線性模型的風電場發電量計算研究

張亞軍

摘 要：風力發電機組電量的計算是風電場性能評估的重要組成部分，而發電量的計算對風電場性能優化以及提高營運效益具有非常重要作用。但是在實際的工作環節中，相關人員不能夠正確、合理計算風電場的發電量，進而導致各種問題的出現，致使風電場工作效率得不到提升。基于此，本文通過對線性模型的風電場發電量計算進行研究，以期能夠進一步提升風電場經濟以及社會經濟效益。

關鍵詞：線性模型 風電場 發電量 計算

中圖分類號：TM611.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風力發電機組發電量計算是衡量風力發電機組性能的重要指標。由于風能具有密度低、穩定性差等缺點，所以在實際的工作中，很難確定風機的發電量。對于已經投產發電的風電場來說，不同風況下的發電量是存在差異。在發電機組停工或者降出力工作狀態下時，精準計算風電機發電量對提高風電場安全運作以及加強安全管理等具有重要的意義。目前，計算機風電場發電量的方法有樣板機計算法、便準曲線計算法以及擬合功率曲線計算法等。

1 樣板計算法分析

近年來，風電監察局相繼出臺風電場風力計算方法的相關標準。風電場棄風電量是指受電網在傳輸通道以及安全運行所必須的環境影響下，風電場本可以發電而并沒有發出的電量，稱之為棄風電量不包含風電場由于風機本身故障而導致不能發出的電量。在實際的工作中，所采用的計算電量的方法受到限制時，應該采用樣板計算方法計算受阻的電量，即調度機構在對風電場進行發電量控制時，應該保持樣板機不受限制，并將其發電量作為同類型的風機發電的理論基礎依據，同時減去風電場棄風受限電量的計算方法，其具體計算方法如下：

2 標準功率曲線計算方法

根據相關標準對標準相關曲線計算法的定義：風電機組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風速的變化之間的關系曲線圖。在對風電機進行設計的過程中，需要對風力發電機的性能進行準確的評估預算，同時還應該對風電發電機的性能進行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標準功率曲線，其中，風電機組的風速與功率的關系如：

3 擬合功率曲線計算法

風電場風電機組在運行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質量等因素的影響，在這個過程中，應該應用風電機工作時的歷史數據對風機工作功率進行曲線擬合，使該風機功率曲線能夠符合風機工作運行的特性。如：表1中風電機組擬合功率曲線計算該風場風機實際功率與理論有功功率誤差。

在實際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標準功率曲線以及樣板機組計算法的誤差，其中，樣板計算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風電場發電量模型分析

4.1 流體模型

對風電場內部大氣邊界層來說，在實際的計算過程中可以根據風電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內場。其中，靠近地表的內場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復雜，而靠近地面的內場又可以劃分為應力層和近地層，雖然應力層的剪應力較小，但最大風電機最大繞動速度還是發生在這一層；而近地層作為一薄層，層內的剪應力梯度變化的速度飛快，使風電機的繞動速度取向與零。離地表較遠的外場在實際的運作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計算。

圖2所示的是流過低山的流暢結構圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數方程（5）對其進行描述描述；l為內場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數；κ≈0.4，為馮·卡門常數；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數決定的常數。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內場高度l≈28 m。風電場安裝的風機輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認為風機工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風電場，在主風向的位置會設置有多排風機共同運轉，這就使下游風電機處于上游風電機的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應發生變化的規律。主要采用經修正過的Park模型，其是由著名學者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計算的原理可以總結為：首先，對風電機的下游提出假設，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質量守恒定律計算風電機下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應該不小于風電機風輪的直徑的2倍，風電機主風向的間距應該大于風電機風輪直徑的5倍，垂直于主風向的間距應該不小于風電機直徑的3倍。

風電場下游風機會受到上游風機尾流的影響，所以在實際的操作過程中，應該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風電機的風輪處于上游風電機的尾流中，則風電機的入流風速就是真實的尾流速度；如果，研究的風電機的風輪只有一部分處于上游風電機的尾流中，則風電機流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風電機在風電場中，風機之間的距離應該保持一致，使人們在計算下游風機尾流是可以直接推算出上游風機尾流的速度。

總而言之，隨著社會經濟的不斷發展，人們對線性模型的風電場發電量計算越來越注重。但在實際的工作中，不能夠科學、合理的計算風電場的發電量，進而導致風電場的工作效率低下、管理水平不高以及計算方法不合理，唯有根據文中提到的幾種算法，才能夠合理的計算風電場的應發定量、實際發電量以及棄發電量，提高風電場的發電量的計算精度和效益，從而較好地指導業主投資。

參考文獻

[1] 王丹，孫昶輝.風電場發電量計算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風電場發電量計算與分析[J].南京航空航天大學學報，2011，34（5）：657-659.endprint

摘 要：風力發電機組電量的計算是風電場性能評估的重要組成部分，而發電量的計算對風電場性能優化以及提高營運效益具有非常重要作用。但是在實際的工作環節中，相關人員不能夠正確、合理計算風電場的發電量，進而導致各種問題的出現，致使風電場工作效率得不到提升。基于此，本文通過對線性模型的風電場發電量計算進行研究，以期能夠進一步提升風電場經濟以及社會經濟效益。

關鍵詞：線性模型 風電場 發電量 計算

中圖分類號：TM611.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風力發電機組發電量計算是衡量風力發電機組性能的重要指標。由于風能具有密度低、穩定性差等缺點，所以在實際的工作中，很難確定風機的發電量。對于已經投產發電的風電場來說，不同風況下的發電量是存在差異。在發電機組停工或者降出力工作狀態下時，精準計算風電機發電量對提高風電場安全運作以及加強安全管理等具有重要的意義。目前，計算機風電場發電量的方法有樣板機計算法、便準曲線計算法以及擬合功率曲線計算法等。

1 樣板計算法分析

近年來，風電監察局相繼出臺風電場風力計算方法的相關標準。風電場棄風電量是指受電網在傳輸通道以及安全運行所必須的環境影響下，風電場本可以發電而并沒有發出的電量，稱之為棄風電量不包含風電場由于風機本身故障而導致不能發出的電量。在實際的工作中，所采用的計算電量的方法受到限制時，應該采用樣板計算方法計算受阻的電量，即調度機構在對風電場進行發電量控制時，應該保持樣板機不受限制，并將其發電量作為同類型的風機發電的理論基礎依據，同時減去風電場棄風受限電量的計算方法，其具體計算方法如下：

2 標準功率曲線計算方法

根據相關標準對標準相關曲線計算法的定義：風電機組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風速的變化之間的關系曲線圖。在對風電機進行設計的過程中，需要對風力發電機的性能進行準確的評估預算，同時還應該對風電發電機的性能進行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標準功率曲線，其中，風電機組的風速與功率的關系如：

3 擬合功率曲線計算法

風電場風電機組在運行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質量等因素的影響，在這個過程中，應該應用風電機工作時的歷史數據對風機工作功率進行曲線擬合，使該風機功率曲線能夠符合風機工作運行的特性。如：表1中風電機組擬合功率曲線計算該風場風機實際功率與理論有功功率誤差。

在實際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標準功率曲線以及樣板機組計算法的誤差，其中，樣板計算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風電場發電量模型分析

4.1 流體模型

對風電場內部大氣邊界層來說，在實際的計算過程中可以根據風電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內場。其中，靠近地表的內場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復雜，而靠近地面的內場又可以劃分為應力層和近地層，雖然應力層的剪應力較小，但最大風電機最大繞動速度還是發生在這一層；而近地層作為一薄層，層內的剪應力梯度變化的速度飛快，使風電機的繞動速度取向與零。離地表較遠的外場在實際的運作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計算。

圖2所示的是流過低山的流暢結構圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數方程（5）對其進行描述描述；l為內場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數；κ≈0.4，為馮·卡門常數；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數決定的常數。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內場高度l≈28 m。風電場安裝的風機輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認為風機工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風電場，在主風向的位置會設置有多排風機共同運轉，這就使下游風電機處于上游風電機的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應發生變化的規律。主要采用經修正過的Park模型，其是由著名學者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計算的原理可以總結為：首先，對風電機的下游提出假設，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質量守恒定律計算風電機下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應該不小于風電機風輪的直徑的2倍，風電機主風向的間距應該大于風電機風輪直徑的5倍，垂直于主風向的間距應該不小于風電機直徑的3倍。

風電場下游風機會受到上游風機尾流的影響，所以在實際的操作過程中，應該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風電機的風輪處于上游風電機的尾流中，則風電機的入流風速就是真實的尾流速度；如果，研究的風電機的風輪只有一部分處于上游風電機的尾流中，則風電機流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風電機在風電場中，風機之間的距離應該保持一致，使人們在計算下游風機尾流是可以直接推算出上游風機尾流的速度。

總而言之，隨著社會經濟的不斷發展，人們對線性模型的風電場發電量計算越來越注重。但在實際的工作中，不能夠科學、合理的計算風電場的發電量，進而導致風電場的工作效率低下、管理水平不高以及計算方法不合理，唯有根據文中提到的幾種算法，才能夠合理的計算風電場的應發定量、實際發電量以及棄發電量，提高風電場的發電量的計算精度和效益，從而較好地指導業主投資。

參考文獻

[1] 王丹，孫昶輝.風電場發電量計算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風電場發電量計算與分析[J].南京航空航天大學學報，2011，34（5）：657-659.endprint

摘 要：風力發電機組電量的計算是風電場性能評估的重要組成部分，而發電量的計算對風電場性能優化以及提高營運效益具有非常重要作用。但是在實際的工作環節中，相關人員不能夠正確、合理計算風電場的發電量，進而導致各種問題的出現，致使風電場工作效率得不到提升。基于此，本文通過對線性模型的風電場發電量計算進行研究，以期能夠進一步提升風電場經濟以及社會經濟效益。

關鍵詞：線性模型 風電場 發電量 計算

中圖分類號：TM611.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0095-02

風力發電機組發電量計算是衡量風力發電機組性能的重要指標。由于風能具有密度低、穩定性差等缺點，所以在實際的工作中，很難確定風機的發電量。對于已經投產發電的風電場來說，不同風況下的發電量是存在差異。在發電機組停工或者降出力工作狀態下時，精準計算風電機發電量對提高風電場安全運作以及加強安全管理等具有重要的意義。目前，計算機風電場發電量的方法有樣板機計算法、便準曲線計算法以及擬合功率曲線計算法等。

1 樣板計算法分析

近年來，風電監察局相繼出臺風電場風力計算方法的相關標準。風電場棄風電量是指受電網在傳輸通道以及安全運行所必須的環境影響下，風電場本可以發電而并沒有發出的電量，稱之為棄風電量不包含風電場由于風機本身故障而導致不能發出的電量。在實際的工作中，所采用的計算電量的方法受到限制時，應該采用樣板計算方法計算受阻的電量，即調度機構在對風電場進行發電量控制時，應該保持樣板機不受限制，并將其發電量作為同類型的風機發電的理論基礎依據，同時減去風電場棄風受限電量的計算方法，其具體計算方法如下：

2 標準功率曲線計算方法

根據相關標準對標準相關曲線計算法的定義：風電機組功率曲線是其輸出功率與每10分鐘平均風速的變化之間的關系曲線圖。在對風電機進行設計的過程中，需要對風力發電機的性能進行準確的評估預算，同時還應該對風電發電機的性能進行模擬仿真，在這種情況下，得到的功率曲線被稱作為標準功率曲線，其中，風電機組的風速與功率的關系如：

3 擬合功率曲線計算法

風電場風電機組在運行的過程中，會受到海拔、氣溫、濕度、空氣質量等因素的影響，在這個過程中，應該應用風電機工作時的歷史數據對風機工作功率進行曲線擬合，使該風機功率曲線能夠符合風機工作運行的特性。如：表1中風電機組擬合功率曲線計算該風場風機實際功率與理論有功功率誤差。

在實際工作中，擬合功率曲線的誤差會低于標準功率曲線以及樣板機組計算法的誤差，其中，樣板計算法存在的誤差最大，如圖1。

4 線性模型的風電場發電量模型分析

4.1 流體模型

對風電場內部大氣邊界層來說，在實際的計算過程中可以根據風電場的物理特性將其簡化為無粘性外場以及粘性內場。其中，靠近地表的內場由于受地面粗糙程度的影響，流動較為復雜，而靠近地面的內場又可以劃分為應力層和近地層，雖然應力層的剪應力較小，但最大風電機最大繞動速度還是發生在這一層；而近地層作為一薄層，層內的剪應力梯度變化的速度飛快，使風電機的繞動速度取向與零。離地表較遠的外場在實際的運作中可以將其視為完全沒有粘度的位勢流，這就造很大程度上簡化了流場的計算。

圖2所示的是流過低山的流暢結構圖，圖2中的各種物理量如下：W為大氣邊界層厚度；u0為平面地形上的基本流動，對數方程（5）對其進行描述描述；l為內場厚度，由式（6）確定；z=f（x，y）為障礙物形狀函數；h為障礙物高度；L為障礙物特征長度。

式中：z0為地面粗糙度系數；κ≈0.4，為馮·卡門常數；u*為表面摩擦速度，由來流雷諾數決定的常數。對一個典型例子，L=500 m，z0=0.1 m，則內場高度l≈28 m。風電場安裝的風機輪轂離地面高度通常都高于50 m，因此，可以認為風機工作主要是在無粘外場。

4.2 尾流模型

對于大型的風電場，在主風向的位置會設置有多排風機共同運轉，這就使下游風電機處于上游風電機的尾流中[2]。尾流模型主要研究自由來流，尾流相應發生變化的規律。主要采用經修正過的Park模型，其是由著名學者Jensen早在1984年就提出的一種理想模型，其計算的原理可以總結為：首先，對風電機的下游提出假設，尾流的變化是線性膨脹；然后，利用一維動量以及質量守恒定律計算風電機下游位置的速度。值得注意的是，Park模型在使用的過程中，只是針對尾流有效，其要求距離應該不小于風電機風輪的直徑的2倍，風電機主風向的間距應該大于風電機風輪直徑的5倍，垂直于主風向的間距應該不小于風電機直徑的3倍。

風電場下游風機會受到上游風機尾流的影響，所以在實際的操作過程中，應該考慮尾流疊加的問題。如果，研究的風電機的風輪處于上游風電機的尾流中，則風電機的入流風速就是真實的尾流速度；如果，研究的風電機的風輪只有一部分處于上游風電機的尾流中，則風電機流入的速度是尾流速度與自由來流速度的乘積。多排風電機在風電場中，風機之間的距離應該保持一致，使人們在計算下游風機尾流是可以直接推算出上游風機尾流的速度。

總而言之，隨著社會經濟的不斷發展，人們對線性模型的風電場發電量計算越來越注重。但在實際的工作中，不能夠科學、合理的計算風電場的發電量，進而導致風電場的工作效率低下、管理水平不高以及計算方法不合理，唯有根據文中提到的幾種算法，才能夠合理的計算風電場的應發定量、實際發電量以及棄發電量，提高風電場的發電量的計算精度和效益，從而較好地指導業主投資。

參考文獻

[1] 王丹，孫昶輝.風電場發電量計算的物理模型[J].中國電力，2011，44（1）：94-95.

[2] 王遠，陸志良，郭同慶.基于線性模型的風電場發電量計算與分析[J].南京航空航天大學學報，2011，34（5）：657-659.endprint