基于運行數據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有限公司 山西大同 037000

1 我國并網風電機組發展

中國的并網風力發電機也在朝著增加單機容量和變速可變功率調節技術的方向快速發展。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，中國風電產業實現了跨越式發展。安裝和運行了大量裝置，新裝機容量年增長率超過30%。

雖然中國的風電產業在數量上處于世界領先地位，但風電機組運行和維護技術的現狀并不樂觀，需要進一步消除。在中國風電設備行業的整個發展過程中，它具有以下特點：

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

2 數據的篩選與修正

2.1 數據的篩選

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

（1）根據SCADA系統收集的停機統計和停機時間，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，即單元不工作的數據，應消除數據；

（3）在正常數據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，并且需要消除運行條件下的數據。

2.2 數據的修正

在根據風速-功率散點圖擬合成功率曲線之前，需要對運行數據的相關量進行修正，折算到與風電場設計階段理論功率曲線相同的條件下。

（1）空氣密度可以根據現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，287．05J/（kg·K-1）。

（2）對定槳距的失速調節風電機組，可根據下式對有功功率進行修正：

（3）對變槳距控制風電機組，應根據下式進行風速修正：

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的小區間（如［3．5m/s，4．5m/s］），對風速區間內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，風電場已成功運營了5a時間。風電場內共有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

考慮到運行數據的完整性，選擇 2016．06．01-2016．08．31 評估期內三種型號風機的瞬時風速和有功功率數據進行分析，并按照本文方法對數據進行過濾。使用等式（3）執行風速校正。在校正數據之后，2,12和16個風扇的風速-功率散布在圖2至4中示出。

根據校正的風力渦輪機風速-輸出功率數據，根據公式（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電；在［3m/s，9m/s］中低風速段均略高于設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 結論

本文根據風電場采集的運行數據，對風機實際功率曲線進行擬合，并與設計階段廠家提供的功率曲線相比較來評估設計階段的理論功率曲線可靠性。得出的結論如下：該風電場選取的3臺風機的實際功率曲線整體高于設計階段廠家提供的功率曲線，說明設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。