王佳佳

國電電力山西新能源開發(fā)有限公司 山西大同 037000

1 我國并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)展

中國的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也在朝著增加單機(jī)容量和變速可變功率調(diào)節(jié)技術(shù)的方向快速發(fā)展。特別是2005年“可再生能源法”頒布后，在一系列國家激勵(lì)政策的推動(dòng)下，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。安裝和運(yùn)行了大量裝置，新裝機(jī)容量年增長率超過30%。

雖然中國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在數(shù)量上處于世界領(lǐng)先地位，但風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀并不樂觀，需要進(jìn)一步消除。在中國風(fēng)電設(shè)備行業(yè)的整個(gè)發(fā)展過程中，它具有以下特點(diǎn)：

國內(nèi)大型風(fēng)電機(jī)組制造業(yè)主要依靠技術(shù)引進(jìn)和合作研發(fā)。（2）源自進(jìn)口技術(shù)和進(jìn)口的風(fēng)力渦輪機(jī)主要是針對歐洲和美國等發(fā)達(dá)國家的運(yùn)行環(huán)境而開發(fā)的。（3）近幾年來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。為了搶占市場，制造商經(jīng)常將產(chǎn)品投入市場，并在研發(fā)單位尚未完全確定時(shí)進(jìn)行安裝和操作。

2 數(shù)據(jù)的篩選與修正

2.1 數(shù)據(jù)的篩選

為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線評估的準(zhǔn)確性，有必要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)風(fēng)速和有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理，以確保分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù)。因此，應(yīng)刪除以下情況中的數(shù)據(jù)：

（1）根據(jù)SCADA系統(tǒng)收集的停機(jī)統(tǒng)計(jì)和停機(jī)時(shí)間，消除停機(jī)前后30分鐘同步風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)風(fēng)速和有功功率；

（2）當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)速大于切入風(fēng)速且有功功率仍為0時(shí)，即單元不工作的數(shù)據(jù)，應(yīng)消除數(shù)據(jù)；

（3）在正常數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對密集的功率曲線下，可能存在一些分散的欠功率點(diǎn)。需要分析風(fēng)扇是否處于有限負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，并且需要消除運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)的修正

在根據(jù)風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖擬合成功率曲線之前，需要對運(yùn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)量進(jìn)行修正，折算到與風(fēng)電場設(shè)計(jì)階段理論功率曲線相同的條件下。

（1）空氣密度可以根據(jù)現(xiàn)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(shù)，287．05J/（kg·K-1）。

（2）對定槳距的失速調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組，可根據(jù)下式對有功功率進(jìn)行修正：

（3）對變槳距控制風(fēng)電機(jī)組，應(yīng)根據(jù)下式進(jìn)行風(fēng)速修正：

式中：Vn為修正后的風(fēng)速；V10min為風(fēng)速10min的平均值。

3 功率曲線繪制

將風(fēng)速分割成多個(gè)1m/s的小區(qū)間（如［3．5m/s，4．5m/s］），對風(fēng)速區(qū)間內(nèi)V10min和P10min取平均值。具體計(jì)算公式如下：

4 功率曲線評估實(shí)例

本文所選取的風(fēng)電場實(shí)例位于陜北地區(qū)，風(fēng)電場已成功運(yùn)營了5a時(shí)間。風(fēng)電場內(nèi)共有25臺(tái)風(fēng)機(jī)，本次功率曲線評估選取的是具有代表性（不因電網(wǎng)限負(fù)荷而限電運(yùn)行）的2、12和16號(hào)3臺(tái)樣板風(fēng)該風(fēng)電場風(fēng)機(jī)布置見圖1所示。

圖1 風(fēng)電場風(fēng)機(jī)布置圖

考慮到運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整性，選擇 2016．06．01-2016．08．31 評估期內(nèi)三種型號(hào)風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)風(fēng)速和有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按照本文方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。使用等式（3）執(zhí)行風(fēng)速校正。在校正數(shù)據(jù)之后，2,12和16個(gè)風(fēng)扇的風(fēng)速-功率散布在圖2至4中示出。

根據(jù)校正的風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)速-輸出功率數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（4）和（5）計(jì)算每個(gè)風(fēng)速間隔中的平均風(fēng)速和平均輸出功率，并將其擬合到風(fēng)扇實(shí)際運(yùn)行功率曲線中。

圖2 2號(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖

率曲線進(jìn)行對比，得到3臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)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(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖

由圖5可以看出，3臺(tái)風(fēng)機(jī)在達(dá)到額定功率后，風(fēng)機(jī)會(huì)保持部分超額發(fā)電；在［3m/s，9m/s］中低風(fēng)速段均略高于設(shè)計(jì)階段廠家提供的理論功率曲線；在［9m/s，14m/s］高風(fēng)速段低于廠家提供的功率曲線。

圖4 16號(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)速-功率散點(diǎn)圖

圖5 3臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線與理論功率曲線的對比圖

5 結(jié)論

本文根據(jù)風(fēng)電場采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線進(jìn)行擬合，并與設(shè)計(jì)階段廠家提供的功率曲線相比較來評估設(shè)計(jì)階段的理論功率曲線可靠性。得出的結(jié)論如下：該風(fēng)電場選取的3臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率曲線整體高于設(shè)計(jì)階段廠家提供的功率曲線，說明設(shè)計(jì)階段廠家提供的風(fēng)機(jī)功率曲線可靠性較高，該風(fēng)電場運(yùn)行狀況良好。