風電機組發電性能評估方法探析

摘 要：功率曲線、風能利用系數和發電效能是風電機組的重要指標參數，文章通過對影響功率曲線、風能利用系數和發電效能的影響因素和計算方法進行總結分析，探討了關于風電機組發電性能的評估方法、使用范圍和側重效果，為風電機組發電性能評估分析提供科學合理借鑒，同時為風電機組設計、選型和風電場投資分析提供寶貴經驗和有力依據。

關鍵詞：發電性能評估、功率曲線、風能利用系數、發電效能

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0095-02

風電機組真實發電量的高低和發電性能的優劣，對風電場的生產經營有著重要的影響。因此，正確評估分析風電機組發電性能，進而可以通過改進措施，來提高風電機組發電量；同時風電機組發電性能評估可為風電機組設計、選型和風電場投資分析提供寶貴經驗和有力依據，有著非常重要的現實意義。

1 評估分析方法

1.1 通過功率曲線評估分析

風電機組的功率曲線，一般是指風電機組輸出有功功率隨風速變化的關系曲線。

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

通常，風電機組廠家提供技術合同約定的標準空氣密度狀況下的保證功率曲線（簡稱保證功率曲線）。實際功率曲線要受到很多外界因素和條件的影響，風電機組的實際功率曲線主要由風電機組在實際運行中得到，通常可以通過風電機組SCADA后臺導出；但由于風速計算規則受風機廠家設置調整或控制，通常風電機組后臺導出的功率曲線大多數不真實。行業通常采用功率曲線測試的方式來獲得風電機組功率曲線。

關于開展功率曲線測試，來驗證評估風電機組發電性能，行業內做法不盡相同。IEC 61400-12-1：2005和國標GB/T 18451.2-2012對風電機組功率特性的測試有相應規定和具體要求；通常取一段時期（如一年）作為功率曲線測試時段，記錄風電機組的實際運行風速—輸出功率的長時間系列統計數據，可得風電機組功率曲線散點分布圖，如圖1所示。

通過對散點進行擬合分析，便可得到了風電機組的實際功率曲線。

通過功率曲線測試，將測試時段內的機組實測功率曲線與保證功率曲線進行對比分析，按照一定規則來計算實測值與保證值兩者之間的差異，進而可以評估風電機組實際發電性能的優劣。功率曲線測試差異處理，通常可采用功率曲線系數法、實測發電量法和曲線一致法。

所謂功率輸出系數法，是指對應同一風速點下，將實際輸出功率與保證輸出功率相除求比值；通過定義該比值為功率輸出系數，并將統計時段內每一個風速點的功率輸出系數進行相加求平均值；該均值可作為偏差，來評估風電機組發電性能[1]。

所謂實測電量法，是指在統計時段內，將風電機組根據實功率曲線推算推算實際發電量與理論發電量進行比較，其比值作為偏差，來評估風電機組發電性能[1]。

所謂曲線一致法，是統計擬合獲得一段時間內機組實際的風速—功率曲線，將該曲線與保證功率曲線放在同一坐標下，取一定風速間隔為步長，計算對應的功率偏差；將全風速段功率偏差相加，進行一定處理后，其輸出值作為偏差，來評估風電機組發電性能[1]。

1.2 通過風能利用系數評估分析

風能利用系數，描述風力發電機組風輪從風能中獲取能量的大小程度，表示風力發電機組將風能轉化為電能的轉化效率[2]。風能利用系數表示為：

說明風作用在風輪上，風輪所能獲得的最大功率，為風吹過風輪時風能的59.3%。

可以用來直觀反應風電機組的最佳發電能力點，其變化趨勢可以評估風電機組的發電性能變化趨勢。通常情況下，風電機組的大約為0.42～0.51之間。

當前風電機組1.5～2 MW主流機型的最大風能利用系數大概分布范圍，如圖2所示。可用于風電機機組發電性能評估參考。

1.3 通過發電效能評估分析

發電效能定義為風電機組在特定已知環境風速下，實際發電量和理論發電量的比值，又稱為能量可利用率。獲取任意時間段內風電機組的實際風速、實際發電量、現場空氣密度和廠家保證功率曲線，即可算出該段時間內風電機組的發電效能。

理論發電量=實際發電量+棄風損失電量+故障停機損失電量+檢修停機損失電量+受累停機損失電量+不可抗因素停機損失電量+功率曲線不達標損傷電量

發電效能理想值為100%，但通常情況下，風電機組發電效能在90%～100%之間。

若發電效能遠小于100%，說明機組損失發電量較多。設備管理等原因導致機組停機時間過長、限電導致發電量損失、功率曲線不達標等均為較常見原因。

若發電效能大于100%，說明理論發電量計算出現偏差；理論發電量計算最大誤差可能來源于機組風速小于實際風速，導致理論電量計算偏小，進而可能導致發電效能大于100%。

2 評估方法應用對比分析

從實際情況來看，不同的評估分析方法和指標，在風電機組的性能分的側重點和應用范圍可能有差別，見表1。

功率曲線主要直觀衡量風電機組發電性能，主要反映風電機組的發電性能最佳點，發電效能除體現風電機組自身發電性能外，還受到環境因素、場內外受累、設備運維管理等因素對風電機組發電量的影響，屬于全面反應風電機組發電狀況的指標。

3 結 語

隨著風電行業由規模化向精益化發展，風電機機組發電效能越來越受到重視。通過對風電機組發電性能進行綜合分析，測試評估風電機組功率特性，深入探討風電機組和風電場的實際運營和理論設計之間的差異和存在問題，可為風電機組設計、選型和風電場投資分析提供寶貴經驗和有力依據。面對不同風電場或不同風電機組進行發電性能評估時，應綜合考慮應用以上幾種評估方法，方可達到科學準確的效果。

參考文獻：

[1] 于文革，王慶偉，王昭陽.標準風速—功率曲線在機組功率曲線驗證中 應用[J].風電技術，2015，（6）.

[2] 戴爍明.水平軸風電機組風輪性能與載荷技術分析[D].北京：華北電力 大學，2013.

[3] 賀德馨.風工程與工業空氣動力學[M].北京：國防工業出版社，2006.

[4] Tony Burton，武鑫（譯）.風能技術[M.北京：科學出版社，2007.