文 | 劉文斌

隨著越來(lái)越多的風(fēng)電機(jī)組安裝在山地風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)能資源分布受復(fù)雜地形影響局部氣候差異較大，測(cè)風(fēng)塔代表區(qū)域有限，難以準(zhǔn)確評(píng)估風(fēng)能資源分布。因此，開展復(fù)雜山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源后評(píng)估分析，有利于確定風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)是否達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)確定的目標(biāo)，全面、準(zhǔn)確地了解風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及不同風(fēng)電機(jī)組性能之間的差異，為后續(xù)管理和機(jī)組維護(hù)提供理論參考和數(shù)據(jù)分析依據(jù)。

本文以某山地風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目為例，通過(guò)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)和機(jī)組運(yùn)行評(píng)估分析，研究分析機(jī)艙風(fēng)速修正系數(shù)、單臺(tái)機(jī)組功率曲線、控制系統(tǒng)適應(yīng)性、PBA及潛在發(fā)電量和發(fā)電量差異，以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)組運(yùn)行狀況的綜合評(píng)估。

風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)況

該風(fēng)電場(chǎng)地理坐標(biāo)介于東經(jīng)11151.5～111 55.3，北緯26 58.8′～27 3′，海拔高度400～660m ，丘陵低山地貌，熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，機(jī)型為GW2000-115/80。

測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)評(píng)估

一、測(cè)風(fēng)塔信息統(tǒng)計(jì)

風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)前期，共有五座測(cè)風(fēng)塔。8079#測(cè)風(fēng)塔位于場(chǎng)區(qū)西部，8271#測(cè)風(fēng)塔位于場(chǎng)區(qū)北部，8081#測(cè)風(fēng)塔位于場(chǎng)區(qū)南部，8270#測(cè)風(fēng)塔位于場(chǎng)區(qū)東部，8080#測(cè)風(fēng)塔位于場(chǎng)區(qū)中部。其中8080#測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤較多，不具備分析條件，場(chǎng)內(nèi)其他四座測(cè)風(fēng)塔實(shí)際測(cè)風(fēng)情況見(jiàn)表1。

表1 測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)信息統(tǒng)計(jì)表

圖1 8270#測(cè)風(fēng)塔與NNRP同期數(shù)據(jù)月平均風(fēng)速相關(guān)性示意圖

二、機(jī)艙風(fēng)速修正

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-12-2對(duì)機(jī)艙風(fēng)速進(jìn)行修正，因風(fēng)電場(chǎng)條件有限，暫時(shí)采用中尺度數(shù)據(jù)結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)前期測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)來(lái)修正機(jī)艙風(fēng)速，其中31#機(jī)組所處點(diǎn)位為測(cè)風(fēng)塔8270#點(diǎn)位，將該點(diǎn)位處中尺度NNRP數(shù)據(jù)和8270#測(cè)風(fēng)塔2013年7月1日至2014年6月30日時(shí)間段測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行月相關(guān)性分析。

由圖1得出，兩者相關(guān)系數(shù)為0.911，相關(guān)性非常好，可以用來(lái)數(shù)據(jù)訂正。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，該測(cè)風(fēng)時(shí)間段8270#測(cè)風(fēng)塔年平均風(fēng)速為5.54m/s，中尺度數(shù)據(jù)年平均風(fēng)速6.83m/s，比例系數(shù)為1.232。31#機(jī)組運(yùn)行期間中尺度數(shù)據(jù)年平均風(fēng)速6.79 m/s，根據(jù)比例系數(shù)推算，31#機(jī)組點(diǎn)位處該時(shí)間段內(nèi)年平均風(fēng)速為5.51m/s，但31#機(jī)組機(jī)艙年平均風(fēng)速為5.06m/s，故該點(diǎn)位處的機(jī)艙風(fēng)速修正系數(shù)為1.088。場(chǎng)區(qū)各機(jī)位點(diǎn)機(jī)艙風(fēng)速修正表見(jiàn)表2。

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)，風(fēng)電場(chǎng)50臺(tái)機(jī)組修正后年平均風(fēng)速為5.56m/s。

圖2 全場(chǎng)機(jī)組擬合功率曲線圖

表2 各機(jī)位點(diǎn)機(jī)艙風(fēng)速修正表

機(jī)組運(yùn)行評(píng)估

由表2可以看出，場(chǎng)區(qū)單臺(tái)機(jī)組基本在2000小時(shí)以上，其中三臺(tái)機(jī)組（34#、35#、45#）低于 2000小時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電最高機(jī)組11#達(dá)到3333小時(shí)，發(fā)電量最低機(jī)組34#為1932小時(shí)。總體來(lái)看，場(chǎng)區(qū)風(fēng)能資源情況差異較大，平均風(fēng)速在4.92～6.36m/s之間。

一、機(jī)組性能分析

（一）全場(chǎng)功率曲線擬合

統(tǒng)計(jì)運(yùn)行SCADA監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)全場(chǎng)機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速進(jìn)行修正，擬合全場(chǎng)機(jī)組功率曲線如圖2所示。

根據(jù)圖2可以看出，全場(chǎng)平均功率曲線在6.5m/s以下及10m/s 以上風(fēng)速段，機(jī)組功率曲線優(yōu)于保證功率曲線3%左右；在6.5～10m/s之間，功率曲線有3%左右的負(fù)偏差，有一定的優(yōu)化空間。

（二）單臺(tái)機(jī)組功率曲線分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析每臺(tái)機(jī)組數(shù)據(jù)，得到各機(jī)組功率曲線符合度（功率曲線符合度K=統(tǒng)計(jì)發(fā)電量/保證發(fā)電量×100%，統(tǒng)計(jì)發(fā)電量=∑（風(fēng)頻分布值×實(shí)測(cè)功率曲線對(duì)應(yīng)的功率值），保證發(fā)電量=∑（風(fēng)頻分布值×擔(dān)保功率曲線對(duì)應(yīng)的功率值），如圖3所示。

由圖3可以看出，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組平均功率曲線符合度為97.56%，單臺(tái)機(jī)組最高103.96%，個(gè)別機(jī)組功率曲線符合度較低，提升空間較大。其中最優(yōu)機(jī)組3#與最差機(jī)組35#功率曲線散點(diǎn)圖如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，35#機(jī)組在整個(gè)風(fēng)速段擬合曲線表現(xiàn)較差，尤其是過(guò)渡段散點(diǎn)分散較為嚴(yán)重。機(jī)組風(fēng)速與偏航對(duì)風(fēng)角度散點(diǎn)分布比較分散；風(fēng)速與槳距角散點(diǎn)同樣比較分散，可通過(guò)調(diào)整該機(jī)組的控制參數(shù)，優(yōu)化功率曲線，提升機(jī)組發(fā)電量。通過(guò)對(duì)每臺(tái)機(jī)組進(jìn)行功率曲線散點(diǎn)分析，功率曲線符合度較差機(jī)組基本與35#機(jī)組情況相同，均可通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化功率曲線，提升機(jī)組發(fā)電量。

圖3 風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)機(jī)組功率曲線符合度

圖4 功率曲線最優(yōu)機(jī)組3#和最差機(jī)組35#散點(diǎn)圖

圖5 單臺(tái)機(jī)組PBA圖

圖6 前期設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行發(fā)電量對(duì)比圖

二、控制系統(tǒng)適應(yīng)性分析

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組的風(fēng)速與變槳角度、風(fēng)速與偏航對(duì)風(fēng)角度的散點(diǎn)較為分散，原因有：（1）機(jī)組控制延遲時(shí)間較長(zhǎng)；（2）機(jī)艙對(duì)風(fēng)風(fēng)向標(biāo)有一定的偏差；（3）區(qū)域風(fēng)況變化太復(fù)雜，機(jī)組為保證安全，響應(yīng)延緩；（4）采集數(shù)據(jù)有誤。

三、發(fā)電量分析

（一）基于發(fā)電量的可利用率PBA及潛在發(fā)電量分析

單臺(tái)機(jī)組潛在發(fā)電量及PBA如圖5所示。全場(chǎng)平均PBA值為92.29%，單臺(tái)機(jī)組最高為3#機(jī)組96.37%，最低為35#機(jī)組85.45%，35#機(jī)組由于功率曲線符合度和PBA較差，其發(fā)電量提升空間較大，提升的主要策略是采取定制化控制策略。

（二）前期設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行發(fā)電量差異分析

前期設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行發(fā)電量對(duì)比分析圖如圖6所示。

根據(jù)圖6可知，理論計(jì)算發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量趨勢(shì)基本接近，理論推算各點(diǎn)位風(fēng)速趨勢(shì)基本相同，個(gè)別點(diǎn)位偏差較大，該計(jì)算誤差主要由地形復(fù)雜、測(cè)風(fēng)塔代表性不足引起。其中，45#機(jī)組在前期計(jì)算時(shí)明顯偏高，實(shí)際發(fā)電量較差，主要原因?yàn)樵摍C(jī)組處于崖口位置，主風(fēng)向南風(fēng)和北風(fēng)都被山體遮擋，處于背風(fēng)地形，導(dǎo)致該機(jī)組發(fā)電不佳。

結(jié)論

本文以某復(fù)雜山地風(fēng)電場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)和機(jī)組運(yùn)行評(píng)估，研究分析了機(jī)艙風(fēng)速修正系數(shù)、單臺(tái)機(jī)組功率曲線、控制系統(tǒng)適應(yīng)性、PBA及潛在發(fā)電量和發(fā)電量差異。根據(jù)統(tǒng)計(jì)期間運(yùn)行數(shù)據(jù)，風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)計(jì)完整年內(nèi)全場(chǎng)機(jī)組機(jī)艙平均風(fēng)速為5.11m/s，根據(jù)中尺度數(shù)據(jù)修正后為5.56m/s，年度發(fā)電小時(shí)數(shù)為2587小時(shí)；全場(chǎng)功率曲線符合度為97.56%，但部分機(jī)組功率曲線符合度較差，有一定的提升空間；根據(jù)機(jī)組控制性能散點(diǎn)圖分析，個(gè)別機(jī)組風(fēng)速與槳距角、風(fēng)速與偏航對(duì)風(fēng)角度散點(diǎn)比較分散，針對(duì)該情況，機(jī)組可定制化設(shè)置控制參數(shù)和優(yōu)化控制策略；全場(chǎng)機(jī)組PBA平均為92.29%，說(shuō)明機(jī)組各項(xiàng)實(shí)際損失較少，有利于項(xiàng)目的穩(wěn)定發(fā)電。

攝影：何海青