风电机组的功率曲线验证方法研究

师二广，孙宏波

（河北建投新能源有限公司，河北 050000）

风电机组的功率曲线验证方法研究

师二广，孙宏波

（河北建投新能源有限公司，河北 050000）

功率曲线是风电机组发电能力的重要指标。本文讨论了功率曲线验证的必要性，并且提出了一种利用实测功率曲线与年发电量的相关性来考核厂家提供功率曲线是否达标的方法。以典型风电机组为例进行了研究分析。

风电机组；功率曲线；考核

0 引言

风电机组的功率特性曲线对风电场的运行经济效益有着重要的影响。在实际运行过程中，风电机组受运行环境、运行工况、操作水平等多种因素的综合影响，机组的实际功率曲线往往达不到机组的预期指标。在风电项目的实际投资建设中，风电机组的功率曲线保证是风电开发商十分关心的问题，风电机组制造商会提供产品功率曲线的保证值，并向风电投资商承诺功率曲线的实测值不小于保证值的95%。但是，由于实际操作中缺乏相应的验证标准和规范，风电投资商无法针对功率曲线的实测值与保证值的偏离程度对厂家进行考核，因此研究如何针对风电机组的功率曲线进行考核是必要的。

1 功率曲线定义与计算

根据IEC61400－12－1的定义，风电机组的功率曲线是指风电机组输出功率随平均风速（10min）变化的曲线。对于风电机组制造商而言，其批量生产的风电机组产品一般是经过设计仿真得到功率曲线。但投入到使用时，功率曲线值除了与风电机组性能特性、控制特性有关之外，还和运行特性、风场风况、操作方式、运行环境等有关[1]。风电机组功率曲线测试是比较复杂的过程，需要长时间的测量，并且需要对空气密度、地形等条件加以评估和修正。

2 功率曲线的验证考核方法

本文提出了一种将功率曲线值视为年发电量的相关量来验证考核的方法。按照标准，安装数据采集设备，采集指定位置风电机组轮毂高度的风速、风向、气温、气压，并采集风电机组的净功率。对所得的数据进行综合处理与分析，计算出风电机组的实测功率曲线。在同一空气密度下，使用风场内整一年的测风数据结合厂家提供的功率曲线和实测功率曲线，分别计算出两个风场年发电量数值，通过这两个年发电量数值差来考核功率曲线是否达标。这对于考核风电机组性能并保证风电投资商的经济利益具有十分重要的意义[2]。

以某具体风电场为例，此风电场的CAD图如图1所示。被测风电机组为图中标注的15号风电机组。

本次测量遵从通用标准的规定，在所测15号风电机组主风向上2.5倍风轮直径距离处，测风塔的轮毂高度位置安装风速传感器、风向传感器、温度传感器等设备，并考虑空气密度及地形修正[3]，以保证风速值与风电机组功率输出的相关性。

IEC标准规定，利用Bin方法对功率曲线进行分析时最好是10min平均值数据。本文分析的风电机组运行过程中，数据采集系统对风速、功率等信号进行采样频率为1Hz的连续测量，并记录每10min各个量的平均值、最大值、最小值、标准差等。在数据处理时，应把风电机组停机状态、异常状况导致停机、风速湍流过大、切入风速以上启动前后的这些数据点删除掉。

最后做发电量计算的功率曲线应按标准折算到标准空气密度下（1.225Kg/m3）。此次测试结果如表1所示。

图1 被测15号风电机组位置图

3 功率曲线数据分析及年发电量测算

表1 功率曲线数据表（标准空气密度）

经过测试及数据处理，将标准空气密度下厂家给定的功率曲线值与实测的功率曲线值做对比，如图2所示。

分别使用此次测试功率曲线与厂家提供功率曲线，结合一年实际测风数据，对风场进行产能测算。

使用厂家给定的功率曲线计算的等效满负荷小时数2307h，使用实测功率曲线计算的等效满负荷小时数为2262h，二者相差约1.95%。16号风电机组发电量测算数据如表2所示。

经过测算风场实测功率曲线的风电机组年发电量可知，根据实测功率曲线所测算的年发电量与厂家提供的功率曲线所测算的风电机组年发电量相差约为148.10MWh，约为2.26%。据此初步得出功率曲线实测值与厂家提供的功率曲线设计值的偏差在5%以内[8]。

图2 标准空气密度下功率曲线对比图

经过逐个测算风场其他的风电机组的年发电量，实测风电机组功率曲线所测算的年发电量与厂家给定功率曲线测算的年发电量的差值最大约156.40MWh（约为2.39%），最小为96.60MWh（约为1.27%）。

经过上述综合分析比较，本次实验中功率曲线的实测值与厂家提供的功率曲线设计值几乎完全拟合，符合风电机组制造商承诺的“功率曲线的实测值不小于设计值的95%”，满足合同要求[9]。

4 结论

通过测算年发电量来验证功率曲线的方法的实用价值在于，在短时间内测得的相关数据通过测算年发电量即可实现验证功率曲线的实际值与功率曲线的保证值的偏离程度是否大于5%，这能在很大程度上作为帮助风电开发商考核风电机组性能的依据。在实际应用中，利用风电机组数据采集系统内的数据库对风电机组进行功率曲线及性能的分析与评估，不但节省了成本，而且不需要长时间数据采集，对大多数风电场都适用[10]。

[1] 郎斌斌,穆刚等. 联网风电机组风速-功率特性曲线的研究[J].电网技术,2008,32(12):70—74.

表2 15号风电机组发电量测算数据

[2] Onder Ozgener. A small wind turbine system application and its performance analysis[J]. Energy Conversion and Management,47(2006):1326—1337.

[3] 蔡纯, 张秋生. 风电机组的功率曲线修正[J]. 广东电力, 2003,16(1):17—19.

[4] 刘细平,于仲安等. 风力发电技术研究及发展[J].微电机,2007,40(4):76—79.

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[6] 张延迟,吴刚,姜霞. 大型风力发电机的功率曲线[J]．新疆大学学报, 2001,18(2):236—241.

[7] 杨兴满,何玉林等. 风力机总体性能分析与仿真[J].现代制造工程, 2002,2(12):118—121.

[8] 谢建民,张治源. 风力发电机可用率与容量系数的区分定义及其计算[J].电力建设,2001,22(9):17—21.

[9] 张鹏举.风电场空气密度对风电机组输出功率的影响[J].电力勘测, 2002,(23):50—52.

[10] 张义斌,王伟胜.风电场输出功率的概率分布及其应用[J].电力设备, 2004,5(4).19—23.

Validation on the Power Curve of Wind Turbine

Shi Erguang, Sun Hongbo
(HCIG New-energy Co., Ltd., Hebei 050000, China)

Power generation of the wind turbine can be estimated according to power curve of the chosen wind turbine. Because of different condition of the wind farm, there is a difference between the value of the actual power generation and theoretical power generation.This article discussed the validation method for the power curve of wind turbine.

wind turbine; power curve; validation

TM614

A

1674-9219(2013)08-0072-04

2013-07-20。

师二广（1984-），男，硕士，工程师，主要从事风电场的建设与研究。

孙宏波（1980-），男，硕士，工程师，主要从事风电场的建设与研究。