚地看出，風電機組的工作效率與風速呈一定比例的線性關系，風速越快風電機組的輸出功率越高，在10m/s的中等風速時，發電效率得以較佳體現。如果風速不足會造成風電機組的工作功率，進而嚴重影響了風電機組的發電量。所以要想使風電機組正常的進行工作，就必須保證10.5m/s以上的風速。

1.2 風速對風電機組發電量穩定性的影響

常理來講風速越大，葉片運動的就越劇烈，產生的電流就會越多。那么是不是只要隨著風速的增大，風電機組的發電量就會不限制地增大。對此問題我們通過HT25P型號的風電機組來探究風電機組工作時的穩定性情況，其結果如下。

在風速在理想的10m/s時，雖然大部分風電機組都保持了500kW的發電輸出水平，但是也存在只有100kW的情況。主要原因是風電機組的故障所致。

當風速達到13m/s以上時，風電機組的發電輸出出現較大波動，平均功率出現200kW的低谷和500kW的低水平，其原因也是機組故障導致。此種風速下，機組的故障率明顯增高。

當風速提高到15m/s以上時，風電機組的發電效率出現更為嚴重的波動，只有少部分維持正常發電水平，大部分的機組出現遠低于設計水平的發電輸出現象，其原因也是由于機組故障導致。

根據以上的實驗數據，可以看出雖然隨著風速的增加，風電機組的工作效率隨之增強，但風速越高，電機中出現故障（功率明顯等于正常值）的次數就越多。在平均速度為11.5m/s時出現故障的概率為1/7;在平均速度為13.5m/s是出現故障的概率為1/3;在平均速度為15.5m/s是出現故障的概率為3/4。由此可見，風速過大會導致風電機組工作故障的頻繁發生。所以高風速下的風電機組不能得到更大的發電量。因此要想得到風電機組的最大發電量，應該將風速保證在10.5～11.5m/s范圍內。

2? 結語

本文通過分析風速對HT25P型號電動機組的影響研究，發現了該電動機組的發電量并不僅僅隨著風速的加大而增長，而且隨著風速的增大而升高了故障的概率。因此為了提高風電機組的發電量，要將風速控制在指定的范圍內。

參考文獻

[1] 于建國，邊輝，李強，等. 國華永發風電場風電機組控制策略優化及變頻器升級應用[J].中國電機工程學報，2019，39（23）：6964-6970，7109.

[2] 楊微，王葉，蘭涌森，等.降低超設計標準湍流強度下機組運行載荷的轉速轉矩控制方法[J].船舶工程，2019，41（S1）：364-368.

[3] 段春艷，馮澤君，連佳生，等.光伏電站運維機器人的結構設計與控制功能優化[J].通信電源技術，2019，36（2）：1-4+7.

[4] 賈鋒，蔡旭，李征，等.提高風電機組發電量的轉矩–變槳協調控制策略[J].中國電機工程學報，2017，37（19）：5622-5632，5839.

[5] 董燕，廖雪松，雷春宇，等.基于空氣密度提升發電量的風力發電機組自適應技術[J].船舶工程，2019，41（S1）：337-340.